瓦斯隧道掌子面异常图谱分析

1)地质概况

某瓦斯隧道属中山地貌,穿越连绵山体,地形起伏较大,该段穿越的地层主要有:

灰岩、砂岩、泥岩偶夹煤线(P2c):深灰色、青灰色,薄~中厚层状,岩性以灰岩、砂岩、泥岩偶夹煤线为主,灰岩岩质坚硬,岩溶弱~中等发育,弱风化灰岩属Ⅴ级次坚石;弱风化砂岩属Ⅳ级软石,分布于D1K285 +560 ~ +590 段。

砂岩、泥岩、炭质页岩夹煤层及灰岩(P21):为灰色、黑灰色薄层到中层状砂岩及泥岩或铝土质泥岩夹页岩为主,夹煤层及灰岩,节理裂隙发育,岩体风化破碎严重,强风化层(W3)属Ⅳ级软石,弱风化层(W2)属Ⅳ级软石。 根据区域地质资料,该地层夹煤11 ~31 层,煤层总厚度4 ~6 m,其中可采煤层2 ~3 层,位于该组上部、长兴组底部;另局部含可采煤层1 ~2层,厚0.2 ~0.5 m,位于龙潭组下部;但根据地质调查和钻探资料在隧道底至地面未揭露煤层,仅有煤线、煤屑及炭质泥岩、泥岩、铝土质泥岩及页岩岩质软弱,遇水快速软化,物理力学性质差,属Ⅳ级软石,不作填料;弱风化炭质页岩属Ⅳ级软石,不作填料;煤层禁作填料。 分布在D1K285 +320 ~ +560 段。

隧道于D1K285 +320 附近穿越F1 断层,断层走向N40° ~50° E,倾向北西,倾角60° ~70°,断层上盘(NW 盘)上升,为二迭系上统为峨眉山玄武岩(P2β)和二迭系下统栖霞至茅口组(P1q+m)灰岩,白云质灰岩,岩层产状为N40° W/68° SE,N30° W/40° SE,下盘(SE 盘)下降,为二迭系龙潭组(P21)煤系地层,岩层产状为N47° E/21° SE,为逆断层,推测断距大于100 m,破碎带宽不详,破碎带由挤压角砾岩、糜棱岩组成,挤压揉皱现象明显,见摩擦镜面。

隧道区地震动峰值加速度加0.05g。

该段隧道范围内不良地质为地层接触破碎带、煤层瓦斯、顺层及断层破碎带。

①地层接触破碎带:二迭系下统栖霞、茅口组(P1q+m)灰岩、白云质灰岩,与二迭系上统龙潭组(P21)砂质泥岩、泥质砂岩夹煤层以断层接触,接触带宽10 ~20 m,胶结差,岩质软,岩体破碎,接触带上部为可溶岩,地下水活动强烈,岩溶也较发育下部为相对隔水层,对隧道影响较大。

②煤层瓦斯:D1K285 +320 ~D1K285 +590 段通过二迭系上统长兴、龙潭组(P2c+1)砂质泥岩、泥质砂岩及煤层,根据区域地质资料,该地层夹煤11 ~31 层,煤层总厚为4 ~6 m,其中可采煤层2 ~3 层,位于该组上部,长兴组底部;另局部含可采煤层1 ~2 层,煤层厚0.2 ~0.5 m,位于龙潭组下部;根据地质调查和钻探资料在隧道底至地面未揭露煤层,仅有煤线、煤屑及炭质泥岩等,连续性差,该段隧道埋深仅50 ~100 m,由于受两条断层的影响,隧道内岩体风化破碎严重,煤层瓦斯易于释放,故该段属低瓦斯隧道,但由于其含煤层不均匀,施工中有遇鸡窝煤的可能性,局部可能含高瓦斯。

该段地下水分布在测段里程D1K285 +320 ~隧道出口段,赋存于砂质泥岩、泥质砂岩及煤系地层等构造裂隙及风化裂隙之中,水通常呈散流排泄入测区的地表水系,局部溢出成泉,含水地层为三迭系下统飞仙关组(T1f)砂质泥岩、泥质砂岩夹灰岩地层;二迭系上统(P2c+1)灰岩、炭质灰岩、砂质泥岩、泥质砂岩夹煤。 大气降水是泉水的主要补给来源,地下水位动态变化较大,富水性弱,为相对隔水层。

2)物探结果

(1)弹性波法长距离探测(图6.20)

图6.20　弹性波法现场测试照片

本次测试的主要目的是:探测D1K285 +590 里程隧道掌子面前方围岩工程地质及水文地质情况,并提出相应的建议措施。 采用弹性波法探测结果表明:D1K285 +590 ~ +490 里程范围内,岩体破碎,节理裂隙发育,岩体呈碎块状~散体状结构,结构面胶结差,泥质充填。其中D1K285 +560 ~ +530 和D1K285 +515 ~ +490 段落内,软弱夹层、破碎带或腔体发育,地下水较发育,多呈线状或股状,易掉块、坍塌。 围岩稳定性差~极差。 弹性波法现场测试照片如图6.20 所示,弹性波法测试成果图如图6.21—图6.23 所示。

图6.21　弹性波法反射波分析成果XOY 向(测试基准面水平)切片图

图6.22　弹性波法反射波分析成果YOZ 向(隧道中轴线)切片图(www.xing528.com)

图6.23　掌子面前方纵波速度图

(2)短距离探测结果(表6.10)

表6.10　掌子面D1K285 +585 前方地质雷达分析结果

图6.24　现场测试照片

地质雷达现场测试照片如图6.24 所示,地质雷达探测成果图如图6.25 所示。 地质雷达测试掌子面地质素描和掌子面照片如图6.26 和图6.27 所示。

3)开挖验证

根据物探和钻探结果,进行掌子面的开挖,发现该段煤层厚为2 m、巷道向左侧和下部延伸,由于支护较弱开挖后不久,就造成了掌子面的正面坍塌(图6.28)。

图6.25　某隧道前方采空区掌子面雷达探测图像

图6.26　隧道D1K285 +560 掌子面素描图

图6.27　隧道D1K285 +560 掌子面采空区现场

图6.28　隧道D1K285 +560 掌子面采空区坍塌