铜锣山隧道穿越采空区探测及处置措施研究.pdf

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第 卷 第 期 ，
2025 8 甘 肃 水 利 水 电 技 术 Aug. 2025
年 月 GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY ，
-
DOI：
铜锣山隧道穿越采空区探测及处置措施研究
蒋行行，欧本祚，黄湖星，段 强
（四川川东高速公路有限责任公司，四川 广安 638500）
摘要：铜锣山隧道需要穿越采空区，为确保工程安全，采用现场地质调查、综合超前地质预报等方法对隧道穿越采空
区的范围和程度进行了研判，提出了采空区处置措施，并对处置效果进行了评价。研究结果表明：铜锣山隧道在
DK0+293～DK0+295段岩体极其破碎，以低阻形式展布，局部有泥岩、煤线，且钻孔揭示存在空腔，可判定该段为采空
区；根据采空区影响程度，分段采用注浆、超前中管棚、加强衬砌结构等措施综合治理后，围岩变形得到明显改善，有
效提高了隧道衬砌结构的稳定性。
关键词：隧道；采空区；地质探测；公路工程
中图分类号：U452 文献标志码：A 文章编号：2095-0144（2025）08-0050-05
随着我国交通基础设施的快速发展，公路隧道 针对采空区的处置，李治国[5]采用地质钻探取
的选线不可避免地需要穿越各类复杂地形地貌。 芯和数值模拟的方法，对采空区顶板变形及破坏机
其中，煤矿采空区是一个尤为关键的考量因素，若 理进行了分析；王学海等[6]以华蓥山隧道采空区施
采空区未得到妥善处置或受施工活动扰动，隧道的 工为例，采用现场勘察和三维数值模拟的方法对隧
结构稳定性和安全性将难以得到保障。因此，为确 道结构的安全性进行了分析，从而选择了适宜的采
保隧道施工和运营的安全，开展隧道穿越采空区识 空区加固处置措施；丁于哲等[7]采用有限元分析方
别及处置的研究显得极为重要。 法，研究了煤矿采空区位置、厚度和长度对隧道施
近年来，针对隧道穿越或邻近采空区的探测、 工力学响应的影响，认为相对位置对隧道的稳定性
围岩稳定性分析及采空区处置问题，相关专家、学 安全系数影响最为显著；刘中勇[8]以巴准铁路隧道
Midas GTS
者开展了大量的研究工作。薛国强等[1]采用瞬变电 为依托，采用 数值模拟软件，对隧道施工
磁法对某煤矿采空区进行了探测，探测结果与钻孔 过程中围岩应力和变形分布特征进行了分析，得出
资料吻合度较好，证明了探测方法的可行性；崔迎 采空区底板变形是引起隧道失稳的主要原因；孙国
FLAC 3D
龙等[2]通过对瞬变电磁法数据进行二次处理，对采 权等[9]采用 软件对某金矿采空区建立了数
空区的分布位置、埋深及厚度进行了解译推断，并 值模型，以此分析围岩的应力应变分布规律，为采
结合现场钻孔资料辅助验证，证明了该方法的准确 空区工程治理实践提供了一定依据；李晓红等[10]以
度；李文[3]综合分析了地震类方法与电磁类物探方 西山坪隧道下穿采空区为例，对不同采空区空间位
法，认为在不同埋深下选择更适宜的物探方法能够 置对隧道稳定性的影响进行了分析，并根据采空区
满足探测精度要求；陈江军等[4]采用高密度电法、激 范围，确定采用注浆的方式予以处理；王鹏[11]采用回
电中梯法以及地震映射法等综合物探方法对采空 填、围岩加固、衬砌结构加强等治理措施，使某隧道
区进行了探测，并结合钻探现场验证，认为应根据 采空区得到有效治理。
不同地质条件和勘察目的，选择合适的物探组合并 此次以大竹至垫江高速公路铜锣山隧道项目
加以相互验证才能有效提高探测的准确性。 为依托，采用现场地质调查及超前地质预报分析，
2025-07-20
收稿日期：
1997 E-mail ******@
作者简介：蒋行行（ —），男，四川成都人，助理工程师，硕士，主要从事岩土工程、隧道工程工作， ： 。
1998 E-mail ******@
通信作者：欧本祚（ —），男，四川成都人，助理工程师，主要从事高速公路建设、管理工作， ： 。
50
· ·
8 61
第 期 蒋行行，等：铜锣山隧道穿越采空区探测及处置措施研究 第 卷
初步预测采空区的分布范围，再结合数值模拟方法 的须家河组地层内，其中进口段为金鸡煤矿煤巷采
建立地质模型，分析采空区影响范围内的围岩应力 空区，穿越煤层为正连煤层、正二连煤层，煤层厚度
m
及变形特征，并以此为基础提出相应的处置措施。 ～ ，顶板为粉砂岩，底板为泥岩。地质勘察
DK0+271 DK0+351
最后，结合现场监测数据，对采空区处置效果予以 结果显示，拟建隧道平行导洞 ～
评价，以期为相似工程的设计和施工提供参考。 段位于采空区冒落带和裂隙带内，推断其下部和上
1 工程背景 部采空区变形不充分，采空区对隧道影响较大。
工程概况 2 超前地质预报及分析
拟建铜锣山隧道位于四川省东部达州市，项目 铜锣山隧道超前地质预报依据地质勘察报告
主线按照双向六车道高速公路标准建设，设计速度 及相关技术规范，采用地球物理探测（瞬变电磁法、
100 km/h
。该隧道为分离式隧道，其中左幅隧道起讫 地质雷达法）和超前水平钻探的方法，对平行导洞
ZK10+396 ZK16+980 6 584 m DK0+271 DK0+351
点桩号为 、 ，全长 ，隧道 ～ 段采空区掌子面前方一定范围
570 m K10+460
最大埋深为 ；右幅隧道起讫点桩号为 、 内围岩的工程地质条件、水文地质条件，采空区的
K16+990 6 530 m 564 m
，全长 ，隧道最大埋深为 。左 空间形态、赋水状况以及冒落带、裂隙带的发育分
m
右幅隧道测中线距离为 ～ 。另外，隧道 布情况进行探测、分析。
1 520 m
在施工过程中设置了平行导洞，长 ，以满足 瞬变电磁法
隧道通风和辅助施工。 瞬变电磁法是利用隧道前方导体产生感应涡
工程地质条件 旋电流的分布特征，对掌子面前方含水体进行超前
工程区域位于新华夏系第三沉降带，属于四川 地质预报的一种物探方法。根据掌子面工作条件，
3
盆地东部弧形构造带的组成部分，构造形迹以北北 此次瞬变电磁法探测共计布置 条横向扫描断面，
- DK0+271 DK0+351
东 北东向梳状褶皱为主，背斜近轴部局部伴生有 桩号为 ～ 。以掌子面现有掘进方
30°
逆冲断层。拟建铜锣山隧道穿越地质构造主要为 向为基准，扫描方向分别为斜向上 顶板方向、水
- 30° 1
铜锣峡背斜和瓦屋咀 饶家塝逆冲断层。 平方向、斜向下 底板方向。探测结果如图
隧址区总体位于由铜锣峡背斜轴部隆起而成 所示。
30°
的长条状山脉，所处地形地貌为构造剥蚀中低山地 探测结果显示，掌子面正前方斜向上 方向
20 35 m
貌及溶蚀侵蚀中低山地貌，地形起伏较大，谷深坡 ～ 范围内发现有明显低阻异常区域，为主要
V 409 1 008 m 599 m 5 38 m
陡，常呈“ ”形，高程为 ～ ，相对高差 。 富水区域；掌子面正前方 ～ 范围内右侧发现
NW/NE∠25° 34°
岩层产状为 ～ ，进口段地面与岩层 有较强低阻异常区域，低阻区域较广；掌子面正前
409 412 m 30° 30 40 m
倾向一致，高程为 ～ 。隧址区主要揭露地 方斜向下 方向右侧 ～ 范围内发现有明显
T
层为三叠系上统须家河组（ 3xj）砂岩、三叠系中统 低阻异常区域。
T T
雷口坡组（ 2l）和下统嘉陵江组（ 1j）灰岩等，覆盖层 结合隧道水文地质资料，该掌子面正前方右侧
m DK0+291 DK0+301
为第四系崩坡积、崩积堆积物，厚度 ～ 。 岩体破碎， ～ 段掌子面前方右侧
水文地质条件 岩体以低阻形式展布，节理裂隙密集，基岩裂隙水
隧址区内水系属于长江流域，区内无大江大 较多，推测存在含水破碎区或空洞，富水区地下水
河。主要河流为清水河、黄滩河，其特点是呈脉状 可以通过原始裂隙相互连通并流向隧道。
发育，流域不长，流量不稳，落差较大，为隧道进口 地质雷达法
SIR-4000 100 MHz
端的排泄基准面。地表水系以常年性和季节性溪沟 地质探测采用 型地质雷达（配置
为主，地表水体多储存于水库，距离拟建隧道最近约 雷达天线），在掌子面横向布设两条测线，探测范围为
km DK0+288 DK0+318
，整体对采空区段隧道施工影响较小。 桩号 ～ 段。根据现场条件，探测时
采空区分布特征 采用点测和线测法进行，往返行走两次，以提高探测
2
铜锣山隧道采空区主要分布在隧道进出口段 的精度。掌子面地质雷达探测结果如图 所示。
51
· ·
2025 8 61
年第 期 甘肃水利水电技术 第 卷
DK0+288
76 根据地质雷达探测结果，测线前方 ～
69 DK0+318
61 段电磁波同相轴较连续，以中低频信号为
54
）
47 m 主，反射系数较大，推测此段围岩主要为中风化砂
·
39 Ω
/
32 （ 岩夹泥岩，局部夹煤线，岩体破碎，节理裂隙发育，
24
17 自稳能力差，层间结合差，地下水弱发育。同时，测
10 视电阻率 DK0+291 DK0+295
2 线前方 ～ 段右侧，电磁波同相轴
-5
a 30° 较缭乱且呈团状，频率较高，反射系数较大，推测此
（ ）掌子面正前方斜向上
段围岩岩体极破碎，节理裂隙发育，地下水发育，可
74 能存在破碎区。
68
63 超前水平钻探
57
）
51 m
· 超前水平钻探采用不取芯钻探，主要依据现场
45
Ω
/
40 （ 冲击钻的响声、钻速、返水颜色等情况粗略判断掌
34 3
28 子面前方围岩发育情况。超前水平钻探共设 个钻
22
视电阻率 3 1
17 孔，现场孔位如图 所示。其中，#钻孔深度范围为
11
DK0+ DK0+ 2# DK0+
b ～ ， 钻孔深度范围为
（ ）掌子面正前方顺层 DK0+ 3 DK0+
～ ，#钻孔深度范围为 ～
88 DK0+
80 。
72
64 根据现场地质调查，掌子面揭露岩性主要为中
）
56 m
48 ·
Ω 风化砂岩，岩体较破碎，岩质较软，呈中厚层状镶嵌
/
39 （
31 结构，掌子面整体湿润。钻探过程中，钻进声音较
23
15
视电阻率 闷，钻进速度时快时慢，偶有跳钻及卡钻现象。其
7 0 6 m
-1 中，深度 ～ 范围返水为灰色，岩芯以长短柱状
6 9 m
c 30° 为主，岩体较完整；深度 ～ 范围岩芯以碎块状
（ ）掌子面正前方斜向下 9 11 m
图1 瞬变电磁法探测结果 为主，较破碎，存在跳钻及卡钻现象；深度 ～
道号 道号
0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70
0 0 0 0