高黎贡山隧道TBM卡机与物探、钻探成果耦合性浅析

陈 杰 杜宇本 蒋良文 沈 维

(1.成都华丰工程勘察设计有限公司， 成都 610031；2.西南交通大学， 成都 611756；3.中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

随着国家基础建设的快速发展和社会的进步，地下交通运输工程机械化施工也得到蓬勃发展[1-2]，作为国家的重要基础设施，铁路在中国综合交通运输体系中处于骨干地位[3]，而全断面岩石掘进机(Tunnel Boring Machine，简称TBM)凭借其安全性和高效性等特点，被广泛应用于铁路等长大深埋隧道施工中[4-6]。

大瑞铁路高黎贡山隧道出口工区施工段采用TBM法施工。为查明TBM施工段的地质条件，勘察期间采用遥感、地质调绘、物探、钻探、原位测试及室内试验等方法开展了综合地质勘察。然而，高黎贡山隧道地质条件极为复杂，TBM掘进过程中发生了多次卡机和受困，严重影响施工安全和工程进度，并造成严重的经济损失[7]。

本文拟从TBM施工卡机受困地质条件规律性总结，与勘察期间物探、钻探成果进行耦合性分析，利用综合分析成果结论，提出类似条件工况地质勘察建议，以指导设计和施工。

1 概况

1.1 工程概况

大瑞铁路高黎贡山隧道起讫里程为D1K 192+302～D1K 226+840，全长34.538 km，洞内线路纵坡为“人”字坡，隧道进口线路高程为842 m，出口线路高程为 1 215 m，最大埋深 1 155 m。本隧采用“1平+1斜+2竖”的辅助坑道设置方案，平导位于预留Ⅱ线线位上，1号斜井长 3 850 m，1号竖井深762 m，2号竖井深640 m，斜、竖井均设置为主副井。

图1 高黎贡山隧道线路布置示意图(m)

1.2 地质概况

高黎贡山隧道位于怒江和龙川江间，穿越高黎贡山山脉南段，山体浑厚，总体地势北东高南西低，山脉大体为南北走向，山脉、河流相间，地面高程640～2 340 m，相对高差约 1 700 m，地形起伏大。

隧址区位于印度板块与欧亚板块相碰撞的缝合带附近，地处青藏滇缅巨形“歹”字型构造西支中段弧形构造带与经向构造带之“蜂腰部”南段。地质条件具“三高”(高地热、高地应力、高地震烈度)和“四活跃”(活跃的新构造运动、活跃的地热水环境、活跃的外动力地质条件和活跃的岸坡浅表改造过程)集于一体的特征，工程地质条件极为复杂。

图2 高黎贡山隧道TBM施工段地质纵断面图

1.3 TBM卡机受困概况

高黎贡山隧道出口平导小TBM于2017年11月25日始发掘进；出口正洞大TBM于2018年2月1日始发掘进。高黎贡山隧道TBM施工段D1K 226+126～D1K 219+631，长6.495 km，发生卡机受困10次；平导施工段PDK 225+943～PDK 219+842，施工长度6.101 km，发生卡机受困14次。两段TBM施工段卡机受困情况如表1所示。

表1 TBM卡机受困情况统计表

2 地面物探成果分析

高黎贡山隧道勘察期间采用可控源音频大地电磁测深法(Controlled Source Audio Magneto Telluric Method，简称CSAMT法)，是在音频大地电磁测深(Audio Magneto Telluric Method，简称AMT法)基础上，发展起来的一种人工源频率测深方法[8]，全隧道贯通施作，物探点间距为 20 m，共完成 34.6 km。

2.1 物探成果特征

出口工区TBM施工段物探解译电阻率断面图如图3所示。

由图3可知，出口工区TBM施工段物探解译电阻率断面图显示了以中阻为背景、分布有多条规模较大的条带状、串珠状和片状低阻异常的电性特征。在横向上，高低阻异常相间，中阻背景值为102.4～103.2Ω·m。物探解译结果表明隧道洞身范围存在上下基本贯通的条带状、团状或串珠状低阻异常，低阻异常的电阻率值均低于102.2Ω·m，属高风险卡机段落。此外，局部段落洞身上部存在条带状及串珠状低阻异常，且异常区有垂直或斜向向隧道洞身延伸的趋势，洞身范围低阻异常的电阻率值分别为102.6～102.8Ω·m、102.2～102.4Ω·m和102.6～102.8Ω·m。

图3 物探解译电阻率断面图

根据物探CSAMT法解译成果资料，以电阻率值为基础，对地表物探指标对TBM发生卡机概率进行分类，结果如表2所示。

建立扶贫工作责任清单，选择重点部门和重点乡镇村进行联合督查。实行验收制，将验收结果与绩效考评、评优评先、干部选拔相结合。对于验收不合格的单位实行约谈、函询或诫勉谈话。

表2 地表物探电阻率值对应卡机概率分类表

需注意的是，CSAMT法资料仅是宏观评价高黎贡山隧道工程地质条件的基础，考虑到CSAMT法自身存在静态效应、近场效应、场源效应、地形影响、高压输电线和日变磁场等会造成不可消除的干扰，从而导致CSAMT法资料的精度受到一定影响。因此，CSAMT可能漏判或误判部分不良地质体，现场开挖结果也表明CSAMT资料在不良地质段落存在一定范围里程差异。

2.2 物探成果分析

根据地表物探CSAMT法电阻率值解译结果，结合该物探方法存在一定差异性等特点，物探解译结果表明存在8段TBM卡机高风险段落，如表3所示。

表3 TBM已施工段物探预测卡机高风险段落表

3 深孔钻探成果分析

考虑到高黎贡山较大隧道埋深和复杂地质条件，深孔钻探成孔及取芯难度极大，而绳索取芯技术钻进效率非常高、结构简单，采用该技术能够更好地保证岩芯质量，避免岩芯长时间浸泡，从而延长钻头的使用寿命，降低劳动强度[9]。高黎贡山隧道正线进、出口各施工1个水平向探孔，共完成勘探量425.9 m/2孔，共施工竖向深孔钻探32孔，完成勘探深度 20 958.85 m，平均钻孔间距约1.01 km。其中，设计TBM施工段施工深孔钻探共13孔，完成勘探深度 6 793.5 m，平均间距约1.02 km。

3.1 钻探成果特征

表4 TBM已施工段钻探揭示地质情况表

根据区域报告和勘测阶段地质调绘情况，推测老董坡断层与洞身相交于D1K 220+120附近，断裂附近岩体普遍破碎，糜棱岩、碎裂岩发育，且该断层属岩性接触断层，地下水发育，对隧道工程影响较大。

3.2 钻探成果分析

综合深孔钻探资料及区调情况分析，TBM施工卡机高风险段落存在7段，具体情况如表5所示。

表5 TBM已施工段钻探预测卡机高风险段落表

4 综合成果分析

综合地表物探预测资料和深孔钻探成果划分高黎贡山隧道TBM施工卡机高风险段落，共12段，具体如表6所示。

表6 TBM已施工段卡机高风险段落统计表

5 结论与讨论

5.1 TBM卡机受困与物探成果耦合性分析

以地表物探电阻率值对TBM卡机概率进行分段分级，高黎贡山隧道TBM已施工段卡机高风险段落共有8段，对应正洞卡机里程耦合率为40%，对应平导卡机里程耦合率为57.1%，综合耦合率为50%。

5.2 TBM卡机受困与钻探成果耦合性分析

根据高黎贡山隧道深孔钻探资料及区调情况综合分析，揭示TBM施工卡机高风险段落共有7段，其主要地质问题包括断层构造破碎带、构造影响破碎带、蚀变带及岩性接触带，对应正洞卡机里程耦合率为50%，对应平导卡机里程耦合率为50%，综合耦合率为50%。

5.3 综合成果耦合性分析

通过对高黎贡山隧道TBM已施工揭示卡机受困情况地质条件的总结，与洞身地表物探及深孔钻探预测卡机高风险段落对比分析，其单项耦合概率均为50%，耦合概率较低。将物探与钻探结论相结合后，TBM卡机高风险段落为12段，总长约2.05 km，约占TBM已施工段的31.6%，对出口工区主要地质问题总结更加全面，综合分析耦合率提升至71%。由此可见，地质深孔钻探对物探及地质调绘的验证工作极为重要。

5.4 分析成果讨论

采用TBM施工的隧道工程，尤其是地质条件极为复杂地区，在前期勘测阶段，应根据地表物探成果资料，结合区域构造特征及地层条件，对构造界线、影响较大的岩性接触带、蚀变带等不良地质体进行有针对性的补充钻探勘测，做到提前预判提前处理，减小TBM卡机受困概率，提升其施工的安全性和高效性，为隧道工程建设提供更好的工期保障。