耿佳弟，趙艷華

(1.成都理工大學工程技術學院，四川成都610000;2.西南交通大學，四川成都610031)

1 工程概況及地理位置

1.1 工程概況

大相嶺隧道位于四川省雅安市滎經縣和漢源縣交界處的大相嶺高中山區(qū)，左線K53+804 m～K63+750 m，長為9 946 m，進口高程約為1 526.54 m，出口高程為1 540.41 m;右線YK53+773 m～YK63+780 m，長10 007 m，進口高程約為1 525.88 m，出口高程約為1 540.21 m。采用人字坡穿越大相嶺嶺脊，進口設計縱坡0.75%，出口設計縱坡－0.5%，左右線均于嶺脊分坡，左線為K58+650 m，右線為YK58+650 m。隧道穿越段最大埋深1 701 m，屬于深埋特長越嶺公路隧道，是雅瀘高速公路控制性工程。

圖1 大相嶺隧道地理位置

1.2 地理位置

隧道進口位于滎經縣凰儀鄉(xiāng)高橋河右岸斜坡，屬滎經縣凰儀鄉(xiāng)，距滎經縣城約40 km;出口位于漢源縣雙溪鄉(xiāng)，距漢源縣城約32 km，屬漢源縣九襄鎮(zhèn)。具體位置見圖1所示。

地理位置為東經 102°37'56″～ 102°45'15″，北緯 29°31'13″～29°38'00″。108國道連接兩縣。進、出口現(xiàn)有簡易機耕道相通，交通運輸條件極為不便。

2 大相嶺隧道與本次探測區(qū)段地質概況

2.1 隧道地質概況

本次研究采用地質雷達對大相嶺隧道左線出口K62+565.7掌子面做了隧道超前預報探測。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，探測掌子面前方30 m范圍內的地質變化狀況。

2.1.1 地層巖性

隧道通過地層為:震旦系下統(tǒng)安山巖段(Zaa)、流紋巖段(Zaλ)、震旦系上統(tǒng)開建橋組(Zk)、震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbdn)以及第四系地層。通過地層主要分為巖漿巖和沉積巖兩大類，前者可劃分為火山巖和侵入巖兩類，以火山巖分布最廣，是下震旦統(tǒng)的主要巖性;后者為碳酸巖類和火山碎屑巖類。火山熔巖和火山碎屑巖是隧道的主體巖性段，水攜式火山碎屑巖和碳酸鹽巖僅于隧道出口附近有少量分布。

2.1.2 地質構造

隧址區(qū)所在的構造單元為大相嶺北西向構造帶，展布于區(qū)域中部，主要有金坪斷裂、保－凰斷裂和大相嶺背斜、宜東向斜組成，其中大相嶺背斜是近址區(qū)的控制性構造。大相嶺背斜整體呈WN向展布，但其軸線具寬緩“S”形，總體走向N40°W，而近隧址區(qū)構造帶的構造線方向為N10°W左右。

隧址區(qū)位于多個構造體系應力場的集中部位，其中進口段受構造集中應力場影響更大。

2.1.3 主要不良地質和地質災害

(1)發(fā)育于白云巖、水攜式火山碎屑沉積巖、流紋巖類及安山巖中的斷層或破碎帶，整體呈碎石狀壓碎結構，開挖擾動后，側壁穩(wěn)定性差，頂部存在坍塌。

(2)斷層及其破碎帶形成的風化槽地或沖溝，內含溶蝕孔洞，不排除壓力水的存在，并伴有涌水、涌砂、突泥現(xiàn)象，易造成大～特大型隧道塌方。

(3)火山沉積巖、流紋巖類及安山巖的開挖有時會有高低溫差、巖爆現(xiàn)象的存在，相伴隨的巖體大變形極易給隧道施工安全、質量造成威脅。

2.2 探測區(qū)段地質地貌概況

本次探測預報區(qū)段為大相嶺隧道左線出口K62+565.7～K62+535.7，大約30 m左右。

2.2.1 地層巖性

區(qū)段遇到的圍巖巖性:深紅色中厚——薄層狀流紋巖，巖石較破碎，巖層產狀265°∠65°。

2.2.2 地質構造

該區(qū)段受F6斷層影響，產狀陡峭。

2.2.3 水文地質條件

此段較干燥，偶見裂隙水。

3 探測方法、設備及原理

3.1 探測原理

地質雷達(GPR)超前預報屬于隧道地質超前預報中的短期地質情況預報，其工作原理與對空雷達在原理上十分相似，是基于地下介質的電性差異，向地下發(fā)射高頻電磁波，并對地下介質反射的電磁波進行處理、分析、解釋的一項工程物探技術。其探測原理如圖2所示，其工作過程是:由置于掌子面的發(fā)射天線送入掌子面前方一高頻電磁脈沖波(主頻為數(shù)十兆赫茲至數(shù)百兆赫茲)，當其在掌子面前方傳播過程中遇到不同的目標體(巖石破碎帶、溶洞、斷層裂隙等)的電性界面時，就有部分電磁波能量被反射折向掌子面，被接收天線接收，并由主機記錄，得到從發(fā)射經反射界面回到接收天線的雙程走時t。當被探測介質的波速已知時，便可根據(jù)測到的精確t值求得目標體的位置和埋深。這樣，可對各測點進行快速連續(xù)地探測，并根據(jù)反射波組的波形與強度特征，經過數(shù)據(jù)處理得到地質雷達剖面圖像。

圖2 地質雷達探測原理圖

3.2 探測儀器簡介

GPR隧道超前地質預報系統(tǒng)包括儀器主機、天線、電纜線和處理軟件四部分組成。

本次探測采用美國地球物理探測公司(GSSI)生產的SIR－20型主機及100 M天線。SIR－20型地質雷達是世界上掃描速度最快，功能強大的雙通道探地雷達。

SIR－20主機擴展性強，可以兼容所有低頻天線和高頻天線，進行多種測量。

100兆天線為加強型單體屏蔽收發(fā)一體化天線，便于在隧道內進行超前預報。

探地雷達是目前隧道地質超前預報探水的最主要手段。

3.3 測線布置

地質雷達是一種無損的地球物理探測方法，簡便易用。根據(jù)現(xiàn)場工作面的檢測條件，本次檢測在K62+565.7掌子面上共布置了一條測線(如圖3)。測線左右均以面向掌子面方向為準?？紤]到工作面的平整程度，在同一測線上來回檢測了兩次。

圖3 掌子面K62+565.7雷達測線位置

3.4 地質雷達探測方法

地質雷達探測是基于電磁波遇到不同反射界面其反射振幅和相位不同來判斷前方傳播介質的變化。介質介電常數(shù)的差異決定了電磁波反射的強弱程度和其相位的正負。巖性、構造、風化程度及其含水量的變化將影響其介電常數(shù)。

本次預報選用SIR－20型地質雷達，100 MHz天線，沿測線進行數(shù)據(jù)采集，測點間距為8～10 cm。采集方式為點測，每掃描采樣數(shù)為512，采集時窗為500 ns，采用64次迭加。橫向測線1#長度為4.5 m，同時得到相應的雷達反射剖面。

4 GPR探測成果

根據(jù)地質雷達在隧道掌子面探測數(shù)據(jù)圖像(見圖4)分析，在掌子面前方30 m(K62+565.7—K62+535.7)內變化如下:在測線中部電磁波反射發(fā)育，振幅強，推斷為風化嚴重的流紋巖、較破碎;掌子面前方10 m左右裂隙發(fā)育嚴重;測線其余部分反射較為單一，表明巖性與掌子面一致，為稍有風化的流紋巖。

根據(jù)地質雷達測試結果，并結合掌子面地質情況分析，推斷掌子面前方30 m范圍內的地質情況如圖5所示:標記1所圈起的部分是強風化流紋巖，較破碎，偶有裂隙水存在，其余部分為稍有風化的流紋巖。

圖4 大相嶺隧道右線K62+565.7地質雷達探測剖面

圖5 大相嶺隧道左線K62+565.7地質橫剖面示意圖

5 結論及建議

5.1 結論

掌子面K62+565.7前方30 m范圍內，位于F6斷層上盤，主要為稍有風化的流紋巖及流紋質熔結凝灰?guī)r，巖體較破碎，節(jié)理較發(fā)育，有裂隙水存在。依據(jù)《公路隧道設計規(guī)范》(JTG D－2004)初步推測(K62+565.7—K62+535.7)圍巖類別為Ⅱ—Ⅲ級偏弱。

5.2 建議

根據(jù)雷達探測結果，結合掌子面的地質情況，建議建設單位在K62+565.7—K62+535.7掘進過程中，開挖面不易過大，并控制好掘進進尺，進尺1～2 m為宜。注意加強支護，宜采用超前小導管，鋼拱架掛網(wǎng)錨噴支護，嚴格控制超挖，做好防掉塊、防坍塌措施。K62+560.7－K62+550.7段節(jié)理發(fā)育明顯，掘進時應采取安全措施。

［1］JTG D－2004公路隧道設計規(guī)范［S］

［2］白雪飛.大相嶺隧道超前地質預報［D］.西南交通大學，2009