■曹思民，黃 崴 ■中國路橋工程有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510000

1 工程概況

將軍山隧道群均為三車道隧道，整體開挖斷面大，該隧道群多為淺埋隧道，巖質(zhì)以砂巖、板巖為主，圍巖包含Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三個等級，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，施工難度大。將軍山隧道群位于佛山高明隆起區(qū)，山體連續(xù)，隧址區(qū)相對高差約142.50m，屬侵蝕低山地貌，最大埋深約133.0m。隧址區(qū)主要為板巖、砂巖中的節(jié)理裂隙。隧道洞口置于坡積亞粘土、強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖中，巖體中風(fēng)化裂隙極發(fā)育，多呈張開～微張，巖體破碎，穩(wěn)定性差，施工時易坍塌。進(jìn)洞時需配合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)指導(dǎo)施工。

2 地質(zhì)雷達(dá)法超前預(yù)報(bào)

地質(zhì)雷達(dá)法超前預(yù)報(bào)的原理、方法等已有許多著作詳細(xì)介紹，本文不再敷述。該技術(shù)近年來已廣泛應(yīng)用于山體隧道施工中，主要作用為預(yù)報(bào)掌子面圍巖狀況，指導(dǎo)調(diào)整開挖方案，確保施工安全、高效及節(jié)約成本。由于其在短距離(25米以內(nèi))的預(yù)報(bào)精度較高，因此在預(yù)報(bào)破碎帶、溶洞、裂隙、地下水等不良地質(zhì)和指導(dǎo)控制超挖方面具有非常好的效果。

3 工程應(yīng)用實(shí)例分析

將軍山隧道群施工根據(jù)地質(zhì)和圍巖情況的變化，以地質(zhì)雷達(dá)的預(yù)報(bào)結(jié)果指導(dǎo)下階段的施工方法及預(yù)處理措施。本工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探測使用的儀器是由加拿大A－CUBED公司生產(chǎn)的EKKO100型地質(zhì)雷達(dá)儀。

(1)將軍山Ⅰ號隧道案例分析

掌子面樁號為左洞K55+214，巖性為褐色強(qiáng)風(fēng)化薄層砂巖、粉砂巖，產(chǎn)狀184°∠45°，節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理面間填充砂土狀物，巖石呈塊碎狀破裂結(jié)構(gòu)，自穩(wěn)性較差，上部易掉塊，掌子面較干燥。

地質(zhì)雷達(dá)探測出前方25米巖性主要為中－強(qiáng)風(fēng)化砂巖圍巖，由強(qiáng)風(fēng)化破碎圍巖逐漸變?yōu)橹酗L(fēng)化圍巖，有較完整分界面。根據(jù)掌子面下部測線雷達(dá)波形圖(圖1)，前方0～8m(K55+214～K55+222)雷達(dá)波同相軸不連續(xù)，頻率變化較大，+220附近有一強(qiáng)反射面，說明前方圍巖整體與現(xiàn)掌子面圍巖情況變化不大，+220處為一巖石破碎層，圍巖完整性較差，拱部易掉塊;8～25(K55+222～K55+239)同相軸較連續(xù)，局部雜亂，說明圍巖風(fēng)化程度較前段低，節(jié)理較發(fā)育，局部夾軟弱物，總體圍巖完整性較前段好。

圖1 將軍山1號隧道進(jìn)口左線K55+214下測線100MHz雷達(dá)回波圖

根據(jù)回波圖，推斷前方圍巖結(jié)果如表1。該段范圍內(nèi)主要為中－強(qiáng)風(fēng)化砂巖、粉砂巖，巖石較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，局部夾軟弱物。

表1

由該地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)論，在施工時按照短進(jìn)尺、弱爆破，及時支護(hù)的原則，完成破碎圍巖段施工。在K55+224樁號開挖掌子面已經(jīng)完全度過破碎圍巖段，并在嚴(yán)格控制超挖的前提下加快施工進(jìn)度，加大每日進(jìn)尺距離該段的隧道開挖施工驗(yàn)證了預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際情況的吻合性達(dá)到90%以上，地質(zhì)雷達(dá)法超前預(yù)報(bào)對隧道施工起到了非常好的指導(dǎo)及預(yù)判作用。K55+224掌子面情況見右圖2。

(2)將軍山Ⅱ號隧道案例分析

掌子面樁號為左洞K56+089，掌子巖性為褐色－黃色強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，雜亂，節(jié)理微張，多填充砂土狀物，掌子面上部為土夾碎石，巖石總體呈塊碎狀松散結(jié)構(gòu)，自穩(wěn)性差，掌子面較干燥。

圖2

地質(zhì)雷達(dá)探測出前方16m范圍內(nèi)巖性主要為強(qiáng)－中風(fēng)化砂質(zhì)板巖。根據(jù)掌子面下部測線雷達(dá)波形圖(圖3)，前方0～16m(K56+089～K56+105)范圍內(nèi)雷達(dá)波衰減較快，說明圍巖整體較為松散狀態(tài)，節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理面填充軟弱物，圍巖完整性較差，左側(cè)反射波較強(qiáng)，并有較連續(xù)負(fù)向同相軸，推測掌子面前方左側(cè)中下部含少量裂隙水。

由回波圖推斷，掌子面前方0～16m(K56+089～K56+105)范圍內(nèi)主要為強(qiáng)－中風(fēng)化砂質(zhì)板巖，巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，左側(cè)含少量裂隙水，自穩(wěn)性差。圍巖級別推斷為Ⅴ級?，F(xiàn)場施工時在K56+099處流出裂隙水，根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)論及時采取噴射混凝土封閉處理，防止圍巖失穩(wěn)，做到了施工時有預(yù)見性的對不良地質(zhì)段進(jìn)行處理，最大限度的保護(hù)圍巖的自穩(wěn)性。地質(zhì)實(shí)際情況與超前預(yù)報(bào)結(jié)論有較高的吻合率。

4 結(jié)語

通過地質(zhì)雷達(dá)法對將軍山隧道群施工進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的實(shí)踐，有以下心得:

4.1 地質(zhì)雷達(dá)法超前預(yù)報(bào)的優(yōu)點(diǎn)

(1)地質(zhì)雷達(dá)探測隧道掌子面前方地質(zhì)狀況方便快捷、對施工影響小。

圖3 將軍山2號隧道進(jìn)口左線K56+089下測線100MHz雷達(dá)回波圖

(2)該方法在短距離(不超過25m)范圍內(nèi)探測精度非常高，探測結(jié)果可靠性及穩(wěn)定性非常高，在指導(dǎo)隧道施工方面意義重大。

(3)對中－強(qiáng)風(fēng)化破碎巖體發(fā)育狀況及其存在的溶洞、裂隙及地下水等狀況探識率較好，在隧道進(jìn)洞施工及淺埋施工階段預(yù)報(bào)效果較好，可指導(dǎo)采取適當(dāng)?shù)氖┕ご胧┳畲笙薅鹊谋Ｗo(hù)圍巖的自穩(wěn)性。

4.2 地質(zhì)雷達(dá)法超前預(yù)報(bào)的缺點(diǎn)

(1)有效探測距離較短。經(jīng)過實(shí)踐總結(jié)，在掌子面后25米范圍內(nèi)，地質(zhì)雷達(dá)法的預(yù)報(bào)結(jié)果準(zhǔn)確度非常高，但超過25米的距離后其探測精度下降較大，在探測距離上遜于地震波法(TSP)。

(2)需結(jié)合雷達(dá)測試結(jié)果和掌子面地質(zhì)特征進(jìn)行綜合分析和判斷得出地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)論，對探測分析人員的地質(zhì)識別經(jīng)驗(yàn)和理論分析水平要求較高，探測結(jié)果需要施工時同步修正。

綜上所述，地質(zhì)雷達(dá)法超前預(yù)報(bào)可達(dá)到快速判斷隧道前方圍巖情況，及時調(diào)整施工方法，保證質(zhì)量、安全與進(jìn)度，減少不必要的投入等效果。采用地質(zhì)雷達(dá)法超前預(yù)報(bào)，施工速度相比傳統(tǒng)施工方法要快20%以上，能夠節(jié)約隧道開挖施工成本8%以上。如今地質(zhì)雷達(dá)法已成為隧道淺埋施工中非常重要的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。

［1］《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)程》(JTJ076－95).

［2］王正成，譚巨剛，等。地質(zhì)雷達(dá)在隧道超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用［J］。鐵道建筑，2005(2).

［3］高才坤，郭世明.采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行隧道掌子面前方地質(zhì)情況預(yù)報(bào)［J］.水力發(fā)電，2000(3).

［4］劉志剛.隧道隧洞施工地質(zhì)技術(shù)［M］.北京:中國鐵道出版社。2001.(1).

［5］南亞林，韓曉雷，等，地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用［A］.水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2009(9).