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        超前地質(zhì)預(yù)報在民主隧道中的應(yīng)用

        2016-04-15 02:01:21田宏月
        福建交通科技 2016年1期
        關(guān)鍵詞:掌子面電磁波雷達(dá)

        ■田宏月

        (貴州省公路工程集團有限公司,貴陽 550008)

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        超前地質(zhì)預(yù)報在民主隧道中的應(yīng)用

        ■田宏月

        (貴州省公路工程集團有限公司,貴陽550008)

        摘要本文以貴州省盤興高速公路民主隧道為研究對象,開展了以地質(zhì)雷達(dá)為主的超前地質(zhì)預(yù)報工作,對民主隧道圍巖情況及不良地質(zhì)情況進行了超前探測,現(xiàn)場實踐表明,超前探測情況與實際情況基本吻合,說明超前地質(zhì)預(yù)報可為隧道施工安全預(yù)警,施工措施的選擇及信息化施工提供一定的依據(jù)。

        關(guān)鍵詞公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用

        1 前言

        貴州省盤縣至興義高速公路屬于昭安高速公路的南段,是《貴州省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》(678網(wǎng))中的第七縱的重要組成部分。項目主線起于六盤水市盤縣的海鋪,與滬昆國家高速公路和六盤水至盤縣高速公路相接,終點接已建成的汕昆國家高速公路黔西南州興義東互通。盤興高速公路主線全長88.943km,設(shè)計時速80km/h,全線共設(shè)置上下行分離式隧道(含小凈距)13座,全長15849m(雙幅平均長度),占路線長度的26%。本項目超前地質(zhì)預(yù)報以工程地質(zhì)綜合分析為核心、直接探測與間接探測相結(jié)合、現(xiàn)場量測與室內(nèi)分析相結(jié)合,由初步探測到詳細(xì)探測,必要時采用超前鉆孔予以驗證,對不良地質(zhì)體的規(guī)模和位置進行超前預(yù)報,指導(dǎo)施工,從而達(dá)到提高隧道施工安全水平和降低工程造價的目的。

        2 工程概況

        民主隧道設(shè)計為雙線隧道,全長3901m,屬于特長隧道。全隧道地質(zhì)情況復(fù)雜,民主隧道圍巖以玄武巖、灰?guī)r為主。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及野外地質(zhì)調(diào)查,隧址區(qū)出露地層較簡單,主要有第四系全新統(tǒng)崩坡積(Q4c+dl)、第四系全新統(tǒng)坡洪積(Q4dl+pl)、第四系全新統(tǒng)滑坡堆積(Q4del)以及二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖、二疊系下統(tǒng)茅口組地層。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料,隧址區(qū)大地構(gòu)造位于南嶺東西復(fù)雜構(gòu)造帶西段之北緣,構(gòu)造部位位于普安山字形構(gòu)造區(qū),主要構(gòu)造線呈北東、北西向展布,由一系列褶皺和斷裂組成,控制了測區(qū)河流峽谷的主要走向及巖溶發(fā)育基本特征。

        3 測試方法

        本次探測采用地質(zhì)調(diào)查結(jié)合物探的綜合方法對掌子面前方大約30m范圍進行超前預(yù)報。

        3.1地質(zhì)法

        由具有豐富經(jīng)驗的專業(yè)地質(zhì)工程技術(shù)人員直接觀察掌子面圍巖情況,對前方圍巖進行判斷。

        3.2地質(zhì)雷達(dá)探測

        利用天線(發(fā)射與接收為同一個天線)發(fā)射高頻寬頻帶電磁波,并接收來自地下介質(zhì)界面的反射波。利用電磁波在隧道掌子面前方巖體中的傳播、反射原理,根據(jù)測到的反射脈沖波走時計算反射界面距隧道施工掌子面的距離,即可預(yù)報掘出前方的地質(zhì)情況。

        4 儀器設(shè)備

        本次工作采用美國勞雷公司生產(chǎn)的SIR-3000型地質(zhì)雷達(dá),運用100MHz天線(如圖1)進行探測。

        5 設(shè)計簡況

        本次預(yù)報里程段為民主隧道左線Z4K32+561~ Z4K32+531,隧道設(shè)計圍巖級別為Ⅳ2級;Z4K32+ 561~ Z4K32+531段襯砌類型為Ⅳb級圍巖襯砌。

        Z4K32+561~ Z4K32+531段隧道埋深較大,埋深102.36~216.16m,圍巖為玄武巖,屬較硬巖;受區(qū)域構(gòu)造影響嚴(yán)重,節(jié)理裂隙較發(fā)育,層間結(jié)合較差,呈塊-碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu),巖體較破碎-較完整;賦存玄武巖裂隙水,開挖后洞室中地下水主要以點滴狀、淋雨狀滲水,破碎巖帶可能有股狀涌流;圍巖穩(wěn)定性較差,拱部無支護易發(fā)生中-大坍塌,側(cè)壁有時失穩(wěn)。

        6 預(yù)報內(nèi)容、原理及現(xiàn)場探測

        6.1預(yù)報內(nèi)容

        ⑴推斷掌子面前方約30m范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的地層、構(gòu)造、巖性情況;

        ⑵推斷掌子面實見的各種不良地質(zhì)體向掌子面前方延伸的情況;

        ⑶對掌子面涌水量的觀測,結(jié)合巖性、構(gòu)造特征,推斷工作面前方一定范圍內(nèi)可能的地下水涌出情況;

        ⑷在上述推斷的基礎(chǔ)上,預(yù)測工作面前方一定范圍內(nèi)的隧道圍巖級別,提出準(zhǔn)確的超前支護建議,并對施工支護提出初步建議。

        6.2預(yù)報原理

        地質(zhì)雷達(dá)利用無線電波檢測地下介質(zhì)分布和對不可見目標(biāo)或地下界面進行掃描,以確定其內(nèi)部形態(tài)和位置的電磁技術(shù),其理論基礎(chǔ)為高頻電磁波理論,利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式由地面通過發(fā)射天線送出地下,經(jīng)地下不連續(xù)體或目標(biāo)體反射后返回地面為接收天線所接收,反射電磁波經(jīng)過一系列的處理和分析之后可以得到探測介質(zhì)的有關(guān)信息(比如:節(jié)理、裂隙、斷裂等解譯)。從反射波的連續(xù)性特點看,電磁波在正常衰減過程中因遇到較強的反射界面時,波幅會驟然增加,同相軸明顯,之后恢復(fù)正常變化規(guī)律。反之,若目標(biāo)體中存在有許多雜亂無章的界面,雷達(dá)接收到的這些界面的反射回波信號時波幅小、波形雜亂無章,同相軸將很不連續(xù)。

        如果介質(zhì)的介電常數(shù)是已知的話,根據(jù)公式(1)

        式中,C(km/s)為電磁波在真空中的傳播速度,可以得到電磁波在介質(zhì)中的傳播速度V(km/s),再根據(jù)記錄的從發(fā)射經(jīng)巖體界面反射回到接收天線的雙程走時t,可以精確求得目標(biāo)體的位置和深度。通過步出式或連續(xù)的探測可以得到一組雷達(dá)反射波,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理,可以得到探測地質(zhì)體的地質(zhì)雷達(dá)剖面圖,進而探測掌子面前方的不良地質(zhì)現(xiàn)象的位置和分布特征。信號發(fā)射與數(shù)據(jù)采集圖示見圖2。

        6.3現(xiàn)場預(yù)報方法及照片資料

        地質(zhì)雷達(dá)測線布置見圖3,在左線掌子面上3條線進行地質(zhì)雷達(dá)測試?,F(xiàn)場預(yù)報照片資料如圖4所示。

        7 預(yù)報結(jié)果分析

        通過對掌子面情況的了解和對探測的地質(zhì)雷達(dá)波形的分析對比,推測掌子面前方的巖體狀況,本次共探測左線3條測線,從室內(nèi)處理結(jié)果來看,本次采集數(shù)據(jù)質(zhì)量較高,說明了該次探測較為真實地反映了掌子面前方的巖體狀況。

        采用RADAN6.6專用處理軟件,后處理圖像如圖5。

        8 預(yù)報結(jié)論及建議

        8.1結(jié)論

        民主隧道出口左線Z4K32+561~ Z4K32+531由雷達(dá)波形分析,預(yù)報結(jié)論如表1所示:

        表1 地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報表

        8.2建議

        (1)加強預(yù)報段開挖后的初期支護工作和地質(zhì)觀察,開挖過程中應(yīng)注意節(jié)理裂隙發(fā)育帶圍巖變化。開挖時應(yīng)有針對性安全施工措施及支護措施。施工過程中注意觀察,及時處理松動危石,確保安全。

        (2)左線掌子面前方0~30m(Z4K32+561~ Z4K32+ 531)段圍巖特征總體一般,雷達(dá)反射波不強,同相軸連續(xù),推測圍巖完整性一般。施工過程中需做好排險工作,以確保施工安全。

        (3)施工開挖到掌子面樁號左線Z4K32+536處,進行下一次超前地質(zhì)預(yù)報工作。

        9 小結(jié)

        采用地質(zhì)雷達(dá)為主的地質(zhì)調(diào)查結(jié)合物探的綜合方法,對隧道安全施工起到了早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防、早處理的積極作用,達(dá)到提高隧道施工安全水平和降低工程造價的目的。

        參考文獻(xiàn)

        [1]方建立,應(yīng)松,賈進.地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報中的應(yīng)用[J].中國巖溶,2005(02).

        [2]李天斌,孟陸波,朱勁.隧道超前地質(zhì)預(yù)報綜合分析方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2009(12).

        [3]薛翊國,李術(shù)才,蘇茂鑫.隧道施工期超前地質(zhì)預(yù)報實施方法研究[J].巖土力學(xué),2011(08).

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