■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)

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