蒲文明 趙國軍

(中電建路橋集團有限公司，北京 100048)

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綜合超前地質(zhì)預報在梁忠高速禮讓隧道中的應用

蒲文明 趙國軍

(中電建路橋集團有限公司，北京 100048)

結(jié)合禮讓隧道現(xiàn)場地質(zhì)地形特點，提出了綜合超前預報的探測方法，針對不同地質(zhì)情況，綜合采用地質(zhì)雷達，TGP和超前鉆孔方法對禮讓隧道進行超前預報探測，取得了較好的預報效果，積累了豐富的工程經(jīng)驗，保證了隧道施工進度和安全的要求。

地質(zhì)雷達，TGP，超前鉆孔法，掌子面

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，高速公路的需求量大大增加。特別是近年來，西部大開發(fā)如火如荼的進行中，我國西南地區(qū)高速公路事業(yè)也在快速發(fā)展。西南地區(qū)屬于多山區(qū)域，大量隧道的修建是發(fā)展的需要。同時，西南地區(qū)地質(zhì)情況普遍較復雜，多巖溶、暗河，被稱為卡斯特地貌。所以選擇準確可靠的超前地質(zhì)預報方法是保證西南地區(qū)隧道施工安全的前提條件之一。目前已有的超前地質(zhì)預報技術(shù)主要包括地震波反射法、紅外線探水、超前鉆孔、高密度電法、地質(zhì)分析法、瞬間電磁儀法等[1-4]。本文結(jié)合禮讓隧道現(xiàn)場地質(zhì)地形特點，最終選擇地質(zhì)雷達、TGP和超前鉆孔三種手段相結(jié)合的方法開展超前地質(zhì)預報工作。

1 工程概況

重慶市梁忠高速公路禮讓隧道為雙線隧道，全長5 519.15 m，為雙向四車道。隧道穿越明月峽背斜，構(gòu)造星際是北北東～北東向。隧道區(qū)無大的區(qū)域性斷裂隙構(gòu)造。隧道區(qū)出露地層為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j)、中統(tǒng)雷口坡組(T21)、上統(tǒng)須家河組(T3xj)、侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組(J1z)，中下統(tǒng)自流井組(J1-2z)、中統(tǒng)新田溝組(J2x)、第四系(Q4)。

2 隧道超前地質(zhì)預報技術(shù)

2.1 地質(zhì)雷達

電磁波在介質(zhì)傳播路徑上遇到介電常數(shù)和電導率等電性差異的界面時會發(fā)生反射。地質(zhì)雷達正是基于這一原理，通過向隧道前方地層定向發(fā)射電磁波，并接收發(fā)射和接收兩天線間傳播的直達波，再根據(jù)反射波強度、相位等時域波形信息，處理和分析后可判別反射目標的性質(zhì)、空間位置或結(jié)構(gòu)的一種電磁探測方法。

地質(zhì)雷達超前預報距離短，操作較簡單，探明一定距離內(nèi)的地質(zhì)情況較準確。但地質(zhì)雷達具有測線單一，預報片面；電磁波信號干擾性較強；人員要接近掌子面，較危險等特點。

2.2 TGP預報系統(tǒng)

TGP預報系統(tǒng)常用地震波法，用于地質(zhì)構(gòu)造和巖性預報。據(jù)地震波的動力學特性和運動學特性判定圍巖是否存在斷層、溶洞、破碎帶及地下水等不良地質(zhì)情況，結(jié)合圍巖彈性波傳播速度進行初步的巖體結(jié)構(gòu)(完整性、穩(wěn)定性等)特征判斷。再根據(jù)相同巖性的巖塊波速及測試出的圍巖彈性波傳播速度算出完整性系數(shù)，依據(jù)規(guī)范就可根據(jù)彈性波速度和完整性系數(shù)的大小進行圍巖類別劃分。

地震波在巖體呈球面波形式傳播過程中，其傳播特性和衰減規(guī)律等與巖體性質(zhì)以及界面的聲阻抗性質(zhì)，并會在斷層、巖性變化帶或巖溶發(fā)育帶等聲阻抗界面產(chǎn)生地震反射波，通過配套的采集設備和軟件獲取隧道巖體中地震波全波列信息，再結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)資料進行全波列分析處理，實現(xiàn)對隧道前方地質(zhì)條件的推斷，達到地質(zhì)超前預報的目的。

TGP預報系統(tǒng)具有預報距離較長(150 m～200 m)，預報結(jié)果較全面；預報系統(tǒng)性能穩(wěn)定，信噪比高，預報準確；距離掌子面一定距離，較安全。但操作較復雜，對操作人員要求較高，準備工作較多，時間稍長；需要施工單位積極配合。TGP探測地震波三分量原始記錄圖見圖1，TGP超前預報準備工作及注意事項見表1。

表1 TGP超前預報準備工作及注意事項

預報孔的布置要求接收(檢波)器鉆孔要求激發(fā)炮孔的鉆孔要求數(shù)量2個,對稱布置在隧道左右邊墻24個,根據(jù)預報要求選擇在一側(cè)的洞壁直線布孔直徑用?50mm鉆頭鉆孔(否則影響探頭和藥卷的安放)孔深2m孔距2m定向垂直隧道軸向,水平孔垂直隧道軸向,下傾10°～15°高度離地面(隧底)高1m位置距離掌子面約70m距離掌子面退后約5m布置吹孔終孔后吹干凈孔內(nèi)巖粉和碎石準備工作準備瞬發(fā)電雷管26支,防水乳化炸藥2kg(?32藥卷),作為數(shù)據(jù)采集的震源準備觸發(fā)信號線120m,并按每根4.5m的長度截成24根;準備電工絕緣膠布用作接線的絕緣使用準備2筒～3筒黃油卷;或者泥漿,以灌滿接收孔為宜測量:接收孔與其最近的炮孔距離、順序排列的炮孔之間的距離、最后一個炮孔距離掌子面的距離、隧道左右洞壁之間的距離記錄接收孔和掌子面的里程樁號檢查所有鉆孔的孔深、孔徑、孔斜是否滿足要求,是否進行了清孔準備向激發(fā)炮孔灌水使用的塑料軟管準備工作中對TGP206儀器使用的12V直流電源充足進洞工作安全帽

2.3 超前鉆探

超前鉆探是指利用鉆機在隧道掌子面等位置鉆探，通過鉆進過程中的鉆速、巖屑等的變化來判斷前方的地質(zhì)情況。鉆孔位置和數(shù)量應根據(jù)地質(zhì)素描的實際情況選擇。獲取巖體鉆探信息后，再根據(jù)施工現(xiàn)場巖性變化、涌水情況等地質(zhì)素描記錄情況，可進一步提高前方地質(zhì)、涌水、瓦斯含量等預報的準確度。超前鉆探預報是最直接、可靠的方式，但鉆孔需要占用較長的施工作業(yè)時間，費用較高。

3 禮讓隧道預報結(jié)果案例

空腔探測：左洞進口端施工至ZK11+765處，右邊墻下部揭露一空腔，空腔內(nèi)呈持續(xù)發(fā)展狀況。經(jīng)研究決定采取地質(zhì)雷達、TGP和超前鉆孔技術(shù)相結(jié)合方法對空腔大小和位置進行探測。共布設地質(zhì)雷達測線7條(見圖2)，TGP探測1次(見圖3)，超前鉆孔7個。

地震雷達探測采用瑞典RAMACCUIII型探地雷達，配備100 MHz屏蔽天線，TGP探測采用國產(chǎn)TGP206A型地震波設備，其中TGP探測現(xiàn)場記錄見表2。

表2 TGP超前預報現(xiàn)場記錄表

對TGP采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過其自帶專業(yè)軟件處理后，可得到TGP地震波超前預報成果圖(見圖4)。

經(jīng)過對地質(zhì)雷達和TGP探測圖形進行分析，結(jié)合獲得超前鉆孔數(shù)據(jù)得到了較準確的空腔形狀、大小及與隧道位置關(guān)系圖(見圖5)。為空腔處置方案的及時提出提供了有力的依據(jù)，隧道施工進度未受到影響。經(jīng)后期的持續(xù)監(jiān)測，隧道變形發(fā)展穩(wěn)定。

4 結(jié)語

禮讓隧道采取TGP系統(tǒng)、地質(zhì)雷達和超前鉆探相結(jié)合的綜合超前預報系統(tǒng)，在施工一年中取得了顯著的成效，積累了豐富的經(jīng)驗,主要有：1)地質(zhì)雷達和超前鉆探在探明空腔和水文情況均有自己獨到的優(yōu)勢和自己的缺點，具體情況應結(jié)合使用，通過優(yōu)缺點的互補，得到較為可靠的預報結(jié)果。2)TGP超前預報系統(tǒng)探測距離較長，精度不夠，應根據(jù)勘察資料，在圍巖巖性變化較緩的路段使用，同時應采用地質(zhì)雷達對TGP超前預報結(jié)果進行階段性的驗證和對前方地質(zhì)情況進一步的探明。3)地質(zhì)雷達、超前鉆探、TGP預報系統(tǒng)均有相輔相成、互相驗證的作用。具體的施工過程中應將三者有機結(jié)合起來靈活運用，才能消除風險，保證隧道安全施工。

[1] 范鵬舉,周立波.特長隧道綜合超前地質(zhì)預報應用研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2013,10(1):46-49.

[2] 趙文軻,王連成,鐘 鳴.綜合超前地質(zhì)預報方法在大瑤山公路隧道中的應用[J].公路交通技術(shù)，2011,12(6):104-108.

[3] 張九俊.綜合超前預報在巖溶隧道施工中的應用[J].科學之友，2012(28):48-50.

[4] 竇 順,韓成海,趙長要.瓦窯坡隧道巖溶地質(zhì)超前預報綜合技術(shù)[J].地下空間與工程學報，2011,7(2):366-370.

The application of comprehensive advanced geological prediction in Liangzhong highway comity tunnel

Pu Wenming Zhao Guojun

(CLP Construction Road and Bridge Group Limited Company, Beijing 100048, China)

Combining with site geological and topographical characteristics of comity tunnel, this paper proposed the detection method of comprehensive advanced forecast, according to different geological conditions, comprehensively used geological radar, TGP and advanced drilling method for advanced prediction exploration to comity tunnel, achieved good prediction results, accumulated rich engineering experience, ensured the tunnel construction schedule and safety requirement.

geological radar, TGP, advanced drilling method, tunnel face

1009-6825(2017)16-0156-02

2017-03-29

蒲文明(1978- )，男，碩士，高級工程師

U452.1

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