董昌帥 葛顏慧 劉友博

(山東交通學(xué)院，山東 濟(jì)南 250357)

1 概述

隨著國家大力倡導(dǎo)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，越來越多的隧道工程進(jìn)入規(guī)劃建設(shè)。然而在建設(shè)過程中由于地質(zhì)情況的復(fù)雜多變，因隧道建設(shè)范圍內(nèi)地質(zhì)資料掌握不足而導(dǎo)致的安全事故時有發(fā)生。如“6·21臨滄隧道突泥涌水事故”“9·14西雙版納隧道坍塌事故”等[1]。

上述一系列事故充分說明了在隧道施工過程中，準(zhǔn)確、及時、有效的超前地質(zhì)預(yù)報工作，對避免重大地質(zhì)災(zāi)害，保證隧道施工安全起著不可替代的作用[2]。目前，常用的超前地質(zhì)預(yù)報方法有:地質(zhì)雷達(dá)法、TSP法、TRT法等[3]。其中地質(zhì)雷達(dá)法具有效率高、精度高、抗干擾、操作便捷等優(yōu)點[4]，在短距離精確探測中得到了廣泛應(yīng)用。本文以平頂山隧道為工程背景，對超前地質(zhì)預(yù)報進(jìn)行了介紹。

2 實際應(yīng)用

2.1 工程概況

平頂山隧道位于山東省煙臺市境內(nèi)，設(shè)計為分離式隧道。隧址范圍內(nèi)圍巖主要為下元古界粉子山群崗崳組云母片巖，風(fēng)化程度包括全風(fēng)化～未風(fēng)化，風(fēng)化深度大。

隧址區(qū)分布有三條構(gòu)造破碎帶及三塊風(fēng)化破碎區(qū)，三條構(gòu)造破碎帶均對隧道構(gòu)成不利影響。三塊風(fēng)化破碎區(qū)主要分布在隧道進(jìn)口，其中兩塊對隧道造成了不利影響。隧址區(qū)主要發(fā)育兩組構(gòu)造節(jié)理，其中第二組對隧道的穩(wěn)定性造成不利影響。隧址區(qū)的主要地下水為基巖風(fēng)化裂隙水，該含水層分布于整個工作區(qū)。

故隧道超前地質(zhì)預(yù)報的主要內(nèi)容是正確分辨出破碎帶、破碎區(qū)的范圍及不同巖性的接觸帶、同一巖性的風(fēng)化程度和涌水問題等。限于篇幅，本文僅介紹平頂山北線BK1+028的地質(zhì)雷達(dá)探測情況。

2.2 地質(zhì)雷達(dá)探測方法及結(jié)果分析

2.2.1參數(shù)選擇

為了達(dá)到預(yù)報的最好效果，準(zhǔn)確預(yù)測掌子面前方地質(zhì)，在進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報時采用近距離較微觀的預(yù)報方式。采用儀器為美國勞雷公司最新的SIR4000型地質(zhì)雷達(dá)，并把隧道的每次探測深度定為30 m，且前后搭接5 m，測試結(jié)果當(dāng)天反饋，以便快速指導(dǎo)施工。具體地質(zhì)雷達(dá)參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 采樣參數(shù)設(shè)置

2.2.2測線布置

在進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報時，由于開挖方法的不同，測線的布置靈活多樣。一般沿掌子面的豎直、水平方向布置。由于平頂山隧道出口采用臺階法施工，根據(jù)實際情況，在掌子面布置1測回，2條測線，具體布置見圖1。

2.2.3采集數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)的采集選用時間模式，時間模式是在數(shù)據(jù)采集時，系統(tǒng)在每一秒鐘記錄定量的掃描信息，其數(shù)據(jù)密度依賴于天線在掌子面上的移動速度。數(shù)據(jù)采集時由2個人將100 MHz天線豎立貼近掌子面，并按布置好的測線沿掌子面勻速前進(jìn)，在每條測線的開始和結(jié)束打一條標(biāo)記用以區(qū)分測線的位置。

2.2.4結(jié)果分析

完成現(xiàn)場采集后，后續(xù)數(shù)據(jù)采用專業(yè)分析軟件RADAN7對雷達(dá)信號進(jìn)行分析處理。在測試資料的解釋中首先要通過RADAN7對現(xiàn)場測試的雷達(dá)圖像進(jìn)行編輯數(shù)據(jù)塊、距離歸一化、濾波、偏移歸位、反褶積、希爾伯特變換等一系列后處理，然后對圖像中異常的形態(tài)、特征及電磁波的衰減情況進(jìn)行解釋。反射信號強則說明前方存在異常的形態(tài)和特征，電磁波衰減則說明前方圍巖質(zhì)量較差當(dāng)圍巖較破碎或含水率較大時對電磁波的吸收較強,衰減較快[5]。

由于隧道內(nèi)地質(zhì)情況錯綜復(fù)雜,為了提高地質(zhì)預(yù)報的準(zhǔn)確度減少誤判，在進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報的結(jié)果分析中不能只考慮采集到的數(shù)據(jù)，還要結(jié)合掌子面的地質(zhì)狀況、地質(zhì)勘探資料以及區(qū)域地質(zhì)狀況進(jìn)行綜合判斷?？v觀本次平頂山隧道北線BK1+028地質(zhì)雷達(dá)圖像，結(jié)合相應(yīng)的地質(zhì)分析，在測線長度和探測深度范圍內(nèi)，可得如下結(jié)論：本次預(yù)報范圍內(nèi)圍巖屬強風(fēng)化云母片巖，巖體破碎主要呈碎塊狀，雷達(dá)電磁波反射界面較強，結(jié)合掌子面圍巖情況，推斷掌子面前方圍巖破碎，裂隙發(fā)育，圍巖完整性差，穩(wěn)定性差，地下水不發(fā)育，其中BK1+016～BK1+012附近節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體破碎，施工時應(yīng)特別注意。在之后的開挖過程中，證實了預(yù)報結(jié)果與實際情況基本吻合。其中圖2,圖3為BK1+028處測線1和測線2的地質(zhì)雷達(dá)探測成果圖。

3 地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報效果的影響因素

1)在原始數(shù)據(jù)采集過程中，由于隧道掌子面爆破后清渣不干凈凹凸不平，在探測過程中天線與掌子面貼合不夠緊密，可能會造成探測圖像的偏差，從而導(dǎo)致在對圖像進(jìn)行解釋時無法準(zhǔn)確定位不良地質(zhì)體的位置，造成結(jié)果不能實際反映真實地質(zhì)情況。

2)在原始數(shù)據(jù)采集過程中，隨身攜帶的手機(jī)、對講機(jī)，或隧道臺車、挖掘機(jī)就在采集工作面附近，這些因素的出現(xiàn)很可能會產(chǎn)生干擾信號，使形成的圖像雜亂無章，從而導(dǎo)致無法辨識有效信號，降低了原始數(shù)據(jù)的有效性和可靠性。

3)由于參與人員缺乏相應(yīng)的知識，在不考慮實際的情況下，僅僅照本宣科按默認(rèn)內(nèi)置參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理，可能會造成預(yù)報結(jié)果不真實或有效性大大降低，甚至造成錯報。

4 結(jié)語

地質(zhì)雷達(dá)作為一種高效、便捷且快速的超前地質(zhì)預(yù)報手段，對探明掌子面前方不良地質(zhì)體如斷層、含水帶、裂隙破碎帶、溶洞等的分布狀況有良好的效果，且能夠做到當(dāng)天預(yù)報，當(dāng)天出結(jié)果，是及時指導(dǎo)施工、保證隧道安全的關(guān)鍵所在。

為了增加超前地質(zhì)預(yù)報的精確度，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時要盡量減少外界的干擾，并根據(jù)實際情況合理選擇儀器的參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理時要正確使用分析軟件,并在解釋過程中要結(jié)合隧道掌子面描述[6]，進(jìn)行反復(fù)的研究，從而提高量化處理的水平得到有效、精確的預(yù)報結(jié)論。