某隧道地质雷达超前地质预报--中国期刊网

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某隧道地质雷达超前地质预报

发表时间：2020/11/2 来源：《基层建设》2020年第21期作者：王跃东

[导读] 摘要：论文介绍了某隧道地质雷达超前地质预报的技术原理及该隧道地质雷达超前地质预报的情况，确保了隧道现场施工安全。

        深圳高速工程检测有限公司广东深圳 518000
        摘要：论文介绍了某隧道地质雷达超前地质预报的技术原理及该隧道地质雷达超前地质预报的情况，确保了隧道现场施工安全。论文的成果也可为相关的工程提供参考。
        关键词：隧道；地质雷达；超前地质预报；溶洞
        1、工程概况
        1.1工程基本情况
        某隧道为分离式双洞隧道，最大埋深约300m。隧道左线起止里程桩号：ZK9+595～ZK12+382，长2787m；右线起止里程桩号：K9+685～K12+389，长2704m。隧道进口采用削竹式，出口采用端墙式。隧道为双向四车道左右线分离式隧道，隧道左右洞间距为22～45m，为小净距隧道。
        1.2、设计标准及主要技术指标
        本路段按四车道高速公路标准设计，其主要技术指标如下：
        （1）设计行车速度：80km/h。
        （2）汽车荷载等级：公路-I级。
        （3）设计使用年限：100年。
        （4）隧道建筑限界净宽：10.25m，净高：5m。
        （5）人行横通道建筑限界有效净宽：2m，有效净高：2.5m。
        1.3、地质条件
        根据区域地质资料、地质调绘及钻探揭露，隧址区附近发育的主要构造为：断层。隧址区受断层挤压影响岩层产状变化较大，隧道区域出露岩层层面无填充，稍有起伏，为结合差的硬性结构面。中风化岩体较完整，裂隙较发育。
        隧道进口段主要发育2组构造裂隙：①、裂面较平直，近地表裂隙多张开，宽3～6mm，地表往下渐至闭合，延伸约1～5m，发育间距0.5～2.5m，属结合程度差的硬性结构面；②裂面较平直、基本闭合，无充填，延伸约2～5m，发育间距1.5～3.5m，属结合程度差的硬性结构面。
        隧道出口段主要发育2组裂隙：①、裂面较平直、基本闭合，无充填，延伸约 2～7m，发育间距 1.0～3.0m，属结合程度差的硬性结构面；②、裂面较平直、基本闭合，无充填，延伸约 2～6m，发育间距 1.0～3.0m，属结合程度差的硬性结构面。
        2、地质雷达技术原理及超前预报现场数据采集工作要求
        2.1、地质雷达技术原理
        地质雷达法是一种地下甚高频～微波段电磁波反射探测法。其探测原理是：发射器通过发射天线向地下（隧道前方）定向发射电磁波，电磁波在传播的路径上当遇到有电性（介电常数和电导率）差异的界面时即发生反射，反射波由接收器接收，在时域上得到反射回波及其往返旅行时间，并首先沿两天线所在表面形成直达波被最先接收到，作为系统起始零点。取反射波往返时间之半，乘以相应介质的雷达波速度便得出反射目标所在深度，再根据反射波的形状、线度及其在横向和纵向上的组合特征和变化情况，结合地质背景，判断目标性质即进行目标识别，进行地质解释，如破碎带、溶洞等。
        地质雷达的工作频率越高，波长越小，探测距离越近，分辨率越高，反之亦然。因此，根据不同的工程要求按其功能可分为超前地质预报雷达和结构检测雷达。
        此次预报的设备为中国电波所生产的 LTD-2600 型地质雷达，探测剖面如图 1 所示布置。探测中使用了 100MHz 频率天线，时窗设置为 550ns，根据现场实际情况测线布置如图 1 所示：

        图 1 隧道掌子面地质雷达测线布置图
        2.2、地质雷达超前预报现场数据采集工作要求
        （1）隧道地质雷达超前地质预报前后应搭接不少于5m，施工现场应至少提前2天申请。
        （2）施工现场应确保隧道初期支护已完成，掌子面危石已清除；掌子面应暂停施工，影响预报数据采集的其他作业应暂停。
        （3）掌子面较平整，确保雷达天线移动顺畅。
        （4）雷达地质超前预报前，隧道掌子面开挖台车及附近干扰源应移出掌子面10米以外，避免金属干扰源影响地质雷达现场数据采集。
        （5）配合人员在挪动雷达天线时，应匀速移动，一步一停，每步控制在10公分以内。
        （6）施工现场应做好现场指挥协调工作，并安排技术人员（1人）、工人（2人）配合超前预报单位进行现场预报工作，预报过程中由监理单位开展旁站、见证工作。
        （7）隧道超前地质预报单位根据现场实际准备情况填写预报准备工作情况确认表，施工方及监理方签字确认。
        3、超前地质预报工作内容
        （1）提供开挖工作面前方的建议围岩类别；
        （2）不良地质体预报，预报开挖工作面前方可能出现的地质断层、岩脉、岩体破碎带等地质情况；
        （3）开挖段前方的水文地质条件和可能的涌水预报；
        （4）其它不良地质体（带）位置预报。
        4、超前地质预报工作面地质情况
        当前隧道按上下台阶法开挖掘进，掌子面桩号K11+072，围岩岩性主要以中~强风化灰岩为主，碎块状结构，岩质较坚硬，围岩完整性较差，节理裂隙发育，裂隙间泥质填充，岩体破碎，自稳能力较差，掌子面潮湿。

        图 2 掌子面照片
        5、工作参数
        工作频率：100MHz。
        发射电压：1000V。
        工作方式：单点探测。
        测线布置：根据现场工作条件，在上台阶掌子面布置 2 条横向测线，探测方向从左至右及从右至左（图 1）。
        探测日期：2020 年 03 月24 日。
        6、探测结果
        根据掌子面雷达波形图（图 3）（图 4）及掌子面地质情况，前方 0～25m（K11+072～K11+097）段地质情况推断结果详见表 2。
        表1 推断结果

        图 3 下测线地质雷达探测伪彩色图及波形图                  图 4 上测线地质雷达探测伪彩色图及波形图
        7、预报结论
        （1）K11+072～K11+076段围岩主要以中~强风化灰岩为主，碎块状结构，岩质较坚硬，围岩完整性较差，节理裂隙发育，裂隙间泥质填充，岩体破碎，自稳能力较差，地下水不发育。
        （2）K11+076～K11+081段雷达波形图波形频率分布不均匀，波形较杂乱，波形幅值强且多次。结合地质情况及雷达波形分析图推断此段围岩发育一溶洞，溶洞纵向长度约5m，岩体破碎，地下水不发育。
        （3）K11+081～K11+097段围岩主要以中~强风化灰岩为主，围岩完整性较好，节理裂隙较发育，地下水不发育。
        8、建议
        （1）预报里程段范围内由于围岩发育溶蚀构造，岩体破碎，存在局部失稳滑塌风险，施工过程中应注意因爆破、机械振动等因素引起的围岩松动，导致围岩掉块或坍塌。建议对该段实施超前钻探和每个循环增加3～8个加深炮孔探测，以进一步验证前方围岩情况及地下水发育情况。应及时安排周边及底板雷达补充探测，以便进一步确定溶洞大小、规模及走向。
        （2）K11+072～K11+097段应加密监控测量点，加强监控量测。施工过程中应根据地质变化情况以及监控量测数据及时调整施工方法和支护参数，确保隧道施工安全。应加强超前支护，施工时应遵循“短进尺、弱爆破、早支护、勤量测”原则，加强支护。
        （3）软弱围岩地段尽快完成二次模注混凝土和仰拱，形成封闭环。
        （4）加强对隧道掌子面围岩状况的跟踪，当围岩出现异常或与预报不符合时，请及时与超前预报方联系，以便进一步采取其他地质或物探手段进行探测分析。
        （5）建议掌子面开挖至K11+092附近时及时与预报单位联系，为下期超前地质预报做准备。
        参考文献：
        [1]《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）；
        [2]《公路隧道施工技术细则》（JTG/T F60—2009）；
        [3]《公路工程地质勘察规范》（JTG C20-2011）；
        [4]《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）；
        [5]《铁路隧道超前地质预报技术规程》（Q/CR 9217-2015）；
        [6]傅鹤林.隧道衬砌荷载计算理论及岩溶处治技术[M]长沙：中南大学交通出版社，2005。