■田宏月

(贵州省公路工程集团有限公司，贵阳　550008)



超前地质预报在民主隧道中的应用

■田宏月

(贵州省公路工程集团有限公司，贵阳550008)

摘要本文以贵州省盘兴高速公路民主隧道为研究对象，开展了以地质雷达为主的超前地质预报工作，对民主隧道围岩情况及不良地质情况进行了超前探测，现场实践表明，超前探测情况与实际情况基本吻合，说明超前地质预报可为隧道施工安全预警，施工措施的选择及信息化施工提供一定的依据。

关键词公路隧道超前地质预报地质雷达应用

1　前言

贵州省盘县至兴义高速公路属于昭安高速公路的南段，是《贵州省高速公路网规划》(678网)中的第七纵的重要组成部分。项目主线起于六盘水市盘县的海铺，与沪昆国家高速公路和六盘水至盘县高速公路相接，终点接已建成的汕昆国家高速公路黔西南州兴义东互通。盘兴高速公路主线全长88.943km，设计时速80km/h，全线共设置上下行分离式隧道(含小净距)13座，全长15849m(双幅平均长度)，占路线长度的26％。本项目超前地质预报以工程地质综合分析为核心、直接探测与间接探测相结合、现场量测与室内分析相结合，由初步探测到详细探测，必要时采用超前钻孔予以验证，对不良地质体的规模和位置进行超前预报，指导施工，从而达到提高隧道施工安全水平和降低工程造价的目的。

2　工程概况

民主隧道设计为双线隧道，全长3901m，属于特长隧道。全隧道地质情况复杂，民主隧道围岩以玄武岩、灰岩为主。根据区域地质资料及野外地质调查，隧址区出露地层较简单，主要有第四系全新统崩坡积(Q4c+dl)、第四系全新统坡洪积(Q4dl+pl)、第四系全新统滑坡堆积(Q4del)以及二叠系上统峨眉山玄武岩、二叠系下统茅口组地层。根据区域地质资料，隧址区大地构造位于南岭东西复杂构造带西段之北缘，构造部位位于普安山字形构造区，主要构造线呈北东、北西向展布，由一系列褶皱和断裂组成，控制了测区河流峡谷的主要走向及岩溶发育基本特征。

3　测试方法

本次探测采用地质调查结合物探的综合方法对掌子面前方大约30m范围进行超前预报。

3.1地质法

由具有丰富经验的专业地质工程技术人员直接观察掌子面围岩情况，对前方围岩进行判断。

3.2地质雷达探测

利用天线(发射与接收为同一个天线)发射高频宽频带电磁波，并接收来自地下介质界面的反射波。利用电磁波在隧道掌子面前方岩体中的传播、反射原理，根据测到的反射脉冲波走时计算反射界面距隧道施工掌子面的距离，即可预报掘出前方的地质情况。

4　仪器设备

本次工作采用美国劳雷公司生产的SIR-3000型地质雷达，运用100MHz天线(如图1)进行探测。

5　设计简况

本次预报里程段为民主隧道左线Z4K32+561～ Z4K32+531，隧道设计围岩级别为Ⅳ2级；Z4K32+ 561～ Z4K32+531段衬砌类型为Ⅳb级围岩衬砌。

Z4K32+561～ Z4K32+531段隧道埋深较大，埋深102.36～216.16m，围岩为玄武岩，属较硬岩；受区域构造影响严重，节理裂隙较发育，层间结合较差，呈块-碎石状镶嵌结构，岩体较破碎-较完整；赋存玄武岩裂隙水，开挖后洞室中地下水主要以点滴状、淋雨状渗水，破碎岩带可能有股状涌流；围岩稳定性较差，拱部无支护易发生中-大坍塌，侧壁有时失稳。

6　预报内容、原理及现场探测

6.1预报内容

⑴推断掌子面前方约30m范围内可能出现的地层、构造、岩性情况；

⑵推断掌子面实见的各种不良地质体向掌子面前方延伸的情况；

⑶对掌子面涌水量的观测，结合岩性、构造特征，推断工作面前方一定范围内可能的地下水涌出情况；

⑷在上述推断的基础上，预测工作面前方一定范围内的隧道围岩级别，提出准确的超前支护建议，并对施工支护提出初步建议。

6.2预报原理

地质雷达利用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标或地下界面进行扫描，以确定其内部形态和位置的电磁技术，其理论基础为高频电磁波理论，利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式由地面通过发射天线送出地下，经地下不连续体或目标体反射后返回地面为接收天线所接收，反射电磁波经过一系列的处理和分析之后可以得到探测介质的有关信息(比如：节理、裂隙、断裂等解译)。从反射波的连续性特点看，电磁波在正常衰减过程中因遇到较强的反射界面时，波幅会骤然增加，同相轴明显，之后恢复正常变化规律。反之，若目标体中存在有许多杂乱无章的界面，雷达接收到的这些界面的反射回波信号时波幅小、波形杂乱无章，同相轴将很不连续。

如果介质的介电常数是已知的话，根据公式(1)

式中，C(km/s)为电磁波在真空中的传播速度，可以得到电磁波在介质中的传播速度V(km/s)，再根据记录的从发射经岩体界面反射回到接收天线的双程走时t，可以精确求得目标体的位置和深度。通过步出式或连续的探测可以得到一组雷达反射波，经过数据处理，可以得到探测地质体的地质雷达剖面图，进而探测掌子面前方的不良地质现象的位置和分布特征。信号发射与数据采集图示见图2。

6.3现场预报方法及照片资料

地质雷达测线布置见图3，在左线掌子面上3条线进行地质雷达测试。现场预报照片资料如图4所示。

7　预报结果分析

通过对掌子面情况的了解和对探测的地质雷达波形的分析对比，推测掌子面前方的岩体状况，本次共探测左线3条测线，从室内处理结果来看，本次采集数据质量较高，说明了该次探测较为真实地反映了掌子面前方的岩体状况。

采用RADAN6.6专用处理软件，后处理图像如图5。

8　预报结论及建议

8.1结论

民主隧道出口左线Z4K32+561～ Z4K32+531由雷达波形分析，预报结论如表1所示：

表1　地质雷达预报表

8.2建议

(1)加强预报段开挖后的初期支护工作和地质观察，开挖过程中应注意节理裂隙发育带围岩变化。开挖时应有针对性安全施工措施及支护措施。施工过程中注意观察，及时处理松动危石，确保安全。

(2)左线掌子面前方0～30m(Z4K32+561～ Z4K32+ 531)段围岩特征总体一般，雷达反射波不强，同相轴连续，推测围岩完整性一般。施工过程中需做好排险工作，以确保施工安全。

(3)施工开挖到掌子面桩号左线Z4K32+536处，进行下一次超前地质预报工作。

9　小结

采用地质雷达为主的地质调查结合物探的综合方法，对隧道安全施工起到了早发现、早预防、早处理的积极作用，达到提高隧道施工安全水平和降低工程造价的目的。

参考文献

[1]方建立，应松，贾进.地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用[J].中国岩溶,2005(02).

[2]李天斌，孟陆波，朱劲.隧道超前地质预报综合分析方法[J].岩石力学与工程学报,2009(12).

[3]薛翊国，李术才，苏茂鑫.隧道施工期超前地质预报实施方法研究[J].岩土力学，2011(08).