地質(zhì)雷達(dá)在地鐵車輛段綜合工程隧道中的應(yīng)用

劉 偉 葉 文

(1.中鐵十四局集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000; 2.中山大學(xué)工學(xué)院，廣東 廣州 510006)

地質(zhì)雷達(dá)在地鐵車輛段綜合工程隧道中的應(yīng)用

劉 偉1葉 文2

(1.中鐵十四局集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000; 2.中山大學(xué)工學(xué)院，廣東 廣州 510006)

通過介紹地質(zhì)雷達(dá)工作原理及基本圖像判斷，并應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)對深圳地鐵八號線望基湖停車場隧道進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報，成功預(yù)測隧道前方未開挖地段不良地質(zhì)，有效的減少災(zāi)害的發(fā)生。

地質(zhì)雷達(dá),預(yù)報,地質(zhì),災(zāi)害

0 引言

為緩解城市交通擁堵狀況，地鐵由于其不占用地面空間，不受地面交通情況的影響從而成為了首選。但由于地鐵的施工區(qū)域主要位于城市的繁華路段，一旦發(fā)生事故極易威脅地面人員的安全。因此，在城市地鐵隧道施工期間提前預(yù)測前方不良地質(zhì)成為了重要環(huán)節(jié)。地質(zhì)雷達(dá)由于其低成本、高效、高分辨率等特點，從而得到了廣泛的應(yīng)用并取得了很好的效果[1]。

謝昭暉[2]對地下不同目標(biāo)體的探地雷達(dá)圖像特征進(jìn)行研究，分析和總結(jié)了它們各自的規(guī)律和特點,以指導(dǎo)我們能夠快速準(zhǔn)確地識別各類地下異常體的地質(zhì)雷達(dá)圖像,為最終進(jìn)行正確的地質(zhì)解釋打下基礎(chǔ)。曾奇等[3]利用地質(zhì)雷達(dá)對深圳地鐵隧道區(qū)間進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外成功的經(jīng)驗，探討了地質(zhì)雷達(dá)在數(shù)據(jù)采集和處理上的一些注意事項。呂恬等[4]在葵崗隧道施工中應(yīng)用地質(zhì)超前預(yù)報，成功避免了多次坍塌險情的出現(xiàn),保證了工程質(zhì)量及施工工期。

1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理

地質(zhì)雷達(dá)根據(jù)不同的物體具有不同的電性原理進(jìn)行探測。地質(zhì)雷達(dá)通過天線T以寬頻帶短脈沖形式向地下發(fā)送電磁波，天線R接收目的體反射信號，通過分析圖像中電磁波能量振幅、反射頻率以及波形同相軸等信息，結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境判斷掌子面前方不良地質(zhì)體的類型、規(guī)模及分布情況，通過電磁波傳播速度及傳播時間確定其位置[5，6]。地質(zhì)雷達(dá)電磁波脈沖傳播示意圖如圖1所示[7]。

2 應(yīng)用實例

2.1工程概況

深圳市軌道交通8號線望基湖停車場隧道以低山地貌為主，洞身穿越區(qū)域植被茂盛，地層內(nèi)存在破碎帶且富含大量地下水。隧道區(qū)地下水補給方式主要為大氣降水補給、地表水入滲等。

根據(jù)現(xiàn)場的施工情況及前期的勘察結(jié)果，現(xiàn)場地層巖性主要有風(fēng)化較嚴(yán)重的凝灰?guī)r、卵石、黏土等，圍巖等級為Ⅴ級圍巖。隧道前方掌子面揭露圍巖存在風(fēng)化情況，圍巖紅褐色，圍巖整體性較差，局部圍巖風(fēng)化嚴(yán)重，呈砂土狀，節(jié)理裂隙稍較發(fā)育，結(jié)構(gòu)面延展性較差，含水量較高。

以出場線中的一段(WCDK+747～WCDK+727)及入場線的一段(WRDK+065～WRDK+035)為檢測對象進(jìn)行研究分析。

2.2測線布置

本次地質(zhì)雷達(dá)探測選用瑞典MALA地球科學(xué)公司(Sweden MALA Geoscience Inc)生產(chǎn)的RAMAC GPR型探地雷達(dá)。

根據(jù)實際情況和現(xiàn)場施工條件，測線布置如圖2所示。在開挖面上臺階布置一條測線，兩拱腰至拱腳間各布置一條測線，測線從掌子面邊墻至邊墻，長8 m。

2.3出場線探測成果

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)現(xiàn)場探測數(shù)據(jù)，運用REFLEXW軟件進(jìn)行分析處理，得到出場線段點陣灰度雷達(dá)圖(如圖3a)所示)和波列雷達(dá)圖形式(如圖3b)所示)。根據(jù)兩圖對比判斷，并結(jié)合現(xiàn)場揭露情況，可以看出：在整個掌子面前方0 m～8 m的范圍，電磁波反射信號一般，同相軸連續(xù)區(qū)段較多，且存在高頻信號，說明該段范圍內(nèi)地質(zhì)情況變化不大；在8 m～14 m范圍，存在較多同相軸連續(xù)區(qū)段，整體性較差，含水量稍高，在前方14 m～25 m的范圍內(nèi)，電磁波波形較均一，振幅以高、寬幅為主，說明該段整體性一般，含水量較高。

2.4入場線探測成果

入場線段隧道掌子面前方點陣灰度雷達(dá)圖和波列雷達(dá)圖形式如圖4所示。通過雷達(dá)圖形得出掌子面前方0 m～4 m區(qū)域內(nèi)圍巖整體性一般，富含量一般；4 m～18 m范圍內(nèi)圍巖整體性靠開挖邊左側(cè)整體性較差，存在節(jié)理裂縫發(fā)育，含水量稍高，夾雜軟弱結(jié)構(gòu)面；18 m～25 m范圍內(nèi)靠開挖面左側(cè)圍巖整體性一般，存在節(jié)理裂縫發(fā)育，含水量一般，局部存在稍破碎現(xiàn)象。

2.5施工建議

出場線段，因掌子面前方25 m范圍內(nèi)圍巖存在變化，且圍巖較破碎，風(fēng)化嚴(yán)重，局部風(fēng)化呈砂土狀，且8 m～14 m范圍內(nèi)圍巖含水量較高，工程性質(zhì)較差，開挖過程中易出現(xiàn)拱頂沉降過大及小型塌方和側(cè)壁掉塊現(xiàn)象，施工過程中需引起高度重視，嚴(yán)格做好監(jiān)控量測工作，必要時對掌子面進(jìn)行預(yù)加固處理。同時本段施工過程中需要做好巖體穩(wěn)定保護(hù)措施，開挖后應(yīng)及時支護(hù)，盡早封閉成環(huán)，確保施工安全。

入場線段，因掌子面前方25 m范圍內(nèi)地質(zhì)情況一般，且4 m～18 m范圍內(nèi)圍巖整體性較差，工程性質(zhì)較差，開挖過程中易出現(xiàn)拱頂沉降較大現(xiàn)象，施工過程中需引起重視，做好防排水及監(jiān)控量測工作。同時本段施工過程中需要做好巖體穩(wěn)定保護(hù)措施，含水量較大部位開挖之前需對掌子面進(jìn)行預(yù)加固。對掌子面開挖后應(yīng)及時支護(hù)，早成環(huán)，確保施工安全。

對于破碎帶，現(xiàn)場采取以下措施保證施工安全：

1)當(dāng)掌子面開挖至破碎帶時，在掌子面周邊進(jìn)行超前鉆探，鉆孔5 m深，對破碎帶含水量及水壓情況進(jìn)行分析，同時加強對掌子面圍巖的素描工作，采用羅盤對破碎帶地質(zhì)走向及變化趨勢進(jìn)行分析。2)對破碎帶采用超前注漿小導(dǎo)管加固措施對開挖面前方的圍巖進(jìn)行超前預(yù)加固。超前小導(dǎo)管采用單根長4 m～5 m G42無縫鋼管，超前鋼管周壁加工8 mm壓漿孔，空間距30 cm，梅花形布置，施工時以14°仰角打入拱部圍巖，保證超前鋼管搭接長度不小于1 m。3)斷層破碎帶地段采用“多打眼、少裝藥、短進(jìn)尺、弱爆破”的原則進(jìn)行開挖作業(yè)，嚴(yán)格控制周邊眼間距及裝藥量，減少超欠挖對圍巖的振動。開挖完成后及時進(jìn)行初期支護(hù)，盡早封閉成環(huán)確保施工安全。

對于掌子面中的富水，可用鉆排水眼的導(dǎo)水方法進(jìn)行排水。其主要措施有：1)根據(jù)水文地質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造情況判定地下水流方向，確定鉆孔位置方向、位置、數(shù)目和每次鉆進(jìn)深度。開挖進(jìn)尺從3 m縮短至1 m，開挖后立即支護(hù)。2)加強鉆孔附近坑道支護(hù)，清理坑道，準(zhǔn)備好排水設(shè)施。3)根據(jù)隧道的排水能力，控制放水眼流量和對放水眼孔口進(jìn)行加固處理，并預(yù)先釋放掘進(jìn)前方的高承壓水。4)預(yù)留一定距離的不透水層作為防護(hù)，以防止高承壓水突然涌出，通常保持15 m～20 m的超前距離，以保證施工安全。

3 結(jié)語

通過對比出場線與入場線隧道的地質(zhì)雷達(dá)圖像，可知隧道圍巖整體性較差，存在富水破碎帶等不良地質(zhì)。經(jīng)后期對掌子面實際開挖過程的追蹤調(diào)查，圍巖的實際開挖狀況基本與地質(zhì)雷達(dá)超前預(yù)報結(jié)果保持一致。后期的施工中根據(jù)地質(zhì)預(yù)報結(jié)果采取了相應(yīng)的施工措施成功的通過該斷面，有效的避免了災(zāi)害的發(fā)生，表明地質(zhì)雷達(dá)在隧道超前預(yù)報中有著良好的應(yīng)用效果。

[1] 李術(shù)才,劉 斌,孫懷鳳,等.隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2014(6):1090-1113.

[2] 謝昭暉.地下不同目標(biāo)體的探地雷達(dá)圖像特征研究[J].工程地球物理學(xué)報,2005(1):8-11.

[3] 曾 奇,趙飛云,董發(fā)俊.探地雷達(dá)在城市地鐵隧道超前預(yù)報中的應(yīng)用[J].水利水電施工,2016(5):116-119.

[4] 呂 恬,李前國.地質(zhì)超前預(yù)報在葵崗隧道施工中的應(yīng)用[J].公路交通技術(shù),2007(4):91-93.

[5] 郭鐵拴,劉蘭波,張曉東.地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)指標(biāo)的標(biāo)定研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2005(2):454-459.

[6] 范佳俊.地質(zhì)雷達(dá)在地鐵隧道超前地質(zhì)預(yù)報中的應(yīng)用研究[J].山西建筑,2017，43(2):191-193.

[7] 魏道平,李 青.地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道超前預(yù)報中的應(yīng)用研究[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2012(7):214-217.

Onapplicationofgeologicalradarinsubwaytraindepotintegratedprojecttunnel

LiuWei1YeWen2

(1.ChinaRailway14thBureauGroupCo.,Ltd,Shenzhen518000，China; 2.EngineeringCollege,SunYat-senUniversity,Guangzhou510006,China)

The geological radar was adopted in Shenzhen metro line no.8 at Wangjihu tunnel, based on certain principles and field images. Some geologic problems in front of the tunnel were successfully predicted, which had reduced the occurrence of disasters effectively.

geological radar, prediction, geology, disasters

1009-6825(2017)28-0169-03

2017-07-24

劉 偉(1979- ),男，高級工程師; 葉 文(1993- ),男，在讀碩士

U456.3

A