地質(zhì)雷達(dá)在古毫隧洞施工中的超前預(yù)報(bào)應(yīng)用

楊軍船

(甘肅信爾達(dá)工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司 甘肅 蘭州 730030）

1 工程概況

灌陽至平樂高速公路№3 標(biāo)起迄里程樁號(hào)K53+900～K923+327，線路全長23.888km，其中路基18.2km，橋梁4.775km，隧道0.895km,橋隧比為23.7%。路線起于恭城縣嘉會(huì)鄉(xiāng)高州村北側(cè)，止于平樂縣沙子鎮(zhèn)楊家洲村東北側(cè)，沿途主要經(jīng)過恭城縣和平樂縣，線路走向?yàn)閺臇|向西，全線多次穿插跨越現(xiàn)有國道G241、省道S502、省道S302 等。主線采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)修建，設(shè)計(jì)速度120km/h，路基標(biāo)準(zhǔn)寬度26.5m；互通式立交連接線采用二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。主要工程包括路基、橋梁隧道工程，具體如下：路基工程：挖方438.85 萬m3，填方404.65 萬m3；軟基換填32.2 萬m3；通道涵88 道。橋涵工程：橋梁共計(jì)20 座，其特大橋1 座，大橋15座，下穿貴廣高鐵橋1 座，跨路天橋3 座；樁基924 根；預(yù)制梁板1713 片，其 中20m 箱 梁16 片，30m 箱 梁160 片，30mT 梁1423 片，40mT 梁114 片；現(xiàn)澆箱梁8 座：主線有下穿貴廣高鐵中橋（2×10+13+2×10m）、S302 分離式立交（25+40+25m）；恭城互通有主線1 號(hào)橋（4×30m）、C 匝道2 號(hào)橋（6×25m）、E 匝道橋（8×25m）；跨線橋有牛軛村天橋（4×25m）、孟家村天橋（2×30m）、S502 改路（25+2×35+25m）。隧道工程：隧道2 座，雙洞長895m,其中曾家隧道長366m，古毫隧道長559m 如圖1 所示。

圖1 撐子面地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線分布圖

2 工程地質(zhì)狀況

古毫隧道是本標(biāo)段內(nèi)的一座隧道。隧道起訖里程樁號(hào)左幅：ZK53+908～ZK55+777，長1869m；右幅：K53+920～YK55+729，長1809m，隧道最大埋深約294m，洞軸線進(jìn)口走向方位角約238°，出口走向方位角約271°；單幅隧道凈空：11.0m×5.0m，左、右幅進(jìn)口洞門均采用削竹式，出口洞門均采用端墻式，LED 燈照明，機(jī)械通風(fēng)。當(dāng)前隧道掌子面樁號(hào)為K54+113，掌子面揭露圍巖以中風(fēng)化灰?guī)r為主，灰褐色，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，巖體較破碎，呈裂隙塊狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理較發(fā)育，溶蝕裂隙稍發(fā)育，裂隙夾泥，結(jié)合較差，掌子面干燥，左側(cè)拱頂揭露為部分泥質(zhì)填充型溶腔，圍巖自穩(wěn)能力較差。

3 現(xiàn)場檢測(cè)

筆者公司于2019 年12 月4 日在古毫隧道右幅進(jìn)口端掌子面K54+113 采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。儀器設(shè)備采用SIR-3000 型探地雷達(dá)系統(tǒng)（儀器編號(hào)：JT-12-11-03），該系統(tǒng)包括儀器主機(jī)和100MHz 天線兩部分。于2019 年12 月4日在廣西桂林至柳城高速公路NO4 合同段古毫隧道右幅進(jìn)口端掌子面K54+113 采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。儀器設(shè)備采用SIR-3000 型探地雷達(dá)系統(tǒng)（儀器編號(hào)：JT-12-11-03），該系統(tǒng)包括儀器主機(jī)和100MHz 天線兩部分。

結(jié)合當(dāng)前掌子面地質(zhì)情況與雷達(dá)回波圖分析，本次探測(cè)剖面掌子面前方0～25m 范圍內(nèi)（對(duì)應(yīng)里程K54+113～K54+138）.

通過對(duì)原始采集地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行靜態(tài)校正、增益調(diào)整、去直流漂移、濾波、壓制和剔除干擾波及突出有效波等處理后，探測(cè)結(jié)果如圖2 所示。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)圖

測(cè)線1：掌子面前方2～5m、15～20m 雷達(dá)信號(hào)以中等頻率反射為主，同相軸連續(xù)性差，振幅較強(qiáng)，波形雜亂，推斷該段圍巖巖體破碎，溶隙較發(fā)育，泥質(zhì)充填，結(jié)合較差，圍巖自穩(wěn)能力較差。

測(cè)線2：掌子面前方2～7m、11～18m 雷達(dá)信號(hào)以中低頻率反射為主，同相軸斷斷續(xù)續(xù)，振幅較強(qiáng)，存在震蕩信號(hào)，推斷該段圍巖巖體破碎，溶溝較發(fā)育，局部泥質(zhì)充填，結(jié)合較差，圍巖自穩(wěn)能力較差。

測(cè)線3：掌子面前方2～5m、14～21m 雷達(dá)信號(hào)以中低頻率反射為主，同相軸連續(xù)性一般，振幅較強(qiáng)，存在震蕩信號(hào)，推斷該段圍巖巖體破碎，充填型溶溝發(fā)育，節(jié)理裂隙較發(fā)育，結(jié)合較差，圍巖自穩(wěn)能力較差。

測(cè)線4：掌子面前方中上部2～7m、12～25m 雷達(dá)信號(hào)中低頻反射為主，同相軸連續(xù)性一般，振幅較強(qiáng)，推斷該推斷該段圍巖巖體較破碎，溶隙較發(fā)育，裂隙泥質(zhì)填充，結(jié)合較差，圍巖自穩(wěn)能力較差。

其余區(qū)域雷達(dá)信號(hào)以中等頻率反射為主，同相軸連續(xù)性一般，振幅一般，推測(cè)該區(qū)域圍巖巖體較破碎（局部破碎），局部溶隙發(fā)育，節(jié)理較發(fā)育，圍巖自穩(wěn)能力較差。

經(jīng)綜合分析，建議探測(cè)里程深度范圍內(nèi)圍巖施工等級(jí)及地質(zhì)復(fù)雜程度見表1：

表1 設(shè)計(jì)圍巖等級(jí)與預(yù)報(bào)建議圍巖等級(jí)表

4 檢測(cè)建議

根據(jù)本次預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)的圍巖情況，結(jié)合現(xiàn)場施工的實(shí)際情況，下一步工作建議如下：

1）該段圍巖以灰?guī)r為主，預(yù)報(bào)范圍內(nèi)前方2～5m、15～20m 拱部2～7m、11～18m 右側(cè)中上部2～7m段圍巖巖體較破碎，溶隙、溶溝較發(fā)育，泥質(zhì)充填，結(jié)合差，圍巖自穩(wěn)能力較差，易發(fā)生掉塊、坍塌現(xiàn)象，建議對(duì)地質(zhì)雷達(dá)推斷異常區(qū)域施作加深炮孔探測(cè)，做好防排水措施并及時(shí)封閉，溶蝕地段作業(yè)應(yīng)秉持多打眼的施工原則，控制爆破用量以減少對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)。排險(xiǎn)時(shí)使用挖掘機(jī)將較大的危石及時(shí)處理，對(duì)已經(jīng)裸露的溶蝕巖體壁進(jìn)行細(xì)致的定點(diǎn)清除，黃色附著層排險(xiǎn)過程中應(yīng)清除掉。同時(shí)根據(jù)地質(zhì)變化情況，及時(shí)調(diào)整施工方法和支護(hù)參數(shù)，確保隧道施工安全。施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

2）加強(qiáng)對(duì)隧道掌子面圍巖狀況的跟蹤，密切關(guān)注地下水與巖溶發(fā)育程度，當(dāng)圍巖出現(xiàn)異常或與預(yù)報(bào)不符合時(shí)，請(qǐng)及時(shí)與超前預(yù)報(bào)方聯(lián)系，以便進(jìn)一步采取其他地質(zhì)或物探手段進(jìn)行探測(cè)分析。

3）嚴(yán)禁對(duì)未實(shí)施超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的區(qū)段進(jìn)行開挖，施工方應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行報(bào)檢程序，以保證超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的連續(xù)性。建議掌子面開挖至K54+133 之前與預(yù)報(bào)單位聯(lián)系，為下期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)做準(zhǔn)備。

5 地質(zhì)雷達(dá)在隧道施工中對(duì)安全、工期、成本的影響

1）雷達(dá)可掃描預(yù)報(bào)撐子面前25m 地質(zhì)情況，為預(yù)防隧道涌水、瓦斯、巖爆、塌方地質(zhì)災(zāi)害，降低地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率和危害程度，有效預(yù)防施工過程中的安全事故，確保施工過程中人員及施工設(shè)施的安全。

2）為組織合理的施工方案提供有力的科學(xué)資料依據(jù)，及時(shí)提供信息優(yōu)化施工方案，使施工單位做好施工準(zhǔn)備，確保工程施工進(jìn)度。

3）地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備可連續(xù)使用，按照要求時(shí)間標(biāo)定，探測(cè)技術(shù)的成本低廉，探測(cè)效果明顯，有效預(yù)防施工過程中地質(zhì)災(zāi)害事故，優(yōu)化施工方案，節(jié)約施工成本。

6 結(jié)束語

在隧道工程施工過程中，應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，對(duì)地質(zhì)的含水性，介質(zhì)分層，溶洞及斷層等情況的分辨率較高，且地質(zhì)雷達(dá)相關(guān)工作人員可以根據(jù)雷達(dá)掃描成果圖，確認(rèn)隧道存在的地質(zhì)不良隱患，同時(shí)還可以對(duì)其工程整體的施工質(zhì)量，安全和成本進(jìn)行有效控制，確保后續(xù)工程施工的安全和質(zhì)量。