TSP303 及地質(zhì)雷達綜合預(yù)報技術(shù)在某隧道工程中的應(yīng)用研究

胡 峰,王 濤,穆紅海,劉超權(quán)

（貴州宏信創(chuàng)達工程檢測咨詢有限公司,貴州 貴陽 550014）

0 引言

TSP 具有探測距離遠、預(yù)報準(zhǔn)確度較高及對多種不良地質(zhì)體較為敏感，可為隱蔽工程開挖提供宏觀地質(zhì)依據(jù)[1-2]。

云貴地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，不良地質(zhì)種類繁多，如斷層破碎帶、巖溶、富水帶、軟巖地層等[3-4]。這些不良地質(zhì)體具有極強隱蔽性，對隧道開挖安全危害極大。

該文采用TSP303 及地質(zhì)雷達預(yù)報技術(shù)，針對某隧道工程不良地質(zhì)體進行探測，通過探測結(jié)果得出兩者均具有很高的準(zhǔn)確性。

1 探測原理

1.1 TSP303

TSP303 探測原理是利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性來預(yù)報隧道掌子面前方及周圍臨近區(qū)域地質(zhì)狀況[5]。當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石波阻抗差異界面（如斷層、破碎帶和巖性變化等）時，一部分地震信號反射回來，一部分信號透射進入前方介質(zhì)；反射的地震信號將被高靈敏度的地震檢波器接收，數(shù)據(jù)通過專用處理軟件處理，就可以了解隧道工作面前方及周邊不良地質(zhì)體的性質(zhì)（軟弱帶、破碎帶、斷層、含水等）、位置及規(guī)模。

1.2 地質(zhì)雷達

地質(zhì)雷達法是利用發(fā)射天線向前方介質(zhì)發(fā)射廣譜、高頻電磁波，當(dāng)電磁波遇到電性（介電常數(shù)、電導(dǎo)率）差異界面時將發(fā)生透射、折射和反射現(xiàn)象，同時介質(zhì)對傳播的電磁波也會產(chǎn)生吸收濾波和散射作用[3]。用接收天線接收并記錄來自前方的反射波，采用相應(yīng)的處理軟件進行數(shù)據(jù)處理，然后根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)圖像結(jié)合工程地質(zhì)及地球物理特征進行推斷解釋，對掌子面前方的工程地質(zhì)情況（圍巖性質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、圍巖完整性、地下水和溶洞等情況）進行預(yù)測。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

某高速公路隧道工程位于云南臨滄市耿馬傣族佤族自治縣境內(nèi)，為分離式隧道。隧道左線起點里程ZK79+010，止點里程ZK81+510，隧道全長2 500 m，最大埋深約338.886 m；右線起點里程K79+025，止點里程K81+519，隧道全長2 494 m，最大埋深約346.298 m。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及鉆探揭露，隧道區(qū)主要地層為第四系、古生代變質(zhì)地層。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及地質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明，隧址區(qū)出口外側(cè)發(fā)育云陽—大寨斷裂（F26）的次級平行分支斷裂，受此斷裂影響，出口段地質(zhì)條件較差。

2.2 超前地質(zhì)預(yù)報實施

2.2.1 TSP303 現(xiàn)場探測實施

如圖1 所示，TSP303 探測掌子面樁號為ZK80+399，在ZK80+330.43 處左、右邊墻對稱布置接收孔1 和2，接收孔直徑50 mm，接收孔2 距第1 個炮孔16 m；在ZK80+346.43~ZK80+373 區(qū)段右側(cè)邊墻上布置20 個炮孔，炮孔直徑40 mm，間距1.2~1.5 m，炮孔深度1.2~1.5 m，最后一個炮孔距離掌子面7.5 m。所有炮孔及接收孔距離地面均約為1.2 m。

圖1 TSP303 現(xiàn)場探測布置示意圖

2.2.2 地質(zhì)雷達現(xiàn)場探測實施

采用SIR4000 型地質(zhì)雷達，配100 MHz 雷達天線進行探測，根據(jù)現(xiàn)場掌子面開挖方式，靈活布置測線，一般布設(shè)兩條測線。

2.3 探測結(jié)果與分析

2.3.1 TSP303 探測結(jié)果分析

如圖2 所示，從圖中可直觀地看到兩處異常區(qū)段。

圖2 探測圍巖參數(shù)柱狀圖

異常區(qū)段1：ZK80+412~ZK80+428，該處存在縱波波速較大起伏變化，縱橫波速比有陡增現(xiàn)象，密度和楊氏模量同樣存在較大起伏變化。

異常區(qū)段2：ZK80+456~ZK80+480，該段縱波波速整體變化較小，橫波波速較低，密度、楊氏模量整體較小，且變化較小[5]。

綜上分析，推測異常區(qū)段1 為破碎帶，巖質(zhì)較軟，地下水較發(fā)育；異常區(qū)段2 為軟巖地層，地下水較發(fā)育。

2.3.2 地質(zhì)雷達探測結(jié)果分析

地質(zhì)雷達為隧道全覆蓋探測，一次探測30 m，按5 m 進行后續(xù)搭接。為了與TSP303 探測區(qū)段對應(yīng)，選取地質(zhì)雷達預(yù)報區(qū)段ZK80+392~ZK80+422、ZK80+417~ZK80+447、ZK80+442~ZK80+472 進行雷達數(shù)據(jù)分析。

如圖3 所示，根據(jù)圖中地質(zhì)雷達探測結(jié)果及掌子面地質(zhì)情況，可以推測出掌子面前方0~10 m（ZK80+392~ZK80+402）范圍內(nèi)圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，巖質(zhì)較軟；10~30 m（ZK80+402~ZK80+422）區(qū)段可能為破碎帶，圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎～極破碎，巖質(zhì)較軟。

圖3 ZK80+392~ZK80+422 雷達探測結(jié)果圖

如圖4 所示，根據(jù)圖中地質(zhì)雷達探測結(jié)果及掌子面地質(zhì)情況，推測掌子面前方0~20 m（ZK80+417~ZK80+437） 范 圍內(nèi)為破碎帶，圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎～極破碎，巖質(zhì)較軟，地下水較發(fā)育；20~30 m（ZK80+437~ZK80+447） 區(qū) 段圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育～發(fā)育，巖體較破碎～破碎，巖質(zhì)較軟，地下水稍發(fā)育。

圖4 ZK80+417~ZK80+447 雷達探測結(jié)果圖

如圖5 所示，結(jié)合地質(zhì)雷達探測結(jié)果及掌子面地質(zhì)情況，推測掌子面前方0~9 m（ZK80+442~ZK80+451）區(qū)段圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育～發(fā)育，巖體較破碎～破碎，巖質(zhì)較軟；9~30 m（ZK80+451~ZK80+472）區(qū)段圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖質(zhì)軟。

圖5 ZK80+442~ZK80+472 雷達探測結(jié)果圖

綜上所述，得出ZK80+402~ZK80+437 區(qū)段存在破碎帶，ZK80+451~ZK80+472 區(qū)段為軟巖地。探測結(jié)果與TSP303 基本一致。

2.3.3 開挖揭露驗證

根據(jù)ZK80+403 掌子面開挖情況可以看出：圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎～極破碎，結(jié)合程度差，上臺階掌子面存在多處滲流水，地下水較發(fā)育，圍巖自穩(wěn)能力差，判斷為破碎帶。根據(jù)施工現(xiàn)場后續(xù)開挖跟蹤情況，破碎帶在ZK80+439 處結(jié)束，總計36 m，基本和TSP303及地質(zhì)雷達探測結(jié)果一致。

掌子面開挖至ZK80+452 時，揭露圍巖為中～強風(fēng)化片巖，局部夾千枚巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖質(zhì)軟，驗證為軟巖地層，該圍巖受擾動即呈散體狀或粉末狀，遇水軟化呈泥狀。后續(xù)開挖至隧道貫通，圍巖揭露情況基本與上述一致。

3 結(jié)論

該文針對某隧道工程不良地質(zhì)情況，采用TSP303plus及地質(zhì)雷達進行探測，通過兩者結(jié)果分析及開挖揭露驗證，得出下列結(jié)論：

（1）根據(jù)TSP303 探測結(jié)果，得出ZK80+406~ZK80+448（42 m）區(qū)段為破碎帶，ZK80+456~ZK80+480 區(qū)段為軟巖地層。

（2）根據(jù)地質(zhì)雷達探測結(jié)果，得出ZK80+402~ZK80+437（35 m）為破碎帶，ZK80+451~ZK80+472為軟巖地層。

（3）根據(jù)開挖揭示情況，得出破碎帶位置為ZK80+403~ZK80+439（36 m），ZK80+452 至出口段掌子面范圍內(nèi)均為軟巖地層，開挖結(jié)果基本與TSP303 及地質(zhì)雷達探測結(jié)果一致。