地質雷達在曹娥江輸水隧洞檢修中的應用

摘要：本文主要介紹了地質雷達在曹娥江輸水隧洞不良地質檢測中的應用。并作出相關分析。以供參考！

關鍵詞：曹娥江引水工程 隧洞檢修 地質雷達 應用

1工程概況

紹興市城區曹娥江引水工程是一項將曹娥江水引至紹興市區，改善紹興市區水環境的綜合性工程。本工程自流設計引水流量為10m3/s，泵提水最大引水流量為20m3/s，主要建筑物由進口河道、進口閘站、輸水隧洞、出口箱涵、出口河道、下游配水節制閘和水體凈化處理加藥間等建筑物組成。整個引水工程從小舜江口至平水東江節制閘全長約26km。其中輸水隧洞全長14669.28m，洞徑6.5m，為低水頭有壓隧洞。

2工程地質和水文地質條件

根據設計院提供的《紹興市城區曹娥江引水工程通水驗收設計報告 2 工程地質》相關內容，輸水隧洞的工程地質和水文地質條件主要如下。

2.1地層巖性

隧洞圍巖一般呈微風化～新鮮，局部斷層、裂隙、節理密集帶，地下水活動帶呈弱～強風化。樁號0+000m～樁號2+231m為流紋質晶屑玻屑凝灰巖，樁號2+231m～樁號2+415m為石英正長斑巖，樁號2+415m～樁號3+425m為流紋質晶屑玻屑凝灰巖，樁號3+425m～樁號4+258m為凝灰質砂巖夾流紋質晶屑玻屑凝灰巖，樁號4+258m～樁號9+965m為晶屑玻屑熔結凝灰巖，樁號9+965m～樁號10+078m為凝灰質粉砂巖，樁號10+078m～樁號11+900m為晶屑玻屑熔結凝灰巖間夾凝灰質粉砂巖，樁號11+900m～樁號12+890m為凝灰質粉砂巖間夾流紋質晶屑玻屑熔結凝灰巖，樁號12+890m～樁號14+540m為黑云斜長變粒巖，樁號14+540m～樁號14+656m為炭質灰巖。

2.2地質構造

（1）斷層

隧洞沿線編錄斷層162條，斷層組成物質以碎裂巖、糜棱巖、斷層泥為主，個別為劈理帶。斷層影響帶內巖石蝕變風化，局部充填次生黃泥及鐵錳質，結構面及影響帶內多滴水或線狀流水。斷層寬度一般為5cm～50cm，其中影響帶寬度大于1.0m的斷層有12條，局部斷層附近發育有節理及裂隙密集帶，寬度3m～20m不等。

（2）節理、層理

隧洞圍巖節理較發育，局部極發育，并發育共扼節理裂隙與節理密集帶多處。節理裂隙一般與洞線近平行，少量與洞線斜交～正交，以陡傾角為主，炭質灰巖分布洞段層理發育，與洞線斜交，傾向上游，傾角較緩。洞身節理裂隙面段閉合～微張，鐵錳質渲染，局部充填方解石薄膜及細脈。

2.3水文地質條件

隧洞圍巖一般為整體性較好的塊狀火山碎屑巖，基本不透水，基巖裂隙水的富集、運移、排泄主要受構造控制，常常沿構造帶或構造相互結合的部位形成地下水富水區，而其它區域富水性較差。在斷層、裂隙及節理發育處，見有滲水或線狀流水。在隧洞施工過程中，受區域斷層F4影響，樁號10+612m～10+618m發生大量涌水現象，采取增設儲水倉等工程措施。

2.4工程地質評價

隧洞洞身襯砌施工階段時圍巖按規范和浙江大學水工結構與環境研究所提供的《紹興市城區曹娥江引水工程隧洞監測分析報告》相關內容進行分類，洞身段上覆巖體厚度大多在100m以上，以侏羅系塊狀火山巖地層為主，巖石多屬堅硬巖，圍巖以Ⅱ類為主；斷層破碎帶、節理裂隙發育地段巖體呈碎塊鑲嵌結構，

為Ⅲ～Ⅳ類圍巖。對Ⅲ類圍巖建議采取噴砼、錨噴及錨掛網噴處理，Ⅳ類圍巖建議采取鋼筋砼襯砌。

3 地質雷達現場探測

現場采集參數設置如下：天線間距為0.5m，采樣間隔為0.4ns，時窗為250ns，發射電壓為1000V，探測模式為反射法，點距0.4m。沿隧洞拱頂縱向布置測線，測線總長度約為13.4km（其中二、三標4554m，四標3419m，五標3592m，六標1880m）。

4 檢測分析

根據地質雷達所采集信號的波形、振幅、頻率，推測出探測區距離拱頂10m范圍內的圍巖地質異常區的分布情況。隧洞圍巖的地質雷達探測結果異常區統計，同時列出了圍巖分類和排查加固區段。

雖然電磁波的能量絕大部分往拱頂之上發射，但仍有部分能量往下傳播。由于水與空氣的電磁性差異較大（反射系數大），即使往下傳播的電磁波能量較小，地質雷達解釋剖面圖上仍有可能出現較大反應。從地質雷達解釋剖面圖可以看出，幾乎所有的雷達剖面在時間軸40ns和80ns附近都出現連續、反射強烈的同向軸。考慮到電磁波在空氣中的傳播速度為光速0.3m/ns，由探測目標體到測線垂直距離公式可以推算出時間軸40ns和80ns所對應的距離軸約為6m和12m。因此，從拱頂凈高約為6m可以推測時間軸40ns位置的反射層為拱底上的水面，80ns位置的反射層為該水面的二次反射。

由于所選天線頻率的限制、地質雷達首波能量強和拱底水的干擾等因素的影響，雷達剖面圖上距離軸0～2.0m范圍內的圍巖較難拾取到有效的信息，屬于雷達探測的盲區，因此本次探測不考慮0～2.0m范圍內圍巖的地質情況。0～2.0m范圍內圍巖的地質情況可參考地質勘察資料和施工地質資料。

探測采集的數據排除了拱底上水的干擾和六標兩個位置工程車（現場記錄）的干擾，較客觀地反映了隧洞沿線拱頂圍巖的地質變化情況。在完整巖石與不良地質區接觸界面的兩側，由于不良地質區內巖石的孔隙度和含水率均比完整巖石要大，而孔隙度和含水率對介質的電導率和介電常數均有較大影響，這就造成接觸帶兩側存在一定的值增大，穿過不良地質區巖層時視其膠結程度而使得波形比較雜亂。在雷達剖面圖的特征為：地層反射波發育，同相軸錯斷、分叉，反射波振幅能量明顯增強，電磁波頻率發生變化，不良地質區范圍較大或不良程度較嚴重的雷達信號還出現繞射弧的圖像特征。因此，根據地質雷達圖像的特征及相關地質資料，可以判明不良地質區的厚度以及它與完整巖石的界面。根據雷達信號異常區大小和異常的明顯程度，對雷達信號異常里程段的圍巖完整程度進行分類，以便進一步為設計、施工提供參考依據。

5開挖揭露圍巖驗證

為了驗證地質雷達探測的準確性，對以下4個異常點：6+168（四標）、7+392（四標）、10+718（五標）、10+894（五標）作為開挖揭露圍巖驗證點。地質雷達探測是沿著拱頂布線，探測拱頂以上圍巖地質情況。由于現場條件限制，無法在拱頂進行開挖揭露圍巖，僅在樁號6+168、7+392、10+718、10+894的洞壁各開挖約0.4m2的襯砌面，露出圍巖供地質觀察用。實際開挖揭露圍巖驗證結果如下：

（1）樁號6+168右壁下部，現場查看發現避車洞下部較大范圍的揭露圍巖的巖性較差，軟化嚴重。

（2）樁號7+392右壁中部，揭露部分圍巖完整性較好，且巖石堅硬。

（3）樁號10+718左壁（避車洞側）和右壁，左壁裸露圍巖節理發育，右壁揭露圍巖表層局部風化。

（4）樁號10+894左壁（避車洞側）和右壁，左壁裸露圍巖局部節理發育，右壁揭露圍巖表層局部風化，并且存在一條橫穿隧洞的明顯結構面。

為了解洞壁圍巖的完整程度，浙江省建筑科學設計研究院于2010年11月24日對五標樁號為10+718，10+894附近的洞壁圍巖進行了地質雷達探測，洞壁圍巖地質雷達探測的參數設置與拱頂探測時一致。

另外，樁號8+808～8+831區段的現場查看表明，該區段右壁支護砼開裂嚴重，圍巖破碎。并且根據比較，表明拱頂地質雷達剖面圖上的異常圖像特征與洞壁現場查看結果基本吻合。

6結言

結合工程地質情況以及地質雷達檢測情況對圍巖進行劃分。施工單位根據檢測不良地質體的分布情況進行分析，并提出合理的支護方式，節約了大量資金。通過地質雷達探測結果與開挖揭露圍巖的地質情況的綜合對比，表明地質雷達對巖體中存在的不良地質體探測具有一定的探測精度。因此，地質雷達為探測隧洞圍巖中存在的一些地質災害隱患提供了較好的途徑，其探測結果可供加固設計參考。