地質雷達法超前預報在將軍山隧道施工中的應用

■曹思民，黃 崴 ■中國路橋工程有限責任公司，廣東 廣州 510000

1 工程概況

將軍山隧道群均為三車道隧道，整體開挖斷面大，該隧道群多為淺埋隧道，巖質以砂巖、板巖為主，圍巖包含Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三個等級，地質結構復雜多變，施工難度大。將軍山隧道群位于佛山高明隆起區，山體連續，隧址區相對高差約142.50m，屬侵蝕低山地貌，最大埋深約133.0m。隧址區主要為板巖、砂巖中的節理裂隙。隧道洞口置于坡積亞粘土、強風化砂質板巖中，巖體中風化裂隙極發育，多呈張開～微張，巖體破碎，穩定性差，施工時易坍塌。進洞時需配合超前地質預報指導施工。

2 地質雷達法超前預報

地質雷達法超前預報的原理、方法等已有許多著作詳細介紹，本文不再敷述。該技術近年來已廣泛應用于山體隧道施工中，主要作用為預報掌子面圍巖狀況，指導調整開挖方案，確保施工安全、高效及節約成本。由于其在短距離(25米以內)的預報精度較高，因此在預報破碎帶、溶洞、裂隙、地下水等不良地質和指導控制超挖方面具有非常好的效果。

3 工程應用實例分析

將軍山隧道群施工根據地質和圍巖情況的變化，以地質雷達的預報結果指導下階段的施工方法及預處理措施。本工程超前地質預報探測使用的儀器是由加拿大A－CUBED公司生產的EKKO100型地質雷達儀。

(1)將軍山Ⅰ號隧道案例分析

掌子面樁號為左洞K55+214，巖性為褐色強風化薄層砂巖、粉砂巖，產狀184°∠45°，節理裂隙發育，節理面間填充砂土狀物，巖石呈塊碎狀破裂結構，自穩性較差，上部易掉塊，掌子面較干燥。

地質雷達探測出前方25米巖性主要為中－強風化砂巖圍巖，由強風化破碎圍巖逐漸變為中風化圍巖，有較完整分界面。根據掌子面下部測線雷達波形圖(圖1)，前方0～8m(K55+214～K55+222)雷達波同相軸不連續，頻率變化較大，+220附近有一強反射面，說明前方圍巖整體與現掌子面圍巖情況變化不大，+220處為一巖石破碎層，圍巖完整性較差，拱部易掉塊;8～25(K55+222～K55+239)同相軸較連續，局部雜亂，說明圍巖風化程度較前段低，節理較發育，局部夾軟弱物，總體圍巖完整性較前段好。

圖1 將軍山1號隧道進口左線K55+214下測線100MHz雷達回波圖

根據回波圖，推斷前方圍巖結果如表1。該段范圍內主要為中－強風化砂巖、粉砂巖，巖石較破碎，節理裂隙較發育，局部夾軟弱物。

表1

由該地質預報結論，在施工時按照短進尺、弱爆破，及時支護的原則，完成破碎圍巖段施工。在K55+224樁號開挖掌子面已經完全度過破碎圍巖段，并在嚴格控制超挖的前提下加快施工進度，加大每日進尺距離該段的隧道開挖施工驗證了預報結果與實際情況的吻合性達到90%以上，地質雷達法超前預報對隧道施工起到了非常好的指導及預判作用。K55+224掌子面情況見右圖2。

(2)將軍山Ⅱ號隧道案例分析

掌子面樁號為左洞K56+089，掌子巖性為褐色－黃色強風化砂質板巖，節理裂隙發育，雜亂，節理微張，多填充砂土狀物，掌子面上部為土夾碎石，巖石總體呈塊碎狀松散結構，自穩性差，掌子面較干燥。

圖2

地質雷達探測出前方16m范圍內巖性主要為強－中風化砂質板巖。根據掌子面下部測線雷達波形圖(圖3)，前方0～16m(K56+089～K56+105)范圍內雷達波衰減較快，說明圍巖整體較為松散狀態，節理裂隙發育，節理面填充軟弱物，圍巖完整性較差，左側反射波較強，并有較連續負向同相軸，推測掌子面前方左側中下部含少量裂隙水。

由回波圖推斷，掌子面前方0～16m(K56+089～K56+105)范圍內主要為強－中風化砂質板巖，巖石破碎，節理裂隙發育，左側含少量裂隙水，自穩性差。圍巖級別推斷為Ⅴ級。現場施工時在K56+099處流出裂隙水，根據預報結論及時采取噴射混凝土封閉處理，防止圍巖失穩，做到了施工時有預見性的對不良地質段進行處理，最大限度的保護圍巖的自穩性。地質實際情況與超前預報結論有較高的吻合率。

4 結語

通過地質雷達法對將軍山隧道群施工進行超前地質預報的實踐，有以下心得:

4.1 地質雷達法超前預報的優點

(1)地質雷達探測隧道掌子面前方地質狀況方便快捷、對施工影響小。

圖3 將軍山2號隧道進口左線K56+089下測線100MHz雷達回波圖

(2)該方法在短距離(不超過25m)范圍內探測精度非常高，探測結果可靠性及穩定性非常高，在指導隧道施工方面意義重大。

(3)對中－強風化破碎巖體發育狀況及其存在的溶洞、裂隙及地下水等狀況探識率較好，在隧道進洞施工及淺埋施工階段預報效果較好，可指導采取適當的施工措施最大限度的保護圍巖的自穩性。

4.2 地質雷達法超前預報的缺點

(1)有效探測距離較短。經過實踐總結，在掌子面后25米范圍內，地質雷達法的預報結果準確度非常高，但超過25米的距離后其探測精度下降較大，在探測距離上遜于地震波法(TSP)。

(2)需結合雷達測試結果和掌子面地質特征進行綜合分析和判斷得出地質預報結論，對探測分析人員的地質識別經驗和理論分析水平要求較高，探測結果需要施工時同步修正。

綜上所述，地質雷達法超前預報可達到快速判斷隧道前方圍巖情況，及時調整施工方法，保證質量、安全與進度，減少不必要的投入等效果。采用地質雷達法超前預報，施工速度相比傳統施工方法要快20%以上，能夠節約隧道開挖施工成本8%以上。如今地質雷達法已成為隧道淺埋施工中非常重要的超前地質預報方法。

［1］《公路工程施工安全技術規程》(JTJ076－95).

［2］王正成，譚巨剛，等。地質雷達在隧道超前預報中的應用［J］。鐵道建筑，2005(2).

［3］高才坤，郭世明.采用地質雷達進行隧道掌子面前方地質情況預報［J］.水力發電，2000(3).

［4］劉志剛.隧道隧洞施工地質技術［M］.北京:中國鐵道出版社。2001.(1).

［5］南亞林，韓曉雷，等，地質雷達在公路隧道超前地質預報中的應用［A］.水利與建筑工程學報，2009(9).