南大梁高速公路華鎣山隧道底板涌水探測

肖爭

摘 要：采用地質雷達法對隧道工程的底板涌水進行探測，不僅對底板涌水處治方案的制訂提供了極具參考價值的水文及工程地質依據，還能確保隧道施工安全和工程質量，加快施工進度，保護地下水平衡，以及確保隧道結構運營安全等產生積極作用。

關鍵詞：公路；隧道；涌水；探測

1 隧道工程概況

華鎣山隧道是南充～大竹～梁平（川渝界）高速公路重難點控制性工程，隧道右洞起、止樁號分別為K105+869 和K114+037，全長8147m。設計時速80km，道路等級為雙向四車道高速公路。

華鎣山隧道進口右線上臺階掌子面掘進至K107+558，據隧道洞身開挖和超前鉆孔揭示，掌子面前后圍巖主要為三疊系中統雷口坡組鹽溶角礫巖夾石膏、泥灰巖泥巖，巖性軟弱揉皺擠壓強烈，巖層產狀變化大、巖體破碎。涌水點位于K107+556上臺階底板左側，主要有2股，自2013年6月29日夜發生涌水以來，涌水量由6月30日的26000m3/d漸增加至7月2日的33400m3/d，呈緩慢增大趨勢。右洞掌子面到設計F1斷層核部距離約400m，初步判斷隧道涌水受F1斷層的下盤影響明顯。

由于隧道地下水豐富，致使開挖過程中上臺階底板出現明顯的涌水，且涌水量較大、長時間無衰減，影響地下水平衡，給施工帶來極大困難，也給結構帶來重大安全隱患，還對隧道周邊生態環境造成嚴重影響。

2 探測依據

（1）《公路隧道施工技術規范》（JTG F60-2009）

（2）《公路隧道施工技術細則》（JTG/T F60-2009）

（3）《公路勘測規范》（JTG C10-2007）

（4）《公路工程地質勘察規范》（JTJ064-98）

（5）《采空區公路設計與施工技術細則》（JTG/T D31-03-2011）

（6）《鐵路隧道超前地質預報技術指南》鐵建設[2008]105號

（7）本隧道勘察、設計及施工相關文件

（8）其他與本工程相關的國家現行技術規范、規程

3 探測儀器及原理

根據隧道底板的環境與隧道本身的特點情況，施工對隧道底板探測深度要求，結合各種物探的特點及優勢，隧道底板探測的方法宜選取地質雷達法。本項探測使用儀器是由加拿大A-CUBED公司生產的EKKO-100型地質雷達儀。雷達天線主頻100MHz。

（一）地質雷達探測原理

地質雷達法是一種地下甚高頻～微波段電磁波反射探測法。其探測原理是：發射器通過發射天線向地下（或隧道前方）定向發射電磁波，電磁波在傳播的路徑上當遇到有電性（介電常數和電導率）差異的界面時即發生反射，反射波由接收器接收，在時域上得到反射回波及其往返旅行時間，并首先沿兩天線所在表面形成直達波被最先接收到，作為系統起始零點。取反射波往返時間之半，乘以相應介質的雷達波速度便得出反射目標所在深度，再根據反射波的形狀、幅度及其在橫向和縱向上的組合特征和變化情況，結合地質背景，判斷目標性質即進行目標識別，進行地質解釋。探測原理：（1）探地雷達主要利用寬帶高頻時域電磁脈沖波的反射探測目的體。（2）由公式t=■/v可根據測得的雷達波走時，自動求出反射物的深度z，并進一步界定其范圍、判定其性質。

地質雷達的工作頻率越高，波長越小，探測距離越近，分辨率越高，反之亦然。因此，根據不同的工程要求按其功能可分為超前地質預報雷達和結構檢測雷達。一般，200MHz以上更適用于檢測。儀器構成原理：筆記本微機→控制器處→發射單元→發射天線→目標體→接受天線→接受單元→控制器→筆記本微機

（二）探測距離

工作頻率越高，波長越大，能量衰減越慢，探測深度越大，同時分辨率越低。此外，探測深度還取決于介質的衰減系數、接收器的信噪比和靈敏度、發射器發射功率、系統總增益、目標的反射系數、幾何形狀及其產狀等。

國內從上世紀80年代初至今通過使用各種型號地質雷達在地下工程中實施超前地質預報，現已達成如下基本共識：

（1）地質雷達可進行短距離地質預報，根據所采用的工作頻率不同，2GMHz～50MHz，探測距離從0.2～30m，并可分辨較小的地質異常目標。

（2）地質雷達對水敏感，并能夠探測中風化～強風化破碎帶或斷層破碎帶、溶洞。

（3）在掌子面附近實施超前探測時，地質雷達系統由于工作頻率高，因此不受工頻交流電、機械震動等干擾，但為了取得高質量信號而對探測表面平整狀況有一定要求

（4）由于可分辨較小尺寸的目標，所以在地質情況較為復雜或不均一性較突出的情形下，現場應有較大測線密度才不易漏探。

（5）地質雷達對反射目標體遠處一側的定界定位有時還不準確，但可采用地質鉆孔進行驗證說明。

因此，地質雷達能探測較小的目標，故能較好的分辨管涌通道，能探測30m范圍的地質情況，滿足隧道底板探測的深度30m。

4 實施過程

考慮隧道進口K107+540～ K107+970段隧道水文地質條件復雜，受F1斷層的影響嚴重，且隧道埋深超過200m，且左右洞的間距不超過40m，因此隧道進口底板雷達探測選定的范圍為：左、右洞樁號K107+540～ K107+970段，共計860m。

底板探測的范圍為：左洞樁號ZK107+540～ZK107+970，右洞樁號K107+540～K107+970。左、右洞底板雷達探測均采用網格布設測線的方式，向底板下方探測：隧道斷面橫向測線間距為2～5m一條；隧道走向測線間距為3m一條，每20m為一段，每段走向測線共3條；測線條數預計為350條。

5 結論

經雷達探測，對于該段的地質情況可以得出如下結論：在探測范圍0～30m內未發現直徑大于1m的溶腔或溶洞；探測3～18m范圍內圍巖破碎，主要以鹽溶角礫巖、破碎灰巖，存在軟弱夾層（局部含石膏等軟質填充物），溶蝕構造發育，且該范圍內地下水賦存；該段圍巖的總體穩定性及完整性差，局部范圍存在被地下水擊穿的可能，形成新的涌水點；局部底板存在明顯的分界面，與水平面呈30°夾角；不同時間點對同一段落探測，發現在富水區域存在明顯的被掏蝕的痕跡，且不同段落掏蝕程度不同。

通過地質雷達對底板涌水進行探測，探明上臺階底板下方地下水的賦存的范圍（底板深度方向），底板下方的裂隙管涌通道，以及底板下方的圍巖、空洞等地質情況，為隧道下一步施工（隧道下臺階開挖、徑向注漿范圍、注漿的段落和左洞開挖）提供地質依據；為該段底板涌水處治方案的制訂提供了極具參考價值的水文及工程地質依據；還為編制竣工文件提供可靠的地質資料；加強隧道底板地質預報工作會對保證施工安全和工程質量，加快施工進度，縮短工期，保護地下水平衡，以及確保隧道結構運營安全等產生積極作用。

參考文獻：

[1]樊浩博，汪珂，郭而冬.隧道溶洞的地質雷達探測及處理[J].南水北調與水利科技，2015，13（1）.

[2]張智蔚，孫楊勇，陳強.公路探地雷達技術在隧道檢測中的應用探討[J].公路交通科技（應用技術版），2008（04）.