綜合超前地質預報在梁忠高速禮讓隧道中的應用

蒲文明 趙國軍

(中電建路橋集團有限公司，北京 100048)

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綜合超前地質預報在梁忠高速禮讓隧道中的應用

蒲文明 趙國軍

(中電建路橋集團有限公司，北京 100048)

結合禮讓隧道現場地質地形特點，提出了綜合超前預報的探測方法，針對不同地質情況，綜合采用地質雷達，TGP和超前鉆孔方法對禮讓隧道進行超前預報探測，取得了較好的預報效果，積累了豐富的工程經驗，保證了隧道施工進度和安全的要求。

地質雷達，TGP，超前鉆孔法，掌子面

隨著我國經濟的快速發展，高速公路的需求量大大增加。特別是近年來，西部大開發如火如荼的進行中，我國西南地區高速公路事業也在快速發展。西南地區屬于多山區域，大量隧道的修建是發展的需要。同時，西南地區地質情況普遍較復雜，多巖溶、暗河，被稱為卡斯特地貌。所以選擇準確可靠的超前地質預報方法是保證西南地區隧道施工安全的前提條件之一。目前已有的超前地質預報技術主要包括地震波反射法、紅外線探水、超前鉆孔、高密度電法、地質分析法、瞬間電磁儀法等[1-4]。本文結合禮讓隧道現場地質地形特點，最終選擇地質雷達、TGP和超前鉆孔三種手段相結合的方法開展超前地質預報工作。

1 工程概況

重慶市梁忠高速公路禮讓隧道為雙線隧道，全長5 519.15 m，為雙向四車道。隧道穿越明月峽背斜，構造星際是北北東～北東向。隧道區無大的區域性斷裂隙構造。隧道區出露地層為三疊系下統嘉陵江組(T1j)、中統雷口坡組(T21)、上統須家河組(T3xj)、侏羅系下統珍珠沖組(J1z)，中下統自流井組(J1-2z)、中統新田溝組(J2x)、第四系(Q4)。

2 隧道超前地質預報技術

2.1 地質雷達

電磁波在介質傳播路徑上遇到介電常數和電導率等電性差異的界面時會發生反射。地質雷達正是基于這一原理，通過向隧道前方地層定向發射電磁波，并接收發射和接收兩天線間傳播的直達波，再根據反射波強度、相位等時域波形信息，處理和分析后可判別反射目標的性質、空間位置或結構的一種電磁探測方法。

地質雷達超前預報距離短，操作較簡單，探明一定距離內的地質情況較準確。但地質雷達具有測線單一，預報片面；電磁波信號干擾性較強；人員要接近掌子面，較危險等特點。

2.2 TGP預報系統

TGP預報系統常用地震波法，用于地質構造和巖性預報。據地震波的動力學特性和運動學特性判定圍巖是否存在斷層、溶洞、破碎帶及地下水等不良地質情況，結合圍巖彈性波傳播速度進行初步的巖體結構(完整性、穩定性等)特征判斷。再根據相同巖性的巖塊波速及測試出的圍巖彈性波傳播速度算出完整性系數，依據規范就可根據彈性波速度和完整性系數的大小進行圍巖類別劃分。

地震波在巖體呈球面波形式傳播過程中，其傳播特性和衰減規律等與巖體性質以及界面的聲阻抗性質，并會在斷層、巖性變化帶或巖溶發育帶等聲阻抗界面產生地震反射波，通過配套的采集設備和軟件獲取隧道巖體中地震波全波列信息，再結合現場地質資料進行全波列分析處理，實現對隧道前方地質條件的推斷，達到地質超前預報的目的。

TGP預報系統具有預報距離較長(150 m～200 m)，預報結果較全面；預報系統性能穩定，信噪比高，預報準確；距離掌子面一定距離，較安全。但操作較復雜，對操作人員要求較高，準備工作較多，時間稍長；需要施工單位積極配合。TGP探測地震波三分量原始記錄圖見圖1，TGP超前預報準備工作及注意事項見表1。

表1 TGP超前預報準備工作及注意事項

預報孔的布置要求接收(檢波)器鉆孔要求激發炮孔的鉆孔要求數量2個,對稱布置在隧道左右邊墻24個,根據預報要求選擇在一側的洞壁直線布孔直徑用?50mm鉆頭鉆孔(否則影響探頭和藥卷的安放)孔深2m孔距2m定向垂直隧道軸向,水平孔垂直隧道軸向,下傾10°～15°高度離地面(隧底)高1m位置距離掌子面約70m距離掌子面退后約5m布置吹孔終孔后吹干凈孔內巖粉和碎石準備工作準備瞬發電雷管26支,防水乳化炸藥2kg(?32藥卷),作為數據采集的震源準備觸發信號線120m,并按每根4.5m的長度截成24根;準備電工絕緣膠布用作接線的絕緣使用準備2筒～3筒黃油卷;或者泥漿,以灌滿接收孔為宜測量:接收孔與其最近的炮孔距離、順序排列的炮孔之間的距離、最后一個炮孔距離掌子面的距離、隧道左右洞壁之間的距離記錄接收孔和掌子面的里程樁號檢查所有鉆孔的孔深、孔徑、孔斜是否滿足要求,是否進行了清孔準備向激發炮孔灌水使用的塑料軟管準備工作中對TGP206儀器使用的12V直流電源充足進洞工作安全帽

2.3 超前鉆探

超前鉆探是指利用鉆機在隧道掌子面等位置鉆探，通過鉆進過程中的鉆速、巖屑等的變化來判斷前方的地質情況。鉆孔位置和數量應根據地質素描的實際情況選擇。獲取巖體鉆探信息后，再根據施工現場巖性變化、涌水情況等地質素描記錄情況，可進一步提高前方地質、涌水、瓦斯含量等預報的準確度。超前鉆探預報是最直接、可靠的方式，但鉆孔需要占用較長的施工作業時間，費用較高。

3 禮讓隧道預報結果案例

空腔探測：左洞進口端施工至ZK11+765處，右邊墻下部揭露一空腔，空腔內呈持續發展狀況。經研究決定采取地質雷達、TGP和超前鉆孔技術相結合方法對空腔大小和位置進行探測。共布設地質雷達測線7條(見圖2)，TGP探測1次(見圖3)，超前鉆孔7個。

地震雷達探測采用瑞典RAMACCUIII型探地雷達，配備100 MHz屏蔽天線，TGP探測采用國產TGP206A型地震波設備，其中TGP探測現場記錄見表2。

表2 TGP超前預報現場記錄表

對TGP采集的數據經過其自帶專業軟件處理后，可得到TGP地震波超前預報成果圖(見圖4)。

經過對地質雷達和TGP探測圖形進行分析，結合獲得超前鉆孔數據得到了較準確的空腔形狀、大小及與隧道位置關系圖(見圖5)。為空腔處置方案的及時提出提供了有力的依據，隧道施工進度未受到影響。經后期的持續監測，隧道變形發展穩定。

4 結語

禮讓隧道采取TGP系統、地質雷達和超前鉆探相結合的綜合超前預報系統，在施工一年中取得了顯著的成效，積累了豐富的經驗,主要有：1)地質雷達和超前鉆探在探明空腔和水文情況均有自己獨到的優勢和自己的缺點，具體情況應結合使用，通過優缺點的互補，得到較為可靠的預報結果。2)TGP超前預報系統探測距離較長，精度不夠，應根據勘察資料，在圍巖巖性變化較緩的路段使用，同時應采用地質雷達對TGP超前預報結果進行階段性的驗證和對前方地質情況進一步的探明。3)地質雷達、超前鉆探、TGP預報系統均有相輔相成、互相驗證的作用。具體的施工過程中應將三者有機結合起來靈活運用，才能消除風險，保證隧道安全施工。

[1] 范鵬舉,周立波.特長隧道綜合超前地質預報應用研究[J].現代交通技術，2013,10(1):46-49.

[2] 趙文軻,王連成,鐘 鳴.綜合超前地質預報方法在大瑤山公路隧道中的應用[J].公路交通技術，2011,12(6):104-108.

[3] 張九俊.綜合超前預報在巖溶隧道施工中的應用[J].科學之友，2012(28):48-50.

[4] 竇 順,韓成海,趙長要.瓦窯坡隧道巖溶地質超前預報綜合技術[J].地下空間與工程學報，2011,7(2):366-370.

The application of comprehensive advanced geological prediction in Liangzhong highway comity tunnel

Pu Wenming Zhao Guojun

(CLP Construction Road and Bridge Group Limited Company, Beijing 100048, China)

Combining with site geological and topographical characteristics of comity tunnel, this paper proposed the detection method of comprehensive advanced forecast, according to different geological conditions, comprehensively used geological radar, TGP and advanced drilling method for advanced prediction exploration to comity tunnel, achieved good prediction results, accumulated rich engineering experience, ensured the tunnel construction schedule and safety requirement.

geological radar, TGP, advanced drilling method, tunnel face

1009-6825(2017)16-0156-02

2017-03-29

蒲文明(1978- )，男，碩士，高級工程師

U452.1

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