鄭極新

福州大學(xué)土木工程學(xué)院（350108）

曲譚山隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法

鄭極新

福州大學(xué)土木工程學(xué)院（350108）

根據(jù)福建省漳州至永安高速公路龍巖段曲譚山隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用的兩種不同的物探方法，結(jié)合采集到的數(shù)據(jù)及圖像進(jìn)行分析，得出較為可靠的預(yù)報(bào)結(jié)果，用來引導(dǎo)施工。

隧道；地質(zhì)預(yù)報(bào)；TGP

1 曲譚山隧道工程概況及地質(zhì)條件

曲譚山隧道系福建省漳州至永安高速公路龍巖段中的重要性工程之一。隧道采用分離式雙洞布置，左洞長919 m，右洞長932 m，隧道凈寬10.25 m，凈高5 m。隧址區(qū)屬剝蝕丘陵地貌，隧道進(jìn)出口段巖性為坡積土，碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，局部夾鈣質(zhì)粉砂巖；洞身段圍巖為薄-厚層微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖與鈣質(zhì)粉砂巖互通，為較軟-較硬巖。隧址區(qū)處在4條節(jié)理裂隙密集帶，但未見泥石流、采空區(qū)、巖溶、活動性斷裂等不良地質(zhì)作用。隧道最大埋深約145 m，進(jìn)口端橫斷面左低右高，存在偏壓；出口端坡向與洞軸線基本一致，無偏壓。地下水主要為進(jìn)、出口段坡積土層、風(fēng)化巖層的孔隙裂隙水及洞身基巖裂隙水，水量較貧乏，雨季施工時(shí)水量較豐富。

2 隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的目的及意義

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是工程勘察工作的延續(xù)，是保證隧道施工安全、優(yōu)化設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)施工信息化的重要基礎(chǔ)。根據(jù)隧道開挖揭示的洞身圍巖條件的變化趨勢和采用各種地球物理探測手段對隧道施工掌子面前方地質(zhì)情況的探測結(jié)果,結(jié)合洞內(nèi)外地質(zhì)調(diào)查、掌子面素描結(jié)果和預(yù)報(bào)人員地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)，對隧道前方可能遇到的不良地質(zhì)體及由此可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的性質(zhì)、分布位置、規(guī)模的預(yù)測，采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段，對隧道開挖前方地質(zhì)構(gòu)造等進(jìn)行準(zhǔn)確探測。

3 隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法

3.1 工程地質(zhì)分析法

工程地質(zhì)分析法包括掌子面地質(zhì)素描調(diào)查和地表地質(zhì)補(bǔ)充勘察兩種方法。地質(zhì)素描主要是對隧道掌子面的地層巖性，地質(zhì)構(gòu)造，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，地下水出露點(diǎn)位置及出水狀態(tài)、出水量如實(shí)而準(zhǔn)確的記錄，是超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的基本依據(jù)和判斷圍巖類別的最直接的資料，也是用以推斷掌子面進(jìn)深方向圍巖狀況的主要參照物和地質(zhì)狀況的邊界條件。

3.2 電磁波反射法

電磁波反射法是利用高頻脈沖電磁波探測地下介質(zhì)分布的一種地球物理探測技術(shù)。通過地質(zhì)雷達(dá)的發(fā)射天線向隧道前方擬測地層定向發(fā)射高頻脈沖電磁波，電磁波在傳播途中遇到物性不同的介質(zhì)界面或目標(biāo)體(如節(jié)理、裂隙、斷層、地下水等)即發(fā)生反射和透射。反射波信號由接收天線接收后,直接傳輸?shù)浇邮諜C(jī)，在接收機(jī)經(jīng)過疊加、濾波、整形和放大等處理后，經(jīng)電纜傳輸?shù)嚼走_(dá)主機(jī),經(jīng)過信號處理就可用來判斷地下目標(biāo)的深度、大小和方位等特性參數(shù)。

3.3 地震波反射法

地震波反射法的原理是地震波在巖體傳播過程中，在聲阻抗界面會產(chǎn)生地震反射波，利用儀器設(shè)備采集隧道巖體中地震波傳播的信息，通過專業(yè)處理系統(tǒng)提取回波的界面位置、空間分布、回波極性和回波能量等信息，并結(jié)合隧道地質(zhì)勘察資料綜合分析,實(shí)現(xiàn)對隧道前方地質(zhì)情況的預(yù)測，達(dá)到地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的目的。

4 曲譚山隧道掌子面ZK118+018斷面的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

以曲譚山隧道左線進(jìn)口掌子面樁號ZK118+ 018為例，采用地質(zhì)分析結(jié)合電磁波反射法和地震波反射法兩種物探方法，對相同預(yù)報(bào)段進(jìn)行分析比較，得出較為可靠的預(yù)報(bào)結(jié)果。

電磁波探測法選用瑞典MALA地球科學(xué)公司生產(chǎn)的RAMAC CUII型探地雷達(dá)（GRP）。探測時(shí)使用發(fā)射頻率為100 MHz的屏蔽天線，樣點(diǎn)數(shù)設(shè)為1 265，時(shí)窗為1 100 ns，采樣頻率1 100 MHz，以點(diǎn)測方式采集數(shù)據(jù)。

地震波反射法采用TGP206A地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)。激發(fā)孔選擇在構(gòu)造界面與隧道夾角小的一側(cè)洞壁，離掌子面5米，高度1.2米，以2米間距連續(xù)布置24個(gè)；之后退30米在隧道左右洞壁的相同里程各布置一個(gè)接收孔。炸藥激震的同步信號采取開路觸發(fā)方式，接收探頭采用定向工具安裝和采用黃油直接耦合鉆孔壁。

4.1 曲譚山隧道掌子面ZK118+018斷面地質(zhì)條件分析

曲譚山隧道掌子面ZK118+018地質(zhì)出露的情況為黃褐色的微～弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，節(jié)理、裂隙發(fā)育，散體結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)軟，有個(gè)別掉塊情況；錘擊聲啞，無回彈；掌子面潮濕。

4.2 曲譚山隧道掌子面ZK118+018斷面超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分析

曲譚山隧道掌子面ZK118+018斷面采用電磁波探測法（GPR）采集的地質(zhì)雷達(dá)波圖像如圖1所示。采用地震波探測法（TGP）采集到的同側(cè)波形三分量記錄圖、同側(cè)波繞射圖和預(yù)測波速及見面圖如圖2、圖3和圖4所示。兩種方法的預(yù)報(bào)分析表如表1所示。

圖1 經(jīng)濾波處理后的雷達(dá)波形圖

圖2 TGP地震波同側(cè)波形三分量記錄圖

圖3 TGP地震波同側(cè)波繞射圖

圖4 TGP地震波預(yù)測波速及界面圖

5 結(jié)論

1）電磁波探測法探測的有效距離為30 m，實(shí)際情況根據(jù)雷達(dá)的探測能力略有波動；在有效范圍內(nèi)探測的預(yù)報(bào)結(jié)論與實(shí)際地質(zhì)情況較吻合。

2）地震波探測法探測的有效距離為100～150 m,預(yù)報(bào)距離長，時(shí)間短，且對施工的干擾較小，推斷出前方的斷層和巖石破碎帶等不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模、產(chǎn)狀和巖石動力參數(shù)也較準(zhǔn)確。

3）結(jié)合電磁波探測法和地震波探測法的預(yù)報(bào)結(jié)果，推斷出曲譚山隧道掌子面ZK118+018斷面前方圍巖以微、弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為主，節(jié)理、裂隙發(fā)育，散體結(jié)構(gòu)為主，且?guī)r質(zhì)大部較軟，圍巖級別為Ⅴ級。在前方30 m的范圍內(nèi)，有相對軟弱破碎帶或節(jié)理密集蝕變帶存在，含一定量的地下水。

4）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)屬于物探方法，但物探方法的應(yīng)用受到環(huán)境及經(jīng)驗(yàn)的影響，準(zhǔn)確解譯物探資料具有一定的技術(shù)難度，一方面要求預(yù)報(bào)人員具有豐富的解譯經(jīng)驗(yàn)，另一方面要求預(yù)報(bào)人員具有豐富的地質(zhì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

表1 曲譚山隧道ZK118+018掌子面采用不同超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法分析表

[1]JJ 7-2007,城市工程地球物理探測規(guī)范[S].北京:中華人名共和國建設(shè)部,2007.

[2]吳從師，陽軍生.隧道施工監(jiān)控量測與超前地質(zhì)預(yù)報(bào)[M].北京:人民交通出版社,2012.

[3]葉英.隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)[M].北京:人民交通出版社, 2011.

[4]姚姚.地震波場與地震勘探[M].北京:地質(zhì)出版社,2006.

[5]楊峰,彭蘇萍.地質(zhì)雷達(dá)探測原理與方法研究[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

圖3 “回”形降溫管平面示意

4 結(jié)論

大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)與措施直接關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能，若不能很好地了解大體積混凝土結(jié)構(gòu)開裂的原因，掌握應(yīng)對此類問題所采取的相應(yīng)施工措施，那么實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中就很難保證施工質(zhì)量。在大體積混凝土施工中，只要在選材、配合比、拌制、振搗及養(yǎng)護(hù)等各施工環(huán)節(jié)中細(xì)化管理，環(huán)環(huán)把好質(zhì)量關(guān)，就一定能避免大體積混凝土施工中遇到的各種裂縫，確保工程質(zhì)量。