超前地質預報在車里隧道施工中的應用

溫永華，鄧 超

(1.江西交苑公路工程試驗檢測中心;2.江西交通職業技術學院)

1 工程概況

贛州至大余高速公路(三益至梅關段)總長58.494km，是江西省進入廣東的又一通道。路線起源于南康市三益，途經鄧坑里、寨背、新棚下、鵝灣里、石灰窯下、王貴棚下、壕塘、龍珠園、梅山村洋坑，設置隧道穿越大梅關進入南雄市梅嶺鎮紅梅村與韶關路段連通。路線基本呈北東走向，沿章江大致平行延伸，雙向四車道，路基寬度26.0m，瀝青混凝土、水泥混凝土路面。車里隧道是一座上下行分離的四車道高速公路中隧道。隧道左線里程樁號為K44+645～K45+283，長638m:右線里程樁號為K44+660～K45+316，長656m。隧道區處于由震旦系砂質板巖構成的構造剝蝕低山區，隧道進、出洞口皆位于山腰地帶。隧道通過地段地層結構簡單，表層均為第四系全新統殘坡積碎石土，下部為震旦系(Z12)千枚狀板巖及寒武系(∈lnj)砂質板巖組成。區內斷裂構造較發育。

2 地質超前預報方法及原理

地質雷達電磁波技術其原理是利用高頻電磁波(主頻為數百兆赫茲)以寬頻帶短脈沖的形式，在隧道掌子面通過發射天線傳播到掌子面前方圍巖內部，經過不同的層面(或目的體)反射后返回至掌子面，被接收天線所接收，并將接收到的信號經過數字處理，形成直觀的圖象顯示出來。這些數字信號和圖象同時儲存在雷達主機中，再通過傳輸卡或磁帶機將雷達主機中的數據傳輸到計算機中，利用計算機對接收到的信號進行分析、處理，從而判斷掌子面前方圍巖分布情況。本次超前預報就是利用地質雷達電磁波技術確定地下介質分布情況。其工作原理如圖1所示。

圖1 地質雷達工作原理圖

脈沖波的行程為:

式中:t為 脈沖波走時(ns，1ns=10-9s);z為反射體深度，m;x為T與R的距離，m;v為雷達脈沖波速，m/ns。

目的層深度的計算式為:

相對于探地雷達所用的高頻電磁脈沖而言，巖石介質是以位移電流為主的低損耗介質。在這類介質中，反射系數和波速主要取決于介電常數

式中:“r”為反射系數，“ν”為速度，“ε”為相對介電常數，“с”為光速常數，下角標“1、2”分別表示上、下介質。空氣的相對介電常數為1，水的相對介電常數為81，水泥及巖石的相對介電常數為幾到十幾。

3 短程跟進地質超前預報步驟

3.1 設置雷達參數

雷達天線使用低頻100MHz天線，探測范圍10m左右，一般采用連續測量，由于現場條件限制，該次采用點測，點距離為0.5～2m;時窗w=400ns。

3.2 布設測線

使用地質雷達作超前預報時，以掌子面前方為探測目標，以拱頂為中心，車里隧道右線進口K44+789測線的具體布置見圖2所示。

圖2 雷達測線布置示意圖

3.3 數據處理

數據處理采用美國GSSI公司開發的RADAN3探地雷達處理解釋軟件。

3.4 提供地質預報信息

根據雷達探測剖面圖，如圖3所示。在掌子面前方10m范圍內:反射雜亂，同相軸不連續(在2.5～5.0m處同相軸連續性很差)，振幅較強，無明顯界面。

圖3 雷達圖像

4 結束語

根據地質雷達探測結果，并結合掌子面的情況，推測掌子面前方10m范圍內地質情況為:圍巖節理發育，較為破碎，局部富水，圍巖初步定為Ⅳ級。

［1］陳建峰.隧道施工地質超前預報技術比較［J］.地下空間，2003，(1).

［2］李勇，孫喜峰，李廷.隧道施工地質超前預報方法［J］.地質與資源，2004，(2).