綜合探測技術(shù)在隧道搶險工程中的應(yīng)用

楚小剛，張忠平，董　嘉（中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州　730000）

綜合探測技術(shù)在隧道搶險工程中的應(yīng)用

楚小剛，張忠平，董嘉
（中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州730000）

一黃土地區(qū)軍用隧道受公園春灌管道破裂冒水的影響，多處出現(xiàn)底板破裂、涌泥現(xiàn)象，危急部隊行車安全。為合理設(shè)計整治方案，根除隧道病害，采用地質(zhì)雷達法、高密度電法、瑞雷面波法等綜合物探手段，并輔以必要的地質(zhì)鉆探、監(jiān)控、試驗等方法，通過綜合分析，取得了隧道病害段巖土參數(shù)，為病害判識提供技術(shù)支撐。該軍用隧道已竣工40余年，勘察結(jié)果與實際地質(zhì)條件吻合較好。

綜合探測；隧道工程；病害調(diào)查；地質(zhì)雷達；高密度點法；瑞雷面波

1　工程概況

一軍用黃土隧道修建于20世紀70年代初期，隧道為單線小斷面公路隧道，隧道邊墻為漿砌塊石，起拱線以上為模鑄混凝土筑成，隧道圍巖為濕陷性黃土。2015年3月，隧道受公園春灌管道破裂冒水沖刷影響，導(dǎo)致隧道底板多處破裂，裂縫部位出現(xiàn)涌泥、涌水現(xiàn)象，嚴重影響了隧道的安全運營。

因該隧道探測屬搶險項目，常規(guī)的鉆探、監(jiān)測等手段難以適用，為此，項目采用了綜合探測技術(shù)對水害情況進行了調(diào)查。考慮到單一物探手段多解性和局限性的固有特征，為準確探測隧道結(jié)構(gòu)周圍可能存在的空洞、不密實帶、富水（泥漿）區(qū)域，項目采用地質(zhì)雷達法、高密度電法、瑞雷面波法綜合物探技術(shù)對隧道病害段進行緊急探測。

2　探測方法及測點布置

1）地質(zhì)雷達法

地質(zhì)雷達法是采用高頻電磁波對地下介質(zhì)、不可見目標體進行探測，以確定介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)或目標體位置的電磁技術(shù)。本次檢測采用剖面法，固定發(fā)射天線（T）和接收天線（R）間距，沿測線同步移動測量，探測結(jié)果可用地質(zhì)雷達時間剖面圖表示。

本次對隧道上行線 YK0+000—YK0+200段及下行線ZK0+000—ZK0+200段拱頂，左、右拱腰，左、右邊墻共6個部位進行了二次襯砌質(zhì)量無損檢測。探測范圍選取隧道病害較嚴重的200 m范圍內(nèi)，面向大里程方向按7條縱向測線布置，在病害嚴重區(qū)域增設(shè)環(huán)向測線。

2）高密度電法

高密度電法是綜合物探方法中對隧底滲水區(qū)檢測的有效方法之一，以隧底土體的導(dǎo)電性差異為物理基礎(chǔ)，觀測和研究地下穩(wěn)定電流場的分布規(guī)律。

在隧道右線病害嚴重段（YK0+80—YK0+161）仰拱處，從右至左縱向布置3條測線進行高密度電法檢測，測線布置見圖1。其中測線1穿過病害最嚴重的地段，目的是查明滲入到隧底下方土層水的深度分布情況；測線2，3作為輔助，查明滲入水的寬度分布情況。3條測線長度均為81 m，電極距為1.5 m，本次探測共采用55個電極。

圖1　高密度電法測線布置

3）瑞雷面波法

當瑞雷面波的探測深度與地下空洞、軟弱層、掩埋體的深度相當時，頻散曲線會出現(xiàn)異常跳躍現(xiàn)象。利用在隧道病害段和非病害段探測瑞雷面波的波速差異可以判斷隧底病害。本次在病害段和非病害段各選取3個測點進行對比試驗，其中，病害段里程為 YK0+ 118的測點布置見圖2。

圖2　YK0+118測點布置

3　數(shù)據(jù)分析

考慮3種探測手段的優(yōu)缺點，地質(zhì)雷達法重點探測隧道拱部、邊墻位置的病害；高密度電法和瑞雷面波法主要探測仰拱及隧底位置病害。通過探測，隧道在距離進口100～160 m病害較嚴重，3種探測手段結(jié)果基本吻合，相互得以驗證。

1）地質(zhì)雷達法

現(xiàn)場測試采用SIR-3000型探地雷達，所用天線為400M地面耦合式一體化屏蔽天線。隧道襯砌病害地質(zhì)雷達圖像見圖3，標識部位為襯砌空洞部位。通過本次檢測，發(fā)現(xiàn)2處空洞、13處不密實、4處襯砌背后脫空。

圖3　隧道襯砌病害地質(zhì)雷達圖像

2）高密度電法

采集的數(shù)據(jù)經(jīng)初步處理生成預(yù)處理文件，再利用數(shù)據(jù)處理解釋軟件對數(shù)據(jù)進行多次地形改正，并結(jié)合線路地區(qū)地球物理特征、經(jīng)驗修正和反演迭代形成高密度電法二維層析成像位圖文件。

測線1，2，3的電阻率分布見圖4。由圖4可知，3條測線電阻率分布的幾何形態(tài)非常相似，電阻率分布范圍為0～9 000 Ω，電阻率異常區(qū)主要出現(xiàn)在YK0+ 100—YK0+160上部區(qū)域（圖3中所圈區(qū)域），其特征為低阻區(qū)域（電阻率值為0～500 Ω），最大深度約為15 m。對比圖4可知，低阻區(qū)域在測線1的電阻率分布圖中分布范圍最大，而測線2次之、測線3最小。推斷水害是由隧道右側(cè)侵入，逐漸向左側(cè)進行滲透。

圖4　測線1，2，3的電阻率分布（單位：Ω）

3）瑞雷面波法

圖5　面波頻散曲線

面波頻散曲線見圖5。非病害段探測數(shù)據(jù)表明，面波頻散曲線上隧道仰拱層2 m內(nèi)表現(xiàn)為低速，速度V=250～350 m/s；面波頻散曲線上2～5 m層區(qū)，V= 280～410 m/s；面波頻散曲線上5 m外層區(qū)，V=350～625 m/s。而在病害段中土體受水害影響會出現(xiàn)松散、不密實等現(xiàn)象，導(dǎo)致土體密度降低，面波波速降低。本次在距洞口118 m處瑞雷面波檢測的頻散曲線結(jié)果表明，在各層區(qū)波速均有不同程度減低。

4　整治對策

1）病害原因主要是因春灌管道破裂冒水所致，對現(xiàn)有灌溉管道進行遷移、改線，對坡體地表陷穴、落水洞進行夯填、封堵。

2）對隧道病害段設(shè)置鋼拱架進行加固。重點是提高仰拱的剛度和強度，對隧底注漿形成固結(jié)圈。其次是對拱周圍巖注漿，形成強拱圈。最后對深部貫通的裂縫、落水洞及隧道周圍、頂部空洞注漿加固。

3）根據(jù)洞內(nèi)寬度情況，增加隧底排水設(shè)施。

5　結(jié)論

1）采用地質(zhì)雷達法探測發(fā)現(xiàn)隧道有5處空洞、13處不密實、4處襯砌背后脫空。空洞集中在距離洞口115～155 m，深度距二襯表面約35～100 cm。根據(jù)高密度電法探測可推斷水害是由隧道右側(cè)（背對進口方向）侵入，逐漸向左側(cè)進行滲透。

2）瑞雷面波法探測結(jié)果表明隧底土體含水量較高，影響隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，這與高密度電法和地質(zhì)雷達法檢測結(jié)果基本一致。

3）該軍用隧道竣工已超過40余年，經(jīng)綜合驗證，勘察結(jié)果與實際地質(zhì)條件吻合較好。

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（責(zé)任審編鄭冰）

Application of Comprehensive Detection Technology in Case of Rescue in Tunnel

CHU Xiaogang，ZHANG Zhongping，DONG Jia
（Northwest Research Institute Co.，Ltd.of China Railway Engineering Corporation，Lanzhou Gansu 730000，China）

Since water emitting of spring irrigation pipes，floor rupture and multiple gushing mud occurred in a military tunnel in loess area.It is critical to the safety of the troop traffic.T he methods of GPR（Ground Penetrating Radar），high density resistivity and Rayleigh wave were used for geological drilling，monitoring and test in this paper.T hrough comprehensive analysis，the parameters of the tunnel diseases were obtained，which could provide the technical support for disease identification.T he military tunnel has been completed for more than 40 years.It is proved to be in agreement with the actual geological conditions.

Comprehensive detection；T unnel engineering；Disease investigation；GPR；High density resistivity；Rayleigh wave

U452.1

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.23

1003-1995（2016）08-0093-03

2016-03-07；

2016-05-23

楚小剛（1979— ），男，高級工程師。