地質雷達在地鐵車輛段綜合工程隧道中的應用

劉 偉 葉 文

(1.中鐵十四局集團有限公司，廣東 深圳 518000; 2.中山大學工學院，廣東 廣州 510006)

地質雷達在地鐵車輛段綜合工程隧道中的應用

劉 偉1葉 文2

(1.中鐵十四局集團有限公司，廣東 深圳 518000; 2.中山大學工學院，廣東 廣州 510006)

通過介紹地質雷達工作原理及基本圖像判斷，并應用地質雷達對深圳地鐵八號線望基湖停車場隧道進行地質超前預報，成功預測隧道前方未開挖地段不良地質，有效的減少災害的發生。

地質雷達,預報,地質,災害

0 引言

為緩解城市交通擁堵狀況，地鐵由于其不占用地面空間，不受地面交通情況的影響從而成為了首選。但由于地鐵的施工區域主要位于城市的繁華路段，一旦發生事故極易威脅地面人員的安全。因此，在城市地鐵隧道施工期間提前預測前方不良地質成為了重要環節。地質雷達由于其低成本、高效、高分辨率等特點，從而得到了廣泛的應用并取得了很好的效果[1]。

謝昭暉[2]對地下不同目標體的探地雷達圖像特征進行研究，分析和總結了它們各自的規律和特點,以指導我們能夠快速準確地識別各類地下異常體的地質雷達圖像,為最終進行正確的地質解釋打下基礎。曾奇等[3]利用地質雷達對深圳地鐵隧道區間進行地質預報的基礎上，結合國內外成功的經驗，探討了地質雷達在數據采集和處理上的一些注意事項。呂恬等[4]在葵崗隧道施工中應用地質超前預報，成功避免了多次坍塌險情的出現,保證了工程質量及施工工期。

1 地質雷達工作原理

地質雷達根據不同的物體具有不同的電性原理進行探測。地質雷達通過天線T以寬頻帶短脈沖形式向地下發送電磁波，天線R接收目的體反射信號，通過分析圖像中電磁波能量振幅、反射頻率以及波形同相軸等信息，結合現場環境判斷掌子面前方不良地質體的類型、規模及分布情況，通過電磁波傳播速度及傳播時間確定其位置[5，6]。地質雷達電磁波脈沖傳播示意圖如圖1所示[7]。

2 應用實例

2.1工程概況

深圳市軌道交通8號線望基湖停車場隧道以低山地貌為主，洞身穿越區域植被茂盛，地層內存在破碎帶且富含大量地下水。隧道區地下水補給方式主要為大氣降水補給、地表水入滲等。

根據現場的施工情況及前期的勘察結果，現場地層巖性主要有風化較嚴重的凝灰巖、卵石、黏土等，圍巖等級為Ⅴ級圍巖。隧道前方掌子面揭露圍巖存在風化情況，圍巖紅褐色，圍巖整體性較差，局部圍巖風化嚴重，呈砂土狀，節理裂隙稍較發育，結構面延展性較差，含水量較高。

以出場線中的一段(WCDK+747～WCDK+727)及入場線的一段(WRDK+065～WRDK+035)為檢測對象進行研究分析。

2.2測線布置

本次地質雷達探測選用瑞典MALA地球科學公司(Sweden MALA Geoscience Inc)生產的RAMAC GPR型探地雷達。

根據實際情況和現場施工條件，測線布置如圖2所示。在開挖面上臺階布置一條測線，兩拱腰至拱腳間各布置一條測線，測線從掌子面邊墻至邊墻，長8 m。

2.3出場線探測成果

根據地質雷達現場探測數據，運用REFLEXW軟件進行分析處理，得到出場線段點陣灰度雷達圖(如圖3a)所示)和波列雷達圖形式(如圖3b)所示)。根據兩圖對比判斷，并結合現場揭露情況，可以看出：在整個掌子面前方0 m～8 m的范圍，電磁波反射信號一般，同相軸連續區段較多，且存在高頻信號，說明該段范圍內地質情況變化不大；在8 m～14 m范圍，存在較多同相軸連續區段，整體性較差，含水量稍高，在前方14 m～25 m的范圍內，電磁波波形較均一，振幅以高、寬幅為主，說明該段整體性一般，含水量較高。

2.4入場線探測成果

入場線段隧道掌子面前方點陣灰度雷達圖和波列雷達圖形式如圖4所示。通過雷達圖形得出掌子面前方0 m～4 m區域內圍巖整體性一般，富含量一般；4 m～18 m范圍內圍巖整體性靠開挖邊左側整體性較差，存在節理裂縫發育，含水量稍高，夾雜軟弱結構面；18 m～25 m范圍內靠開挖面左側圍巖整體性一般，存在節理裂縫發育，含水量一般，局部存在稍破碎現象。

2.5施工建議

出場線段，因掌子面前方25 m范圍內圍巖存在變化，且圍巖較破碎，風化嚴重，局部風化呈砂土狀，且8 m～14 m范圍內圍巖含水量較高，工程性質較差，開挖過程中易出現拱頂沉降過大及小型塌方和側壁掉塊現象，施工過程中需引起高度重視，嚴格做好監控量測工作，必要時對掌子面進行預加固處理。同時本段施工過程中需要做好巖體穩定保護措施，開挖后應及時支護，盡早封閉成環，確保施工安全。

入場線段，因掌子面前方25 m范圍內地質情況一般，且4 m～18 m范圍內圍巖整體性較差，工程性質較差，開挖過程中易出現拱頂沉降較大現象，施工過程中需引起重視，做好防排水及監控量測工作。同時本段施工過程中需要做好巖體穩定保護措施，含水量較大部位開挖之前需對掌子面進行預加固。對掌子面開挖后應及時支護，早成環，確保施工安全。

對于破碎帶，現場采取以下措施保證施工安全：

1)當掌子面開挖至破碎帶時，在掌子面周邊進行超前鉆探，鉆孔5 m深，對破碎帶含水量及水壓情況進行分析，同時加強對掌子面圍巖的素描工作，采用羅盤對破碎帶地質走向及變化趨勢進行分析。2)對破碎帶采用超前注漿小導管加固措施對開挖面前方的圍巖進行超前預加固。超前小導管采用單根長4 m～5 m G42無縫鋼管，超前鋼管周壁加工8 mm壓漿孔，空間距30 cm，梅花形布置，施工時以14°仰角打入拱部圍巖，保證超前鋼管搭接長度不小于1 m。3)斷層破碎帶地段采用“多打眼、少裝藥、短進尺、弱爆破”的原則進行開挖作業，嚴格控制周邊眼間距及裝藥量，減少超欠挖對圍巖的振動。開挖完成后及時進行初期支護，盡早封閉成環確保施工安全。

對于掌子面中的富水，可用鉆排水眼的導水方法進行排水。其主要措施有：1)根據水文地質和地質構造情況判定地下水流方向，確定鉆孔位置方向、位置、數目和每次鉆進深度。開挖進尺從3 m縮短至1 m，開挖后立即支護。2)加強鉆孔附近坑道支護，清理坑道，準備好排水設施。3)根據隧道的排水能力，控制放水眼流量和對放水眼孔口進行加固處理，并預先釋放掘進前方的高承壓水。4)預留一定距離的不透水層作為防護，以防止高承壓水突然涌出，通常保持15 m～20 m的超前距離，以保證施工安全。

3 結語

通過對比出場線與入場線隧道的地質雷達圖像，可知隧道圍巖整體性較差，存在富水破碎帶等不良地質。經后期對掌子面實際開挖過程的追蹤調查，圍巖的實際開挖狀況基本與地質雷達超前預報結果保持一致。后期的施工中根據地質預報結果采取了相應的施工措施成功的通過該斷面，有效的避免了災害的發生，表明地質雷達在隧道超前預報中有著良好的應用效果。

[1] 李術才,劉 斌,孫懷鳳,等.隧道施工超前地質預報研究現狀及發展趨勢[J].巖石力學與工程學報,2014(6):1090-1113.

[2] 謝昭暉.地下不同目標體的探地雷達圖像特征研究[J].工程地球物理學報,2005(1):8-11.

[3] 曾 奇,趙飛云,董發俊.探地雷達在城市地鐵隧道超前預報中的應用[J].水利水電施工,2016(5):116-119.

[4] 呂 恬,李前國.地質超前預報在葵崗隧道施工中的應用[J].公路交通技術,2007(4):91-93.

[5] 郭鐵拴,劉蘭波,張曉東.地質雷達技術指標的標定研究[J].地球物理學進展,2005(2):454-459.

[6] 范佳俊.地質雷達在地鐵隧道超前地質預報中的應用研究[J].山西建筑,2017，43(2):191-193.

[7] 魏道平,李 青.地質雷達在公路隧道超前預報中的應用研究[J].公路交通科技(應用技術版),2012(7):214-217.

Onapplicationofgeologicalradarinsubwaytraindepotintegratedprojecttunnel

LiuWei1YeWen2

(1.ChinaRailway14thBureauGroupCo.,Ltd,Shenzhen518000，China; 2.EngineeringCollege,SunYat-senUniversity,Guangzhou510006,China)

The geological radar was adopted in Shenzhen metro line no.8 at Wangjihu tunnel, based on certain principles and field images. Some geologic problems in front of the tunnel were successfully predicted, which had reduced the occurrence of disasters effectively.

geological radar, prediction, geology, disasters

1009-6825(2017)28-0169-03

2017-07-24

劉 偉(1979- ),男，高級工程師; 葉 文(1993- ),男，在讀碩士

U456.3

A