超前地質預報在超大斷面巖溶性隧道中的應用

劉 暢 常紅濱

(中建八局第一建設有限公司,山東 濟南 250014)

1 工程概況

港溝隧道位于濟南市歷城區太平莊村東北側，進口位于港溝村西南側，出口位于濟南民兵訓練中心南側，采用上、下行分離的獨立雙洞，采用隧道進、出口雙向掘進的方法進行施工。左線里程K10+460～K11+565，總長1 105 m；右線里程YK10+459.2～YK11+550.6，總長1 091.4 m。隧道設計為單向4車道，雙向8車道，開挖凈寬為20 m，高度13.5 m，開挖斷面為220 m2，屬超大斷面隧道，斷面之大國內外實屬罕見。

隧址區地勢起伏較大，圍巖以奧陶系寒武紀灰巖、白云質灰巖為主，受局部地質構造活動影響，局部節理密集帶或構造斷裂帶發育，等級范圍為Ⅲ～Ⅴ。隧址區發育2條斷裂破碎帶，沿構造產生的節理裂隙發育形成溶洞。

隧道斷面跨度大、圍巖巖性差對隧道施工技術控制提出了更高的要求，在依據圖紙施工的基礎上還必須根據隧道現場施工的實際工程地質條件調整設計參數、保障施工安全。

2 地質雷達超前預報

為及時準確的了解隧道施工掌子面前方圍巖的工程地質情況，降低地質災害發生的機率和危害程度，優化工程設計及施工方案，隧道施工引進了美國GSSI公司設計生產的SIR-3000型雷達進行超前地質預報，如圖1所示。

地質雷達(Ground Penetrating Radar，簡稱GPR)也稱作探地雷達，是一種電磁探測技術，它利用地下介質對廣譜電磁波(107 Hz～109 Hz)的不同響應來確定地下介質的分布特征。主要是通過觀測位移電流的變化來實現其探測目的。發射天線將高頻短脈沖電磁波定向送入地下，電磁波在傳播過程中遇到存在電性差異的地層或目標體就會發生反射和透射，接收天線收到反

射波信號并將其數字化，然后由電腦以反射波波形的形式記錄下來。對所采集的數據進行相應的處理后，通過分析這些攜有地下介質電信息的電磁波，可根據其旅行時間、幅度和波形，判斷地下目標體的空間位置、結構及其分布。

為保障探測結果的準確度并能夠指導現場施工，超前地質探測一次預報長度設計為30 m，預報搭接里程為5 m左右。

3 超前地質預報的現場應用

隧道左洞施工至K11+145樁號時，隧道圍巖為Ⅲ級，采用臺階法開挖，對掌子面進行超前地質探測，探測長度為30 m。

3.1 測線及探測具體步驟

1)在洞外完成設備連接調試，一人持數據接收設備，兩人持地質雷達。

2)測試時掌子面工作暫停，由現場工人協助，清理掌子面、移走機械設備及開挖臺車，防止對雷達信號造成干擾。

3)探測時使地質雷達垂直緊貼掌子面，沿預定測線沿掌子面緩慢移動，完成數據采集。

測線布置見圖2。

3.2 探測結果分析

超前地質預報結果如圖3所示。

對探測結果分析可得出，里程樁號K11+145～K11+137段，雷達反射波振幅相對較大，反射波強烈，表明該段圍巖巖體較破碎，節理裂隙較發育，圍巖完整性差，穩定性較差。

里程樁號K11+137～K11+115段，雷達反射波波幅穩定，頻率較低，表明該段圍巖巖體完整性一般，節理裂隙較少，圍巖穩定性較好。

4 施工參數的調整

對樁號K11+148～K11+146段進行爆破開挖后，發現掌子面圍巖巖性出現變化，掌子面圍巖破碎且存在夾泥情況，如圖4所示。證實了超前地質預報的準確性。

為保障施工安全，對隧道原初期支護參數進行調整，減小拱架間距并增加超前小導管支護措施，支護參數調整情況如表1所示。

表1 K11+148～K11+141段支護參數調整情況

5 隧道斷面收斂位移觀測

為保障施工安全，在樁號K11+140斷面加設隧道收斂變形觀測點，具體測點位置如圖5所示。

隧道上臺階開挖后，對拱頂及兩肩窩控制點進行持續的監控量測，監控量測結果如圖6所示。

由圖6可看出，斷面K11+140沉降速率隨隧道掌子面推進逐漸減小，其中斷面開挖8 d內隧道變形速率較大后趨于平穩。35 d后拱頂累計沉降值10.6 mm，兩肩窩相對位移值為13.2 mm。沉降變化量在允許范圍內，表明采取的支護技術方案在技術上是可行的。

6 結語

超大斷面巖溶性隧道的建設對隧道施工技術提出了更高的要求，通過采用超前地質預報的方式能夠較準確的了解隧道掌子面前方圍巖的實際狀況，并通過超前地質預報情況及時調整支護參數，降低了安全風險，保障了施工安全，對類似條件下的隧道施工具有一定的借鑒意義。