地質雷達在古毫隧洞施工中的超前預報應用

楊軍船

(甘肅信爾達工程試驗檢測有限公司 甘肅 蘭州 730030）

1 工程概況

灌陽至平樂高速公路№3 標起迄里程樁號K53+900～K923+327，線路全長23.888km，其中路基18.2km，橋梁4.775km，隧道0.895km,橋隧比為23.7%。路線起于恭城縣嘉會鄉高州村北側，止于平樂縣沙子鎮楊家洲村東北側，沿途主要經過恭城縣和平樂縣，線路走向為從東向西，全線多次穿插跨越現有國道G241、省道S502、省道S302 等。主線采用雙向四車道高速公路標準修建，設計速度120km/h，路基標準寬度26.5m；互通式立交連接線采用二級公路標準建設。主要工程包括路基、橋梁隧道工程，具體如下：路基工程：挖方438.85 萬m3，填方404.65 萬m3；軟基換填32.2 萬m3；通道涵88 道。橋涵工程：橋梁共計20 座，其特大橋1 座，大橋15座，下穿貴廣高鐵橋1 座，跨路天橋3 座；樁基924 根；預制梁板1713 片，其 中20m 箱 梁16 片，30m 箱 梁160 片，30mT 梁1423 片，40mT 梁114 片；現澆箱梁8 座：主線有下穿貴廣高鐵中橋（2×10+13+2×10m）、S302 分離式立交（25+40+25m）；恭城互通有主線1 號橋（4×30m）、C 匝道2 號橋（6×25m）、E 匝道橋（8×25m）；跨線橋有牛軛村天橋（4×25m）、孟家村天橋（2×30m）、S502 改路（25+2×35+25m）。隧道工程：隧道2 座，雙洞長895m,其中曾家隧道長366m，古毫隧道長559m 如圖1 所示。

圖1 撐子面地質雷達測線分布圖

2 工程地質狀況

古毫隧道是本標段內的一座隧道。隧道起訖里程樁號左幅：ZK53+908～ZK55+777，長1869m；右幅：K53+920～YK55+729，長1809m，隧道最大埋深約294m，洞軸線進口走向方位角約238°，出口走向方位角約271°；單幅隧道凈空：11.0m×5.0m，左、右幅進口洞門均采用削竹式，出口洞門均采用端墻式，LED 燈照明，機械通風。當前隧道掌子面樁號為K54+113，掌子面揭露圍巖以中風化灰巖為主，灰褐色，巖質較堅硬，巖體較破碎，呈裂隙塊狀結構，節理較發育，溶蝕裂隙稍發育，裂隙夾泥，結合較差，掌子面干燥，左側拱頂揭露為部分泥質填充型溶腔，圍巖自穩能力較差。

3 現場檢測

筆者公司于2019 年12 月4 日在古毫隧道右幅進口端掌子面K54+113 采用地質雷達進行了超前地質預報工作。儀器設備采用SIR-3000 型探地雷達系統（儀器編號：JT-12-11-03），該系統包括儀器主機和100MHz 天線兩部分。于2019 年12 月4日在廣西桂林至柳城高速公路NO4 合同段古毫隧道右幅進口端掌子面K54+113 采用地質雷達進行了超前地質預報工作。儀器設備采用SIR-3000 型探地雷達系統（儀器編號：JT-12-11-03），該系統包括儀器主機和100MHz 天線兩部分。

結合當前掌子面地質情況與雷達回波圖分析，本次探測剖面掌子面前方0～25m 范圍內（對應里程K54+113～K54+138）.

通過對原始采集地質雷達數據進行靜態校正、增益調整、去直流漂移、濾波、壓制和剔除干擾波及突出有效波等處理后，探測結果如圖2 所示。

圖2 地質雷達探測圖

測線1：掌子面前方2～5m、15～20m 雷達信號以中等頻率反射為主，同相軸連續性差，振幅較強，波形雜亂，推斷該段圍巖巖體破碎，溶隙較發育，泥質充填，結合較差，圍巖自穩能力較差。

測線2：掌子面前方2～7m、11～18m 雷達信號以中低頻率反射為主，同相軸斷斷續續，振幅較強，存在震蕩信號，推斷該段圍巖巖體破碎，溶溝較發育，局部泥質充填，結合較差，圍巖自穩能力較差。

測線3：掌子面前方2～5m、14～21m 雷達信號以中低頻率反射為主，同相軸連續性一般，振幅較強，存在震蕩信號，推斷該段圍巖巖體破碎，充填型溶溝發育，節理裂隙較發育，結合較差，圍巖自穩能力較差。

測線4：掌子面前方中上部2～7m、12～25m 雷達信號中低頻反射為主，同相軸連續性一般，振幅較強，推斷該推斷該段圍巖巖體較破碎，溶隙較發育，裂隙泥質填充，結合較差，圍巖自穩能力較差。

其余區域雷達信號以中等頻率反射為主，同相軸連續性一般，振幅一般，推測該區域圍巖巖體較破碎（局部破碎），局部溶隙發育，節理較發育，圍巖自穩能力較差。

經綜合分析，建議探測里程深度范圍內圍巖施工等級及地質復雜程度見表1：

表1 設計圍巖等級與預報建議圍巖等級表

4 檢測建議

根據本次預報預測的圍巖情況，結合現場施工的實際情況，下一步工作建議如下：

1）該段圍巖以灰巖為主，預報范圍內前方2～5m、15～20m 拱部2～7m、11～18m 右側中上部2～7m段圍巖巖體較破碎，溶隙、溶溝較發育，泥質充填，結合差，圍巖自穩能力較差，易發生掉塊、坍塌現象，建議對地質雷達推斷異常區域施作加深炮孔探測，做好防排水措施并及時封閉，溶蝕地段作業應秉持多打眼的施工原則，控制爆破用量以減少對周邊圍巖的擾動。排險時使用挖掘機將較大的危石及時處理，對已經裸露的溶蝕巖體壁進行細致的定點清除，黃色附著層排險過程中應清除掉。同時根據地質變化情況，及時調整施工方法和支護參數，確保隧道施工安全。施工過程中應嚴格控制開挖進尺，及時進行支護，加強監測。

2）加強對隧道掌子面圍巖狀況的跟蹤，密切關注地下水與巖溶發育程度，當圍巖出現異常或與預報不符合時，請及時與超前預報方聯系，以便進一步采取其他地質或物探手段進行探測分析。

3）嚴禁對未實施超前地質預報的區段進行開挖，施工方應嚴格執行報檢程序，以保證超前地質預報的連續性。建議掌子面開挖至K54+133 之前與預報單位聯系，為下期超前地質預報做準備。

5 地質雷達在隧道施工中對安全、工期、成本的影響

1）雷達可掃描預報撐子面前25m 地質情況，為預防隧道涌水、瓦斯、巖爆、塌方地質災害，降低地質災害的發生概率和危害程度，有效預防施工過程中的安全事故，確保施工過程中人員及施工設施的安全。

2）為組織合理的施工方案提供有力的科學資料依據，及時提供信息優化施工方案，使施工單位做好施工準備，確保工程施工進度。

3）地質雷達設備可連續使用，按照要求時間標定，探測技術的成本低廉，探測效果明顯，有效預防施工過程中地質災害事故，優化施工方案，節約施工成本。

6 結束語

在隧道工程施工過程中，應用地質雷達技術，對地質的含水性，介質分層，溶洞及斷層等情況的分辨率較高，且地質雷達相關工作人員可以根據雷達掃描成果圖，確認隧道存在的地質不良隱患，同時還可以對其工程整體的施工質量，安全和成本進行有效控制，確保后續工程施工的安全和質量。