岩溶区高速公路双连拱隧道超前地质预报探索

岩溶区高速公路双连拱隧道超前地质预报探索

姚晓程秉坤林春伟傅根根

广西壮族自治区建筑工程质量检测中心广西南宁530005

摘要：结合岩溶区公路双连拱隧道的施工方法提出地质雷达与超前水平钻孔相结合的综合超前地质预报方法，并将该综合超前地质预报方法成功应用于广西某岩溶区公路双连拱隧道的施工中。经现场施工验证，该综合超前地质预报方法的预报效果比较理想。

关键词：岩溶地区；双连拱隧道；地质雷达；超前水平钻孔

1概述

超前地质预报作为一种新的技术手段，能够帮助施工人员了解隧道掌子面前方的工程地质和水文地质情况，为隧道施工和及时调整支护方案提供依据，从而有效控制地质灾害的发生，保证隧道施工安全，避免或减少人身伤害；提高隧道掘进速度，节约投资[1]。常用的地质分析法主要有地面地质调查法、掌子面地质编录、超前水平钻孔法、超前导坑法等，地球物理探测法则包括地质雷达法、TSP地震反射波法、瞬变电磁法、Beam超前预报法、陆地声纳法、红外辐射测温法、三维电阻率反演方法等[2]。实际工程中需结合隧道施工的实际情况，选用适宜的综合方法进行超前地质预报才能得到理想的效果。本文结合广西岩溶地区某高速公路双连拱隧道的地质情况、施工工法及进度要求，运用超前钻孔和地质雷达相结合的探测方法，对该隧道进行了全开挖断面的综合超前地质预报，有效指导了隧道施工。

2地质雷达--超前水平钻超前地质预报

2.1地质雷达法

地质雷达技术[3]利用不同频率段的电磁波，以宽频短脉冲的形式，通过发射天线由地面向地表下方发射特定频率电磁波至地下，经地下不同介质或地层的界面反射后返回地面，被接收天线接收，通过对所接受的雷达信号进行处理和图像解释，从而达到探测前方隐蔽目标体的目的。

现在应用的地质雷达大多使用的是定向屏蔽天线，在隧道内复杂的电磁干扰环境下有较强的抗干扰能力的优势，因此在物探手段中对地下水、溶洞及断层破碎带等的预报是较为准确的[4]；但由于地下介质的介电常数较大，使电磁波的能量在地下介质传播过程中有较大的衰减，从而使地质雷达的有效探测距离受到很大的限制，且探测距离与地下介质含水量大小有较大的联系，通过大量的实际探测应用表明，与其他物探手段相比有效距离较短[5]。

2.2超前水平钻探法

超前水平钻探是目前为止最为精确、最直接的一种地质勘探方法，它是用钻机向掘进方向水平钻探15～30m、通过钻进速度测试、岩芯采取率统计、钻孔岩芯鉴定等手段来确定掌子面前方地层的展布、地层岩石的软硬程度、岩体完整性及可能存在的断层、孔洞的分布位置。超前水平钻孔的方法，对地质情况的判断很准确，但由于耗时、成本较高，在隧道超前地质预报中有一定的局限性。

2.3地质雷达结合超前水平钻综合超前地质预报方法

以下以中导洞—正洞台阶开挖法的施工方法为例，简要介绍地质雷达结合超前水平钻综合超前地质预报方法。在导洞的施工过程中，利用地质雷达操作快速高效的特点，结合导洞掌子面空间较小的现场环境，配备100MHZ屏蔽天线对导洞掌子面前方约20m范围内溶洞及充填物、破碎带等进行超前预报，结合超前水平钻孔对疑似富水区域进行地下水含量探测。对于与前期地质勘探情况无较大差异，且无溶洞的情况下，施工单位可按照原来施工方案进行施工；对于与前期地质勘探情况有差异，如溶洞、裂隙和破碎层等情况，专业工程师应在地质雷达精度范围内对异常位置进行精确定位，根据异常体的可能危害程度，通知施工单位距离异常体10～15m前对提供的异常位置借助临近爆破孔进行超前水平钻孔，对前方异常体位置进行准确勘探，确认异常体的详细情况如岩性、溶洞内充填物种类、地下水的含量等，使施工单位及时做好应对方案。中导洞施工完成后，因两侧未开挖断面范围全部在地质雷达的有效探测范围内，通过地质雷达对两侧未开挖断面进行探测，依据探测结果恰当地采用超前水平钻孔进行验证和确认，查清未开挖断面的地质病害问题，为正洞施工提供详细的地质情况，提前做好应对预案。

3综合超前地质预报方法应用实例

3.1工程概况

广西某高速公路双连拱隧道起讫里程K74+335～K74+940，穿越岩溶较发育地区，最大埋深96米。地勘报告显示：围岩以灰岩、白云质灰岩和残破积粘土为主，局部岩层破碎且穿越断层，溶洞及节理裂隙较发育，可能出现塌方、涌水、突泥等情况。

3.2典型预报示例

如图1所示，从处理后的雷达图像中，可明显看出有一带状异常体，呈现大振幅强反射，且可清楚看出带状异常体两侧的雷达反射图像反射波频率有明显差异。初步判断该处为断层且含水丰富，结合测线位置判定倾向在80°～90°之间。对反射异常位置进行超前水平钻孔勘探，钻孔深约10m。经过钻孔勘探，该带状体岩层破碎，两侧岩性分别为灰岩和石英斑岩；且有大量的水从超前水平钻孔内涌出，进一步验证了地质雷达探测、判读的准确性。施工单位采取超前小导管注浆加钢支撑的方法跨越该富水断层破碎带。

图3含水断层典型雷达反射剖面图像

4结语

地质雷达作为一种在隧道等开掘洞室体内进行超前地质预报的手段，具有操作方便快捷，抗干扰能力强，对地下水、溶洞、断层破碎带等地质灾害问题预报较为准确的优点，但对地下水的含量、溶洞内的充填物种类及探测距离方面还存在一定局限性，与超前水平钻孔相结合，可以充分发挥两者的优势，提高预报准确性。应用地质雷达结合超前水平钻孔的综合超前地质预报方法在广西某岩溶区高速公路双连拱隧道进行超前地质预报，比对分析预报结果和实际开挖结果，表明该法对裂隙水、溶洞、富水断层的预报比较准确，预报效果理想。

参考文献

[1]罗利锐，刘志刚，闫怡冲.超前地质预报系统的提出及其发展方向[J]．岩土力学，2011，32（s1）：614－618．

[2]杨果林，杨立伟.隧道施工地质超前预报方法与探测技术研究[J].地下空间与工程学报，2006，2（4）：627－630．

[3]王振宇，程围锋，刘越，等.基于掌子面编录和地质雷达的综合超前预报技术[J].岩石力学与工程学报，2010，29（增2）：3549－3557．

[4]杨天春，周勇，李好.超前探测中探地雷达应用与结果的处理分析[J].工程地质学报，2010，18（6）：971－975．

[5]?陆礼训，邓世坤，冉弥.探地雷达在隧道施工超前探测中的应用[J].工程地球物理学报，2010，7（2）：201－206．

[6]任尚强.六车道复合式中墙连拱隧道施工方法探讨[J].地下空间与工程学报，2010，6（2）：354－357．