综合超前地质预报在梁忠高速礼让隧道中的应用

蒲文明 赵国军

(中电建路桥集团有限公司，北京 100048)



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综合超前地质预报在梁忠高速礼让隧道中的应用

蒲文明 赵国军

(中电建路桥集团有限公司，北京 100048)

结合礼让隧道现场地质地形特点，提出了综合超前预报的探测方法，针对不同地质情况，综合采用地质雷达，TGP和超前钻孔方法对礼让隧道进行超前预报探测，取得了较好的预报效果，积累了丰富的工程经验，保证了隧道施工进度和安全的要求。

地质雷达，TGP，超前钻孔法，掌子面

随着我国经济的快速发展，高速公路的需求量大大增加。特别是近年来，西部大开发如火如荼的进行中，我国西南地区高速公路事业也在快速发展。西南地区属于多山区域，大量隧道的修建是发展的需要。同时，西南地区地质情况普遍较复杂，多岩溶、暗河，被称为卡斯特地貌。所以选择准确可靠的超前地质预报方法是保证西南地区隧道施工安全的前提条件之一。目前已有的超前地质预报技术主要包括地震波反射法、红外线探水、超前钻孔、高密度电法、地质分析法、瞬间电磁仪法等[1-4]。本文结合礼让隧道现场地质地形特点，最终选择地质雷达、TGP和超前钻孔三种手段相结合的方法开展超前地质预报工作。

1 工程概况

重庆市梁忠高速公路礼让隧道为双线隧道，全长5 519.15 m，为双向四车道。隧道穿越明月峡背斜，构造星际是北北东～北东向。隧道区无大的区域性断裂隙构造。隧道区出露地层为三叠系下统嘉陵江组(T1j)、中统雷口坡组(T21)、上统须家河组(T3xj)、侏罗系下统珍珠冲组(J1z)，中下统自流井组(J1-2z)、中统新田沟组(J2x)、第四系(Q4)。

2 隧道超前地质预报技术

2.1 地质雷达

电磁波在介质传播路径上遇到介电常数和电导率等电性差异的界面时会发生反射。地质雷达正是基于这一原理，通过向隧道前方地层定向发射电磁波，并接收发射和接收两天线间传播的直达波，再根据反射波强度、相位等时域波形信息，处理和分析后可判别反射目标的性质、空间位置或结构的一种电磁探测方法。

地质雷达超前预报距离短，操作较简单，探明一定距离内的地质情况较准确。但地质雷达具有测线单一，预报片面；电磁波信号干扰性较强；人员要接近掌子面，较危险等特点。

2.2 TGP预报系统

TGP预报系统常用地震波法，用于地质构造和岩性预报。据地震波的动力学特性和运动学特性判定围岩是否存在断层、溶洞、破碎带及地下水等不良地质情况，结合围岩弹性波传播速度进行初步的岩体结构(完整性、稳定性等)特征判断。再根据相同岩性的岩块波速及测试出的围岩弹性波传播速度算出完整性系数，依据规范就可根据弹性波速度和完整性系数的大小进行围岩类别划分。

地震波在岩体呈球面波形式传播过程中，其传播特性和衰减规律等与岩体性质以及界面的声阻抗性质，并会在断层、岩性变化带或岩溶发育带等声阻抗界面产生地震反射波，通过配套的采集设备和软件获取隧道岩体中地震波全波列信息，再结合现场地质资料进行全波列分析处理，实现对隧道前方地质条件的推断，达到地质超前预报的目的。

TGP预报系统具有预报距离较长(150 m～200 m)，预报结果较全面；预报系统性能稳定，信噪比高，预报准确；距离掌子面一定距离，较安全。但操作较复杂，对操作人员要求较高，准备工作较多，时间稍长；需要施工单位积极配合。TGP探测地震波三分量原始记录图见图1，TGP超前预报准备工作及注意事项见表1。

表1 TGP超前预报准备工作及注意事项

预报孔的布置要求接收(检波)器钻孔要求激发炮孔的钻孔要求数量2个,对称布置在隧道左右边墙24个,根据预报要求选择在一侧的洞壁直线布孔直径用ϕ50mm钻头钻孔(否则影响探头和药卷的安放)孔深2m孔距2m定向垂直隧道轴向,水平孔垂直隧道轴向,下倾10°～15°高度离地面(隧底)高1m位置距离掌子面约70m距离掌子面退后约5m布置吹孔终孔后吹干净孔内岩粉和碎石准备工作准备瞬发电雷管26支,防水乳化炸药2kg(ϕ32药卷),作为数据采集的震源准备触发信号线120m,并按每根4.5m的长度截成24根;准备电工绝缘胶布用作接线的绝缘使用准备2筒～3筒黄油卷;或者泥浆,以灌满接收孔为宜测量:接收孔与其最近的炮孔距离、顺序排列的炮孔之间的距离、最后一个炮孔距离掌子面的距离、隧道左右洞壁之间的距离记录接收孔和掌子面的里程桩号检查所有钻孔的孔深、孔径、孔斜是否满足要求,是否进行了清孔准备向激发炮孔灌水使用的塑料软管准备工作中对TGP206仪器使用的12V直流电源充足进洞工作安全帽

2.3 超前钻探

超前钻探是指利用钻机在隧道掌子面等位置钻探，通过钻进过程中的钻速、岩屑等的变化来判断前方的地质情况。钻孔位置和数量应根据地质素描的实际情况选择。获取岩体钻探信息后，再根据施工现场岩性变化、涌水情况等地质素描记录情况，可进一步提高前方地质、涌水、瓦斯含量等预报的准确度。超前钻探预报是最直接、可靠的方式，但钻孔需要占用较长的施工作业时间，费用较高。

3 礼让隧道预报结果案例

空腔探测：左洞进口端施工至ZK11+765处，右边墙下部揭露一空腔，空腔内呈持续发展状况。经研究决定采取地质雷达、TGP和超前钻孔技术相结合方法对空腔大小和位置进行探测。共布设地质雷达测线7条(见图2)，TGP探测1次(见图3)，超前钻孔7个。

地震雷达探测采用瑞典RAMACCUIII型探地雷达，配备100 MHz屏蔽天线，TGP探测采用国产TGP206A型地震波设备，其中TGP探测现场记录见表2。

表2 TGP超前预报现场记录表

对TGP采集的数据经过其自带专业软件处理后，可得到TGP地震波超前预报成果图(见图4)。

经过对地质雷达和TGP探测图形进行分析，结合获得超前钻孔数据得到了较准确的空腔形状、大小及与隧道位置关系图(见图5)。为空腔处置方案的及时提出提供了有力的依据，隧道施工进度未受到影响。经后期的持续监测，隧道变形发展稳定。

4 结语

礼让隧道采取TGP系统、地质雷达和超前钻探相结合的综合超前预报系统，在施工一年中取得了显著的成效，积累了丰富的经验,主要有：1)地质雷达和超前钻探在探明空腔和水文情况均有自己独到的优势和自己的缺点，具体情况应结合使用，通过优缺点的互补，得到较为可靠的预报结果。2)TGP超前预报系统探测距离较长，精度不够，应根据勘察资料，在围岩岩性变化较缓的路段使用，同时应采用地质雷达对TGP超前预报结果进行阶段性的验证和对前方地质情况进一步的探明。3)地质雷达、超前钻探、TGP预报系统均有相辅相成、互相验证的作用。具体的施工过程中应将三者有机结合起来灵活运用，才能消除风险，保证隧道安全施工。

[1] 范鹏举,周立波.特长隧道综合超前地质预报应用研究[J].现代交通技术，2013,10(1):46-49.

[2] 赵文轲,王连成,钟 鸣.综合超前地质预报方法在大瑶山公路隧道中的应用[J].公路交通技术，2011,12(6):104-108.

[3] 张九俊.综合超前预报在岩溶隧道施工中的应用[J].科学之友，2012(28):48-50.

[4] 窦 顺,韩成海,赵长要.瓦窑坡隧道岩溶地质超前预报综合技术[J].地下空间与工程学报，2011,7(2):366-370.

The application of comprehensive advanced geological prediction in Liangzhong highway comity tunnel

Pu Wenming Zhao Guojun

(CLP Construction Road and Bridge Group Limited Company, Beijing 100048, China)

Combining with site geological and topographical characteristics of comity tunnel, this paper proposed the detection method of comprehensive advanced forecast, according to different geological conditions, comprehensively used geological radar, TGP and advanced drilling method for advanced prediction exploration to comity tunnel, achieved good prediction results, accumulated rich engineering experience, ensured the tunnel construction schedule and safety requirement.

geological radar, TGP, advanced drilling method, tunnel face

1009-6825(2017)16-0156-02

2017-03-29

蒲文明(1978- )，男，硕士，高级工程师

U452.1

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