地质雷达在地铁车辆段综合工程隧道中的应用

刘 伟 叶 文

(1.中铁十四局集团有限公司，广东 深圳 518000; 2.中山大学工学院，广东 广州 510006)

地质雷达在地铁车辆段综合工程隧道中的应用

刘 伟1叶 文2

(1.中铁十四局集团有限公司，广东 深圳 518000; 2.中山大学工学院，广东 广州 510006)

通过介绍地质雷达工作原理及基本图像判断，并应用地质雷达对深圳地铁八号线望基湖停车场隧道进行地质超前预报，成功预测隧道前方未开挖地段不良地质，有效的减少灾害的发生。

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0 引言

为缓解城市交通拥堵状况，地铁由于其不占用地面空间，不受地面交通情况的影响从而成为了首选。但由于地铁的施工区域主要位于城市的繁华路段，一旦发生事故极易威胁地面人员的安全。因此，在城市地铁隧道施工期间提前预测前方不良地质成为了重要环节。地质雷达由于其低成本、高效、高分辨率等特点，从而得到了广泛的应用并取得了很好的效果[1]。

谢昭晖[2]对地下不同目标体的探地雷达图像特征进行研究，分析和总结了它们各自的规律和特点,以指导我们能够快速准确地识别各类地下异常体的地质雷达图像,为最终进行正确的地质解释打下基础。曾奇等[3]利用地质雷达对深圳地铁隧道区间进行地质预报的基础上，结合国内外成功的经验，探讨了地质雷达在数据采集和处理上的一些注意事项。吕恬等[4]在葵岗隧道施工中应用地质超前预报，成功避免了多次坍塌险情的出现,保证了工程质量及施工工期。

1 地质雷达工作原理

地质雷达根据不同的物体具有不同的电性原理进行探测。地质雷达通过天线T以宽频带短脉冲形式向地下发送电磁波，天线R接收目的体反射信号，通过分析图像中电磁波能量振幅、反射频率以及波形同相轴等信息，结合现场环境判断掌子面前方不良地质体的类型、规模及分布情况，通过电磁波传播速度及传播时间确定其位置[5，6]。地质雷达电磁波脉冲传播示意图如图1所示[7]。

2 应用实例

2.1工程概况

深圳市轨道交通8号线望基湖停车场隧道以低山地貌为主，洞身穿越区域植被茂盛，地层内存在破碎带且富含大量地下水。隧道区地下水补给方式主要为大气降水补给、地表水入渗等。

根据现场的施工情况及前期的勘察结果，现场地层岩性主要有风化较严重的凝灰岩、卵石、黏土等，围岩等级为Ⅴ级围岩。隧道前方掌子面揭露围岩存在风化情况，围岩红褐色，围岩整体性较差，局部围岩风化严重，呈砂土状，节理裂隙稍较发育，结构面延展性较差，含水量较高。

以出场线中的一段(WCDK+747～WCDK+727)及入场线的一段(WRDK+065～WRDK+035)为检测对象进行研究分析。

2.2测线布置

本次地质雷达探测选用瑞典MALA地球科学公司(Sweden MALA Geoscience Inc)生产的RAMAC GPR型探地雷达。

根据实际情况和现场施工条件，测线布置如图2所示。在开挖面上台阶布置一条测线，两拱腰至拱脚间各布置一条测线，测线从掌子面边墙至边墙，长8 m。

2.3出场线探测成果

根据地质雷达现场探测数据，运用REFLEXW软件进行分析处理，得到出场线段点阵灰度雷达图(如图3a)所示)和波列雷达图形式(如图3b)所示)。根据两图对比判断，并结合现场揭露情况，可以看出：在整个掌子面前方0 m～8 m的范围，电磁波反射信号一般，同相轴连续区段较多，且存在高频信号，说明该段范围内地质情况变化不大；在8 m～14 m范围，存在较多同相轴连续区段，整体性较差，含水量稍高，在前方14 m～25 m的范围内，电磁波波形较均一，振幅以高、宽幅为主，说明该段整体性一般，含水量较高。

2.4入场线探测成果

入场线段隧道掌子面前方点阵灰度雷达图和波列雷达图形式如图4所示。通过雷达图形得出掌子面前方0 m～4 m区域内围岩整体性一般，富含量一般；4 m～18 m范围内围岩整体性靠开挖边左侧整体性较差，存在节理裂缝发育，含水量稍高，夹杂软弱结构面；18 m～25 m范围内靠开挖面左侧围岩整体性一般，存在节理裂缝发育，含水量一般，局部存在稍破碎现象。

2.5施工建议

出场线段，因掌子面前方25 m范围内围岩存在变化，且围岩较破碎，风化严重，局部风化呈砂土状，且8 m～14 m范围内围岩含水量较高，工程性质较差，开挖过程中易出现拱顶沉降过大及小型塌方和侧壁掉块现象，施工过程中需引起高度重视，严格做好监控量测工作，必要时对掌子面进行预加固处理。同时本段施工过程中需要做好岩体稳定保护措施，开挖后应及时支护，尽早封闭成环，确保施工安全。

入场线段，因掌子面前方25 m范围内地质情况一般，且4 m～18 m范围内围岩整体性较差，工程性质较差，开挖过程中易出现拱顶沉降较大现象，施工过程中需引起重视，做好防排水及监控量测工作。同时本段施工过程中需要做好岩体稳定保护措施，含水量较大部位开挖之前需对掌子面进行预加固。对掌子面开挖后应及时支护，早成环，确保施工安全。

对于破碎带，现场采取以下措施保证施工安全：

1)当掌子面开挖至破碎带时，在掌子面周边进行超前钻探，钻孔5 m深，对破碎带含水量及水压情况进行分析，同时加强对掌子面围岩的素描工作，采用罗盘对破碎带地质走向及变化趋势进行分析。2)对破碎带采用超前注浆小导管加固措施对开挖面前方的围岩进行超前预加固。超前小导管采用单根长4 m～5 m G42无缝钢管，超前钢管周壁加工8 mm压浆孔，空间距30 cm，梅花形布置，施工时以14°仰角打入拱部围岩，保证超前钢管搭接长度不小于1 m。3)断层破碎带地段采用“多打眼、少装药、短进尺、弱爆破”的原则进行开挖作业，严格控制周边眼间距及装药量，减少超欠挖对围岩的振动。开挖完成后及时进行初期支护，尽早封闭成环确保施工安全。

对于掌子面中的富水，可用钻排水眼的导水方法进行排水。其主要措施有：1)根据水文地质和地质构造情况判定地下水流方向，确定钻孔位置方向、位置、数目和每次钻进深度。开挖进尺从3 m缩短至1 m，开挖后立即支护。2)加强钻孔附近坑道支护，清理坑道，准备好排水设施。3)根据隧道的排水能力，控制放水眼流量和对放水眼孔口进行加固处理，并预先释放掘进前方的高承压水。4)预留一定距离的不透水层作为防护，以防止高承压水突然涌出，通常保持15 m～20 m的超前距离，以保证施工安全。

3 结语

通过对比出场线与入场线隧道的地质雷达图像，可知隧道围岩整体性较差，存在富水破碎带等不良地质。经后期对掌子面实际开挖过程的追踪调查，围岩的实际开挖状况基本与地质雷达超前预报结果保持一致。后期的施工中根据地质预报结果采取了相应的施工措施成功的通过该断面，有效的避免了灾害的发生，表明地质雷达在隧道超前预报中有着良好的应用效果。

[1] 李术才,刘 斌,孙怀凤,等.隧道施工超前地质预报研究现状及发展趋势[J].岩石力学与工程学报,2014(6):1090-1113.

[2] 谢昭晖.地下不同目标体的探地雷达图像特征研究[J].工程地球物理学报,2005(1):8-11.

[3] 曾 奇,赵飞云,董发俊.探地雷达在城市地铁隧道超前预报中的应用[J].水利水电施工,2016(5):116-119.

[4] 吕 恬,李前国.地质超前预报在葵岗隧道施工中的应用[J].公路交通技术,2007(4):91-93.

[5] 郭铁拴,刘兰波,张晓东.地质雷达技术指标的标定研究[J].地球物理学进展,2005(2):454-459.

[6] 范佳俊.地质雷达在地铁隧道超前地质预报中的应用研究[J].山西建筑,2017，43(2):191-193.

[7] 魏道平,李 青.地质雷达在公路隧道超前预报中的应用研究[J].公路交通科技(应用技术版),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

刘 伟(1979- ),男，高级工程师; 叶 文(1993- ),男，在读硕士

U456.3

A