地质雷达在古毫隧洞施工中的超前预报应用

杨军船

(甘肃信尔达工程试验检测有限公司 甘肃 兰州 730030）

1 工程概况

灌阳至平乐高速公路№3 标起迄里程桩号K53+900～K923+327，线路全长23.888km，其中路基18.2km，桥梁4.775km，隧道0.895km,桥隧比为23.7%。路线起于恭城县嘉会乡高州村北侧，止于平乐县沙子镇杨家洲村东北侧，沿途主要经过恭城县和平乐县，线路走向为从东向西，全线多次穿插跨越现有国道G241、省道S502、省道S302 等。主线采用双向四车道高速公路标准修建，设计速度120km/h，路基标准宽度26.5m；互通式立交连接线采用二级公路标准建设。主要工程包括路基、桥梁隧道工程，具体如下：路基工程：挖方438.85 万m3，填方404.65 万m3；软基换填32.2 万m3；通道涵88 道。桥涵工程：桥梁共计20 座，其特大桥1 座，大桥15座，下穿贵广高铁桥1 座，跨路天桥3 座；桩基924 根；预制梁板1713 片，其 中20m 箱 梁16 片，30m 箱 梁160 片，30mT 梁1423 片，40mT 梁114 片；现浇箱梁8 座：主线有下穿贵广高铁中桥（2×10+13+2×10m）、S302 分离式立交（25+40+25m）；恭城互通有主线1 号桥（4×30m）、C 匝道2 号桥（6×25m）、E 匝道桥（8×25m）；跨线桥有牛轭村天桥（4×25m）、孟家村天桥（2×30m）、S502 改路（25+2×35+25m）。隧道工程：隧道2 座，双洞长895m,其中曾家隧道长366m，古毫隧道长559m 如图1 所示。

图1 撑子面地质雷达测线分布图

2 工程地质状况

古毫隧道是本标段内的一座隧道。隧道起讫里程桩号左幅：ZK53+908～ZK55+777，长1869m；右幅：K53+920～YK55+729，长1809m，隧道最大埋深约294m，洞轴线进口走向方位角约238°，出口走向方位角约271°；单幅隧道净空：11.0m×5.0m，左、右幅进口洞门均采用削竹式，出口洞门均采用端墙式，LED 灯照明，机械通风。当前隧道掌子面桩号为K54+113，掌子面揭露围岩以中风化灰岩为主，灰褐色，岩质较坚硬，岩体较破碎，呈裂隙块状结构，节理较发育，溶蚀裂隙稍发育，裂隙夹泥，结合较差，掌子面干燥，左侧拱顶揭露为部分泥质填充型溶腔，围岩自稳能力较差。

3 现场检测

笔者公司于2019 年12 月4 日在古毫隧道右幅进口端掌子面K54+113 采用地质雷达进行了超前地质预报工作。仪器设备采用SIR-3000 型探地雷达系统（仪器编号：JT-12-11-03），该系统包括仪器主机和100MHz 天线两部分。于2019 年12 月4日在广西桂林至柳城高速公路NO4 合同段古毫隧道右幅进口端掌子面K54+113 采用地质雷达进行了超前地质预报工作。仪器设备采用SIR-3000 型探地雷达系统（仪器编号：JT-12-11-03），该系统包括仪器主机和100MHz 天线两部分。

结合当前掌子面地质情况与雷达回波图分析，本次探测剖面掌子面前方0～25m 范围内（对应里程K54+113～K54+138）.

通过对原始采集地质雷达数据进行静态校正、增益调整、去直流漂移、滤波、压制和剔除干扰波及突出有效波等处理后，探测结果如图2 所示。

图2 地质雷达探测图

测线1：掌子面前方2～5m、15～20m 雷达信号以中等频率反射为主，同相轴连续性差，振幅较强，波形杂乱，推断该段围岩岩体破碎，溶隙较发育，泥质充填，结合较差，围岩自稳能力较差。

测线2：掌子面前方2～7m、11～18m 雷达信号以中低频率反射为主，同相轴断断续续，振幅较强，存在震荡信号，推断该段围岩岩体破碎，溶沟较发育，局部泥质充填，结合较差，围岩自稳能力较差。

测线3：掌子面前方2～5m、14～21m 雷达信号以中低频率反射为主，同相轴连续性一般，振幅较强，存在震荡信号，推断该段围岩岩体破碎，充填型溶沟发育，节理裂隙较发育，结合较差，围岩自稳能力较差。

测线4：掌子面前方中上部2～7m、12～25m 雷达信号中低频反射为主，同相轴连续性一般，振幅较强，推断该推断该段围岩岩体较破碎，溶隙较发育，裂隙泥质填充，结合较差，围岩自稳能力较差。

其余区域雷达信号以中等频率反射为主，同相轴连续性一般，振幅一般，推测该区域围岩岩体较破碎（局部破碎），局部溶隙发育，节理较发育，围岩自稳能力较差。

经综合分析，建议探测里程深度范围内围岩施工等级及地质复杂程度见表1：

表1 设计围岩等级与预报建议围岩等级表

4 检测建议

根据本次预报预测的围岩情况，结合现场施工的实际情况，下一步工作建议如下：

1）该段围岩以灰岩为主，预报范围内前方2～5m、15～20m 拱部2～7m、11～18m 右侧中上部2～7m段围岩岩体较破碎，溶隙、溶沟较发育，泥质充填，结合差，围岩自稳能力较差，易发生掉块、坍塌现象，建议对地质雷达推断异常区域施作加深炮孔探测，做好防排水措施并及时封闭，溶蚀地段作业应秉持多打眼的施工原则，控制爆破用量以减少对周边围岩的扰动。排险时使用挖掘机将较大的危石及时处理，对已经裸露的溶蚀岩体壁进行细致的定点清除，黄色附着层排险过程中应清除掉。同时根据地质变化情况，及时调整施工方法和支护参数，确保隧道施工安全。施工过程中应严格控制开挖进尺，及时进行支护，加强监测。

2）加强对隧道掌子面围岩状况的跟踪，密切关注地下水与岩溶发育程度，当围岩出现异常或与预报不符合时，请及时与超前预报方联系，以便进一步采取其他地质或物探手段进行探测分析。

3）严禁对未实施超前地质预报的区段进行开挖，施工方应严格执行报检程序，以保证超前地质预报的连续性。建议掌子面开挖至K54+133 之前与预报单位联系，为下期超前地质预报做准备。

5 地质雷达在隧道施工中对安全、工期、成本的影响

1）雷达可扫描预报撑子面前25m 地质情况，为预防隧道涌水、瓦斯、岩爆、塌方地质灾害，降低地质灾害的发生概率和危害程度，有效预防施工过程中的安全事故，确保施工过程中人员及施工设施的安全。

2）为组织合理的施工方案提供有力的科学资料依据，及时提供信息优化施工方案，使施工单位做好施工准备，确保工程施工进度。

3）地质雷达设备可连续使用，按照要求时间标定，探测技术的成本低廉，探测效果明显，有效预防施工过程中地质灾害事故，优化施工方案，节约施工成本。

6 结束语

在隧道工程施工过程中，应用地质雷达技术，对地质的含水性，介质分层，溶洞及断层等情况的分辨率较高，且地质雷达相关工作人员可以根据雷达扫描成果图，确认隧道存在的地质不良隐患，同时还可以对其工程整体的施工质量，安全和成本进行有效控制，确保后续工程施工的安全和质量。