GPR探測技術(shù)在隧道施工中的運(yùn)用

1、gpr探測技術(shù)在隧道施工中的運(yùn)用摘要：在平川隧道施工過程中，采用gpr法探測隧道，預(yù)測掌子曲 前方圍巖的地質(zhì)情況、不良地質(zhì)體的位置、工程性狀、水文地質(zhì)狀況等信 息。分析相關(guān)施工段，從而判斷隧道圍巖的類別，并根據(jù)圍巖的穩(wěn)定性， 改進(jìn)支護(hù)參數(shù)，使得施工更為安全，施工進(jìn)度得到保證。通過對平川隧道 的施工進(jìn)行指導(dǎo)，確保隧道施工安全進(jìn)行，得出的結(jié)論可為類似條件的隧 道施t起參考作用。abstract： in the process of pingchuan tunnel construction,gpr method is used to detect the tunnel, including prc

2、dicting the geological con ditions of the surro unding rock in fro nt of the tunneling face, the position of the adverse geological body, engineerin£ properties , hydrogeological conditions and other information. by analyzing relevant construction period , the category of the surrounding rock c

3、an be determined, and according to the stability of surrounding rock, the supporting parameters are improved, so as to make the construction safer, and ensure the construction progress. through the guidance of the construction of pingchuan tunnel, the tunnel construction security can be ensured, and

4、 the conclusion can bo refereneo for the similar conditions of tunnel construetion. 關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)法；探測；隧道；施工key words : geological ground penetrating radar method ； detection； tunnel； construction中圖分類號：u452. 1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號：1006-4311 (2016) 03-0090-030引言進(jìn)入21世紀(jì)，伴隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的啟動，修建的鐵路隧道、公 路隧道將明顯增多1。目前，在隧道施工過程中，由于

5、受隧道長度、埋 深等各方面因素的影響，地質(zhì)條件越趨復(fù)雜，在初勘中采用宏觀的地面 調(diào)繪、鉆探、波速測井等方法，很難準(zhǔn)確查明施工過程屮所需耍的微觀 水文、地質(zhì)條件及不良地質(zhì)體的賦存狀態(tài)，導(dǎo)致施工過程中突水、突泥、 坍塌等事件時有發(fā)生，給施工帶來極大困難，造成施工人員和施工設(shè)備 的重大安全事故2-5 o因此，在隧道施工屮，對隧道前方釆用gpr法探 測技術(shù)，預(yù)測掌子面前方圍巖的地質(zhì)情況、不良地質(zhì)體的位置、工程性狀、 水文地質(zhì)狀況等信息，對施工進(jìn)行指導(dǎo)是十分必要的。地質(zhì)雷達(dá)法，簡稱 gpr法，是隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)的一種，是使用高頻甚至超高頻段的地 下電磁波反射探測技術(shù)。受普宣高速公路建設(shè)指揮部委托，對

6、普立至宣蘭 高速公路平川隧道段，采用地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行超前預(yù)報工作。預(yù)測掌子曲前 方圍巖的地質(zhì)情況，確保合理的施工措施，降低隧道施工風(fēng)險，促使隧道 施工技術(shù)更趨科學(xué)合理，為隧道施工服務(wù)。1工程概況平川隧道位于滇北海東山地新城中心片區(qū)雙月路，為一座連拱隧道, 隧道左右幅起止里程k900-k4+175,全長3275m0隧道進(jìn)口設(shè)計高程 1995. 22m,出口設(shè)高程1957. 55m；最大埋深約54m。設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：公路 等級為一級公路，設(shè)計速60km/h；主洞有效凈寬14. 40m,有效凈高5. 0m。 從k910掌子面照片（如圖1所示）可以得出，掌子面圍巖為褐色、灰綠 色塊狀玄武巖，原巖屬硬質(zhì)巖，

7、屮等強(qiáng)風(fēng)化，結(jié)合力差。麗室圍巖穩(wěn)定 性差，掌子面潮濕，地下水不豐富，含基巖裂隙水，出水狀態(tài)為點滴狀。2工程地質(zhì)條件2. 1地形地貌平川隧道測區(qū)地處洱海東岸，屬剝蝕構(gòu)造低中山地貌。出露地表地層 為第四系殘破積黏性土和角礫組成，厚約2.001640嘰下伏奧陶系下統(tǒng) 向陽組一段石英砂巖夾泥巖。2. 2氣候平川隧道測區(qū)屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫15°c,最熱月（7 月）平均氣溫20.5°c,極端最高氣溫34°c；最冷月（1月）平均氣溫8°c 以上 極端最低氣溫-4.2°c,年溫差平均為11.4°c,日溫差平均116°c 13.

8、 l°co受海拔高度的影響，氣候垂直變化明顯，海拔每升高100m,年平 均氣溫相應(yīng)降低0. 66°c,年平均降水量650850mm。平川隧道測區(qū)位于南峰市城東北，南峰是著名的“風(fēng)城”，年平均風(fēng) 速2. 3m/s,風(fēng)速17m/s的大風(fēng)日數(shù)年平均56天，最多的年份110天，瞬 間最大風(fēng)速40m/so大風(fēng)日數(shù)幾乎全部出現(xiàn)在11月次年5月，其中1月 3月大風(fēng)日數(shù)最為集中，主導(dǎo)風(fēng)向是西風(fēng)。2. 3地層巖性平川隧道測區(qū)上部覆蓋層為第四系殘破積黏性土和礫石土，下伏基巖 為奧陶系下統(tǒng)向陽組一段石英砂巖夾泥巖，巖體完整性較差，呈中強(qiáng)風(fēng) 化，沙狀、角礫狀，少量碎石樁狀、土狀，巖體極破碎，節(jié)理極

9、發(fā)育。2.4地質(zhì)構(gòu)造平川隧道測區(qū)地處青、藏、滇、緬、印尼“歹”字型構(gòu)造體系，構(gòu)造 行跡主要以洱海（大斷裂）為主，該斷裂延長很遠(yuǎn)，經(jīng)西嶺、州水泥廠等 地觀察，斷裂面向北東傾，傾角為70。左右，斷裂面光滑平直，是一條成 形早、活動時間很長的壓扭性斷裂。平川隧道測區(qū)位于向陽復(fù)式背斜東翼，有舒緩波狀起伏，巖層產(chǎn)狀從k1+800附近的225° z42°至 k4+000處漸變?yōu)?50。z55°。受洱海深大斷裂及次級斷裂的影響，兩側(cè) 巖層節(jié)理極為發(fā)育，巖石極為破碎。2. 5水文地質(zhì)特征平川隧道測區(qū)內(nèi)地下水類型主要為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水。松 散巖類孔隙水主要賦存于第四系坡殘

10、積層中，主要接受大氣降水補(bǔ)給，由 于山高坡陡，其富水性較差。在枯水季節(jié)，土層不含地下水，雨季時期土 層含孔隙水及上層滯水，水量較小，分布范圍有限，向斜坡低洼處、溪溝 徑流排泄，無統(tǒng)一地下水位，動態(tài)變化大。基巖裂隙水主要賦存于奧陶系下統(tǒng)向陽組一段石英砂巖夾泥巖中，主 要接受大氣降水垂直補(bǔ)給，富水性各段差異性較大，一般于節(jié)理密集、連 通性較好或構(gòu)造破碎帶、與白云質(zhì)灰?guī)r接觸帶內(nèi)匯集，形成相對富水區(qū)。3 gpr地質(zhì)雷達(dá)法探測隧道平川隧道測區(qū)工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，地層巖性差，巖體極破碎，節(jié) 理極發(fā)育。因此，在平川隧道施工中采用gpr法探測技術(shù)對隧道前方進(jìn)行 超前預(yù)報，預(yù)測學(xué)子面前方圍巖的地質(zhì)情況，確保合

11、理的施工措施，降低 隧道施工風(fēng)險，是十分重要的。3. 1檢測原理和設(shè)備gpr法是利用發(fā)射天線向地下介質(zhì)發(fā)射廣譜、高頻電磁波，當(dāng)電磁波 遇到電性（介電常數(shù)、電導(dǎo)率）差異界面時將發(fā)牛透射、折射和反射現(xiàn)象, 同時介質(zhì)對傳播的電磁波也會產(chǎn)生吸收濾波和散射作用。用接收天線接收 并記錄來自地下的反射波，采用相應(yīng)的處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后根據(jù) 處理后的數(shù)據(jù)圖像結(jié)合工程地質(zhì)及地球物理特征進(jìn)行推斷解釋，對掌子面 前方的工程地質(zhì)情況（圍巖性質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、圍巖完整性、地下水和 溶洞等情況）進(jìn)行預(yù)測。本次檢測所使用的儀器是意大利ids-ris-k2型 地質(zhì)雷達(dá)，地質(zhì)雷達(dá)法是使用高頻甚至超高頻段的地下電磁波反射探

12、測技 術(shù)，主要利用寬帶高頻時域電磁脈沖波的反射探測目的體?？筛鶕?jù)測得的 雷達(dá)波走時，自動求得反射物的深度z并進(jìn)一步界定其范圍、判定其性質(zhì) 6 o地質(zhì)雷達(dá)工作原理如圖2所示。地質(zhì)雷達(dá)主要利用寬帶高頻時域電磁脈沖波的反射探測目的體。由公式t二/v可根據(jù)測得的雷達(dá)波走時，自動求岀反射物的深度z并進(jìn)一步界定其 范圍、判定其性質(zhì)。本次預(yù)報的意大利地質(zhì)雷達(dá)，檢測天線頻率為80mhz，時間采集，每 道1024采樣點，時窗設(shè)置為450nso3.2地質(zhì)雷達(dá)探測與解釋如圖3所示，從中可以判斷出測線在20m深度內(nèi)，反射波同向軸呈較 連續(xù)，局部呈斷續(xù)狀，振幅、頻率變化較大。據(jù)gpr法探測得到的反射波 圖像，結(jié)合隧道工

13、程地質(zhì)實際，探測段k910k930段范圍內(nèi)圍巖為玄武 巖，節(jié)理裂隙很發(fā)育口雜亂，局部地段夾軟弱層，巖體很破碎，地下水不 豐富，出水狀態(tài)為點滴狀。3.3 gpr法探測成果及建議根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)探測和掌子面地質(zhì)調(diào)查，掌子面前方k910-k930預(yù)測 段圍巖地質(zhì)情況為：%1 巖性及風(fēng)化程度：巖體為灰綠色、褐黃色塊狀玄武巖，中等強(qiáng)風(fēng) 化。%1 節(jié)理裂隙發(fā)育情況：節(jié)理裂隙發(fā)育4組以上，且雜亂，呈“下”字 結(jié)構(gòu)面組合，局部地段夾軟弱層，巖體很破碎，體完整性差，呈碎石狀壓 碎結(jié)構(gòu)。%1 地下地下水不豐富，出水狀態(tài)以點滴狀為主。%1 巖石的堅硬程度：玄武巖原巖屬于硬質(zhì)巖，但因受構(gòu)造影響很嚴(yán)重, 地下水和風(fēng)化等綜合

14、作用的結(jié)果，圍巖的堅硬程度有所降低。%1 圍巖級別：根據(jù)公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范(jtg c20-2011)關(guān)于 隧道圍巖分類的有關(guān)規(guī)定，判定圍巖級別為iv級，此段圍巖施工中注意施 工安全，防止坍塌。此次探測段圍巖穩(wěn)定性差，拱部無支護(hù)時可產(chǎn)生較大的坍塌，側(cè)壁經(jīng) 常小坍塌。宜采用“多循環(huán)、及支護(hù)、早成環(huán)”的方式進(jìn)行隧道施工，因 此有關(guān)平川隧道的施工建議具體為:%1 巖體節(jié)理裂隙很發(fā)育口雜亂，巖體被切割成碎石、角礫狀，開挖后 易產(chǎn)生掉塊和塌方，需采用光面爆破控制輪廓面的開挖，并嚴(yán)格控制開挖 進(jìn)尺和單響最大藥量，最大程度的減少爆破震動對圍巖造成的擾動。%1 圍巖強(qiáng)度較低，自穩(wěn)能力差，開挖前采用超前支護(hù)，

15、開挖后的圍巖 應(yīng)立即進(jìn)行初期支護(hù)，減少圍巖的暴露時間，避免開挖不當(dāng)或支護(hù)不及時 造成圍巖的失穩(wěn)；同時進(jìn)行仰拱施工，盡早成環(huán)。4結(jié)論通過對平川隧道采用地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行勘探，進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，分析 隧道圍巖穩(wěn)定性，對隧道施工進(jìn)行指導(dǎo)。對于每部分的施工段進(jìn)行分析， 從而判斷圍巖的類別，并根據(jù)圍巖的穩(wěn)定性，改進(jìn)支護(hù)參數(shù)，使得施工更 為安全，施工進(jìn)度得到保證。不僅能及時完成施工任務(wù)，更保證了施工的 質(zhì)量通過對施工進(jìn)行指導(dǎo)，盡量減少事故的發(fā)生。施工中應(yīng)及時做好支護(hù) 及排水工作，防止坍塌，對可能存在和產(chǎn)生涌水、坍塌的地段，開挖前應(yīng) 切實做好預(yù)防措施。以實踐經(jīng)驗和平川隧道施工的工程背景為依托，運(yùn)用 地質(zhì)雷達(dá)法探測隧道，最后提出相關(guān)結(jié)論，確保施工安全，對相關(guān)類似地 質(zhì)條件的隧道施工有幫助。參考文獻(xiàn)：1 李丹，肖寬懷高密度電法在鐵峰山2號隧道工程探測中的應(yīng)用j 工程地球物理學(xué)報，2006 (03)： 197-200.2 周勇，朱建才，甘欣超前地質(zhì)預(yù)報(地質(zhì)雷達(dá))在城市隧道施工 中的