地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)在張桑高速公路隧道巖溶勘察中應(yīng)用

被評為高風(fēng)險(xiǎn)隧道的龍廈鐵路象山隧道地質(zhì)復(fù)雜,尤其是1,2#斜井間溶洞區(qū)域,地質(zhì)情況極其復(fù)雜,地下水很發(fā)育,安全風(fēng)險(xiǎn)高,施工壓力大。象山隧道采取多種探測手段綜合地質(zhì)預(yù)報(bào),而其中地質(zhì)雷達(dá)在短距離溶洞探測方面相對準(zhǔn)確。就地質(zhì)雷達(dá)探測的方法特點(diǎn)、優(yōu)勢進(jìn)行闡述,并對地質(zhì)雷達(dá)在1#斜井左線溶洞段的應(yīng)用進(jìn)行分析、總結(jié)及與開挖情況對比,說明地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)整體的效果。

通過地質(zhì)雷達(dá)在國道主干線北京至上海公路(輔線)濟(jì)南至萊蕪高速公路隧道工程中的探測結(jié)果,分析得出隧道初期支護(hù)背后填充密實(shí)度、空洞以及二襯厚度及背后鋼筋,為隧道工程建設(shè)提供更好的質(zhì)量保障。

第18卷　第4期 2007年12月 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào) thechinesejournalofgeologicalhazardandcontrol vol.18　no.4 dec.2007 地質(zhì)雷達(dá)在京珠高速公路隧道巖溶災(zāi)害整治中的應(yīng)用 高星平 (湖南省郴州市交通局,湖南郴州　423000) 關(guān)鍵詞:既有公路隧道;巖溶洞穴;洞內(nèi)勘察;地質(zhì)雷達(dá)探測;整治;京珠高速公路 文章編號:100328035(2007)042108203中圖分類號:u41815;p642125文獻(xiàn)標(biāo)識碼:a 收稿日期:2007201210;修回日期:2007207211 作者簡介:高星平,男,工程師,湖南省郴州市交通局,長期從 事公路施工及養(yǎng)護(hù)工作。 1　前言 某隧道位于既有京珠高速公路路坳上—良田區(qū)間,中心 里程

對地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)工作原理進(jìn)行了闡述,分析了地質(zhì)雷達(dá)的工作特性,列舉了在煤礦其應(yīng)用實(shí)例,指出了其存在的不足之處。

隨著交通建設(shè)的不斷發(fā)展,高速鐵路、公路等都進(jìn)入了新的建設(shè)時(shí)期,隧道的建設(shè)和使用也日漸增多.由于地質(zhì)條件復(fù)雜性等因素的影響,隧道的開挖進(jìn)洞經(jīng)常會(huì)遇到特殊的地質(zhì)問題,給后期的工程建設(shè)帶來一定的困難.隧道的超前探測工作可以提前對隧道地質(zhì)情況進(jìn)行分析,及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程中可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害,避免了隧道建設(shè)的經(jīng)濟(jì)損失.地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)在隧道超前探測應(yīng)用中是比較理想的探測技術(shù),能夠結(jié)合地形、地貌對地質(zhì)條件進(jìn)行分析,給隧道的安全建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù).

文章提出采用地質(zhì)雷達(dá)的無損檢測技術(shù),對運(yùn)營高速公路各種病害進(jìn)行檢測。通過應(yīng)用實(shí)例說明地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)由于具有無損、快速、簡易、準(zhǔn)確率高的優(yōu)點(diǎn)。因此,作為高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的技術(shù),對正確指導(dǎo)日常養(yǎng)護(hù)管理具有廣闊的應(yīng)用前景。

對地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用于隧道施工超前探測的工作原理進(jìn)行介紹,以皇后嶺隧道進(jìn)口段超前探測應(yīng)用為例,采用美國gssi-3000型地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測,結(jié)合對地形、地貌及掌子面的觀察、分析,綜合評價(jià)預(yù)測段洞室開挖的巖土工程地質(zhì)條件,并以此為依據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì),為隧道安全施工提供科學(xué)依據(jù)。

對地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用于隧道施工超前探測的工作原理進(jìn)行介紹，以皇后嶺隧道進(jìn)口段超前探測應(yīng)用為例，采用美國gssi-3000型地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測，結(jié)合對地形、地貌及掌子面的觀察、分析，綜合評價(jià)預(yù)測段洞室開挖的巖土工程地質(zhì)條件，并以此為依據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，為隧道安全施工提供科學(xué)依據(jù)。

在各類隧道施工過程中,隧道周圍及工作面前方的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況對隧道施工的質(zhì)量和安全關(guān)系重大,不良地質(zhì)條件極容易引起隧道坍方、突泥涌水,不僅在技術(shù)上給隧道施工帶來極大的困難,也常常因突發(fā)事故導(dǎo)致人身傷亡、設(shè)備損失、工期延誤,從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本文介紹了地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用成果。

介紹了地質(zhì)雷達(dá)的作用及特點(diǎn),結(jié)合昌寧高速雩山隧道地質(zhì)雷達(dá)探測成果,闡述了地質(zhì)雷達(dá)的工作原理及實(shí)際探水情況,結(jié)果表明昌寧高速雩山隧道地下水發(fā)育,多處存在裂隙水,施工難度較大。

介紹了探地雷達(dá)檢測方法的基本原理、野外工作方法、參數(shù)設(shè)置以及資料處理流程,并通過兩個(gè)工點(diǎn)的應(yīng)用實(shí)例說明這種檢測方法的可行性,為建設(shè)單位評估隧道工程質(zhì)量提供可靠的檢測資料。

目前已經(jīng)有多種地球物理方法可以用于巖溶的勘察,但是就隧道基底巖溶的勘察,考慮到工作場地的限制,一般而言,地質(zhì)雷達(dá)就是首選的探測技術(shù)。本文簡要介紹了地質(zhì)雷達(dá)的工作原理,分析了地質(zhì)雷達(dá)在隧道基底巖溶探測的可行性;介紹了在隧道工程施工的環(huán)境中,人為干擾源及地下巖溶異常圖像的識別方法;并通過實(shí)例及鉆探驗(yàn)證來證實(shí)這一識別方法的可靠性。本文還總結(jié)了地質(zhì)雷達(dá)法探測隧底巖溶的方法及注意事項(xiàng)。

通過工程實(shí)例,闡述了地質(zhì)雷達(dá)的基本原理及其數(shù)據(jù)采集分析工作,介紹了地質(zhì)雷達(dá)在紹諸高速公路隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的具體應(yīng)用。結(jié)果表明,地質(zhì)雷達(dá)是一種操作簡便、對施工干擾少的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)備,結(jié)合隧道地質(zhì)調(diào)查和隧道圍巖觀察能有效地預(yù)報(bào)隧道施工掌子面前方一定范圍內(nèi)的圍巖地質(zhì)情況,有效地保證隧道施工安全。

首先介紹了地質(zhì)雷達(dá)的工作原理以及探測方法和技術(shù)參數(shù)的確定原則;其次,采用美國sir3000地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)對浙江某高速公路3條隧道進(jìn)行了超前地質(zhì)預(yù)報(bào),列舉了有代表性的3類雷達(dá)圖像進(jìn)行對比分析,分別總結(jié)其不同的特點(diǎn);最終表明,采用地質(zhì)雷達(dá)對隧道開挖中可能遇到的節(jié)理裂隙密集帶、斷層、含水裂隙等不良地質(zhì)情況有較好的預(yù)測效果,保證了施工的安全。

礦井地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)是煤礦井下超前探測的有效手段,是目前分辨率最高的工程地球物理方法.查清影響礦井生產(chǎn)的各種地質(zhì)條件,為礦井生產(chǎn)和安全提供地質(zhì)保障,已成為煤礦企業(yè)的迫切需求.通過烏東煤礦綜放工作面頂板及采空區(qū)地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐,重點(diǎn)介紹地質(zhì)雷達(dá)的工作原理,闡述地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)分析方法.在特定條件下,地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)能夠準(zhǔn)確探測采煤工作面0～40m范圍頂板垮冒及采空區(qū)充填情況,為煤礦安全生產(chǎn)提供可靠決策依據(jù),對于煤礦采空區(qū)災(zāi)害治理意義重大.

在隧道施工中會(huì)遇到許多復(fù)雜的地質(zhì)條件,因此需要在隧道開挖前了解掌子面前方圍巖的地質(zhì)狀況,以備在開挖過程中做好相應(yīng)的防范措施.文章介紹了目前公路隧道中常用的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法——地質(zhì)雷達(dá)法(gpr),并采用時(shí)域有限差分法對一些常見的地質(zhì)災(zāi)害模型進(jìn)行數(shù)值模擬,從而了解其電磁響應(yīng)特征,同時(shí)結(jié)合工程實(shí)例,進(jìn)一步研究地質(zhì)雷達(dá)在工程中的應(yīng)用效果,為地質(zhì)雷達(dá)在實(shí)踐中的應(yīng)用提供參考.

以高速公路隧道襯砌交工驗(yàn)收檢測為契機(jī),結(jié)合公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)特點(diǎn),著重介紹了隧道襯砌缺陷雷達(dá)識別特征及工程處治方式分析,隧道襯砌厚度雷達(dá)檢測誤差分析及隧道襯砌厚度雷達(dá)層位追蹤方法,并通過雷達(dá)檢測實(shí)例結(jié)合鉆孔驗(yàn)證了高速公路隧道襯砌交工驗(yàn)收檢測中的3項(xiàng)重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo),確定了地質(zhì)雷達(dá)在高速公路隧道襯砌交工驗(yàn)收檢測中的可靠性,并取得了良好效果,達(dá)到了評價(jià)公路隧道襯砌質(zhì)量的目的,為高速公路隧道襯砌工程質(zhì)量交工驗(yàn)收提供了科學(xué)依據(jù).

以高速公路隧道襯砌交工驗(yàn)收檢測為契機(jī),結(jié)合公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)特點(diǎn),著重介紹了隧道襯砌缺陷雷達(dá)識別特征及工程處治方式分析,隧道襯砌厚度雷達(dá)檢測誤差分析及隧道襯砌厚度雷達(dá)層位追蹤方法,并通過雷達(dá)檢測實(shí)例結(jié)合鉆孔驗(yàn)證了高速公路隧道襯砌交工驗(yàn)收檢測中的3項(xiàng)重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo),確定了地質(zhì)雷達(dá)在高速公路隧道襯砌交工驗(yàn)收檢測中的可靠性,并取得了良好效果,達(dá)到了評價(jià)公路隧道襯砌質(zhì)量的目的,為高速公路隧道襯砌工程質(zhì)量交工驗(yàn)收提供了科學(xué)依據(jù)。

巖溶隧道中溶洞發(fā)育存在復(fù)雜性,對其進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測是隧道安全施工的重要保障.在簡述地質(zhì)雷達(dá)基本工作原理基礎(chǔ)上,探討了地質(zhì)雷達(dá)探測溶洞的可行性,并介紹了地質(zhì)雷達(dá)的探測技術(shù)和測量方法.文章依托牛旺三號隧道,采用地質(zhì)雷達(dá)sir-3000對隧道現(xiàn)場掌子面采集數(shù)據(jù),并結(jié)合施工現(xiàn)場開挖進(jìn)行驗(yàn)證.現(xiàn)場開挖情況與預(yù)報(bào)結(jié)果基本吻合,表明地質(zhì)雷達(dá)在巖溶隧道超前預(yù)報(bào)中的準(zhǔn)確性.溶洞對應(yīng)的地質(zhì)雷達(dá)波形圖有明顯的特征:反射波以低頻波為主,同相軸錯(cuò)斷,振幅明顯增強(qiáng),并伴隨弧形繞射現(xiàn)象.

選擇瑤寨隧道大橋?yàn)檠芯繉ο?，在結(jié)合現(xiàn)場勘查的基礎(chǔ)上，針對yk47＋540。510段和yk47＋270～240段進(jìn)行了探地雷達(dá)現(xiàn)場勘查和后期解讀，對存在的不良地質(zhì)體系和災(zāi)害類別防治進(jìn)行分析，研究結(jié)果表明：yk47＋538-yk47＋535段整體圍巖較為破碎，并有空腔型溶洞發(fā)育。隧道塌方預(yù)估量為15．96m3，屬于一般塌方；yk47＋270-240段掌子面6in內(nèi)有一典型的反射形態(tài)呈塊碎狀結(jié)構(gòu)，計(jì)算隧道塌方量為125．35m3，屬于嚴(yán)重塌方。針對yk47＋538-yk47＋535段選擇采取“多打眼，少裝藥”爆破形式，yk47＋270～240段采用弧形導(dǎo)坑法開挖形式，且掘進(jìn)前沿設(shè)置小導(dǎo)管沿掌子面進(jìn)行預(yù)注漿加固來滿足隧道開挖穩(wěn)定性的需求。

闡述了地質(zhì)雷達(dá)檢測的基本原理及解釋方法,詳細(xì)分析了該方法在檢測隧道的襯砌厚度、脫空、開裂以及圍巖富水等病害的波形特征,探討了地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)在公路隧道中的應(yīng)用效果。

以廣賀高速公路某隧道建設(shè)為例,詳細(xì)介紹了探地雷達(dá)在隧道襯砌施工質(zhì)量檢測中的成功應(yīng)用,指出利用探地雷達(dá)對隧道襯砌檢測是能夠?qū)崿F(xiàn)的,探地雷達(dá)適合大面積快速檢測。