超前地质预报在小断面隧道施工中应用

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1、超前地质预报在小断面隧道施工中应用　　摘要：作为隧道监控量测的重要组成部分，超前地质预报主要是在隧道施工过程中，根据岩土工程勘察及设计资料和已经揭露的地质情况，采用仪器设备和地质数学方法，对隧道掌子面前方一定范围内围岩级别变化、不良地质做出预测，根据预测的结果优化方案并指导施工，有效的控制灾害。本文以西气东输三线东段管道隧道工程为例，对超前预报中地质雷达在小断面隧道施工中的应用做了阐述。关键字：地质雷达管道隧道超前地质预报地质构造中图分类号：F407.1文献标识码：A文章编号：1、前言超前地质预报技术出现在上个世纪中后期，是工程地质的一个分支，我国从上个世纪70年代后期逐渐开始重视这一方面的

2、研究和应用。进人21世纪，伴随着西部大开发战略的启动，隧道工程也明显增多。由于隧道长度、埋深等各方面因素的影响，地质条件越趋复杂，隧道施工中遇到的问题也会相应地增多，不可预料的地质灾害如突泥、突水、塌方等成为困扰工程施工的主要难题。近十几年来，隧道施工技术已经有了很大的发展，为了保证在隧道施工时的安全和高效，超前地质预报的研究及应用工作显得越来越重要。2、隧道超前地质预报（地质雷达）的主要内容7根据工程所处的地质环境，隧道超前地质预报（地质雷达）的主要内容包括：（1）预报掌子面前方的围岩级别与设计是否吻合，并判断其稳定性，提供修改设计参数、调整支护类型、确定二次衬砌施做时间的建议等；（2）预

3、报前方可能出现塌方、滑动的部位、形式、规模及发展趋势；（3）预报围岩裂隙发育状态，可能出现突然涌水的地点、涌水量的大小及对施工的影响；（4）对隧道将要穿过不稳定岩层或较大的断层破碎带做出预报，以便提早改变施工方法，做好应急预案。3、地质雷达探测原理地质雷达与探空雷达技术相似，也是利用高频电磁脉冲波的反射来探测目标体，是通过对电磁波在地下介质中传播规律的研究与波场特点的分析，查明介质结构、属性、几何形态及其空间分布特征。地质雷达由地面发射天线T将高频电磁波（主频为Hz）以宽频带短脉冲形式送入地下，经地下目标体或不同电磁性质的介质分界面反射后返回地面，为另一接收天线R所接收，而其余电磁能量则穿过

4、界面继续向下传播，在更深的界面上继续反射和折射，直至电磁能量被地下介质全部吸收，如图1所示。7图1反射探测原理根据图1，回波走时（电磁波行程所需时间）t为：（1）式中，x为两天线的间距；z为反射点A的法线深度；v为电磁波在地下介质中波速。当地下介质的波速v为已知时，则可根据天线间距（已知值）x和雷达记录的回波走时t，由式（1）可求出反射体的埋深。反射体或目标体的埋深及其变化，是描述其空间分布最重要的参数之一，因此也是探地雷达方法必须获得的基本数据，雷达所记录的回波走时t是从雷达剖面上读取的。图2为一地质模型及其对应的雷达记录（即雷达剖面）示意图。设发射天线T与接收天线R的中点为记录点，则测线

5、上各测点的接收天线所接收的反射波均记录在各自记录点的下方，从而形成雷达剖面。在雷达剖面上，横坐标为测点点位，纵坐标为双程走时，各点的反射均以波的形式被记录下来。波形的正、负峰分别以黑、白色表示，或以灰色或彩色表示。这样，同相轴、等灰度或等色线即可直观地表示地下反射界面的形态及深度变化。根据雷达图像上波的传播时间和波速资料，经时深转换，便可获得目标体和地层的深度剖面，从而达到探测的目的。图2雷达记录示意图74、地质雷达应用实例以西气东输三线东段隧道工程项目小池隧道K1+059-K1+038段为例，对地质雷达在小断面隧道施工中的应用做一简单介绍。　　4.1工程概况西气东输三线东段（江西吉安—福建

6、福州）工程起于西二线江西吉安分输清管站，途经江西、福建两省，终于福建福州末站。沿线穿越长江中下游流域赣东南水系和东南沿海诸河流域，经过赣中丘陵区、赣南闽西丘陵低山区、闽东南丘陵台地。西三线东段沿线共有52条山岭隧道穿越工程，其中13条隧道为控制性工程。小池隧道为西三线管道专用隧道。隧道位于福建龙岩市小池镇，进口位于小池镇南山村，出口亦位于小池镇南山村。隧道水平长度732.29m，实长733.30m，纵向坡度采用“一”字坡设计，坡度为5.7%（约3.26o）。隧道洞身净断面尺寸为3.2m×4.0m。图3小池隧道位置图7隧道施工过程中防涌水、防塌方是整个施工的关键问题，整个隧道施工要始终贯彻超前

7、预报。为保证隧道安全施工，及时了解掌子面前方围岩岩性及不良地质赋存情况，中国矿业大学于2012年11月24日对小池隧道出口端掌子面K1+059进行了地质雷达探测，探测里程为K1+059-K1+038。4.2掌子面揭露情况描述通过对施工揭露的掌子面的观察，小池隧道掌子面以浅灰色花岗岩为主，节理裂隙错综发育，但无成组现象；围岩多呈巨块状或块状，无松散或破碎现象；洞内潮湿并伴有滴水，K1+059掌子面照片如图4所示