南大梁高速公路華鎣山隧道底板涌水探測(cè)

肖爭(zhēng)

摘 要：采用地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)隧道工程的底板涌水進(jìn)行探測(cè)，不僅對(duì)底板涌水處治方案的制訂提供了極具參考價(jià)值的水文及工程地質(zhì)依據(jù)，還能確保隧道施工安全和工程質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，保護(hù)地下水平衡，以及確保隧道結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全等產(chǎn)生積極作用。

關(guān)鍵詞：公路；隧道；涌水；探測(cè)

1 隧道工程概況

華鎣山隧道是南充～大竹～梁平（川渝界）高速公路重難點(diǎn)控制性工程，隧道右洞起、止樁號(hào)分別為K105+869 和K114+037，全長(zhǎng)8147m。設(shè)計(jì)時(shí)速80km，道路等級(jí)為雙向四車道高速公路。

華鎣山隧道進(jìn)口右線上臺(tái)階掌子面掘進(jìn)至K107+558，據(jù)隧道洞身開(kāi)挖和超前鉆孔揭示，掌子面前后圍巖主要為三疊系中統(tǒng)雷口坡組鹽溶角礫巖夾石膏、泥灰?guī)r泥巖，巖性軟弱揉皺擠壓強(qiáng)烈，巖層產(chǎn)狀變化大、巖體破碎。涌水點(diǎn)位于K107+556上臺(tái)階底板左側(cè)，主要有2股，自2013年6月29日夜發(fā)生涌水以來(lái)，涌水量由6月30日的26000m3/d漸增加至7月2日的33400m3/d，呈緩慢增大趨勢(shì)。右洞掌子面到設(shè)計(jì)F1斷層核部距離約400m，初步判斷隧道涌水受F1斷層的下盤(pán)影響明顯。

由于隧道地下水豐富，致使開(kāi)挖過(guò)程中上臺(tái)階底板出現(xiàn)明顯的涌水，且涌水量較大、長(zhǎng)時(shí)間無(wú)衰減，影響地下水平衡，給施工帶來(lái)極大困難，也給結(jié)構(gòu)帶來(lái)重大安全隱患，還對(duì)隧道周邊生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。

2 探測(cè)依據(jù)

（1）《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F60-2009）

（2）《公路隧道施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F60-2009）

（3）《公路勘測(cè)規(guī)范》（JTG C10-2007）

（4）《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTJ064-98）

（5）《采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T D31-03-2011）

（6）《鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)指南》鐵建設(shè)[2008]105號(hào)

（7）本隧道勘察、設(shè)計(jì)及施工相關(guān)文件

（8）其他與本工程相關(guān)的國(guó)家現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范、規(guī)程

3 探測(cè)儀器及原理

根據(jù)隧道底板的環(huán)境與隧道本身的特點(diǎn)情況，施工對(duì)隧道底板探測(cè)深度要求，結(jié)合各種物探的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，隧道底板探測(cè)的方法宜選取地質(zhì)雷達(dá)法。本項(xiàng)探測(cè)使用儀器是由加拿大A-CUBED公司生產(chǎn)的EKKO-100型地質(zhì)雷達(dá)儀。雷達(dá)天線主頻100MHz。

（一）地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理

地質(zhì)雷達(dá)法是一種地下甚高頻～微波段電磁波反射探測(cè)法。其探測(cè)原理是：發(fā)射器通過(guò)發(fā)射天線向地下（或隧道前方）定向發(fā)射電磁波，電磁波在傳播的路徑上當(dāng)遇到有電性（介電常數(shù)和電導(dǎo)率）差異的界面時(shí)即發(fā)生反射，反射波由接收器接收，在時(shí)域上得到反射回波及其往返旅行時(shí)間，并首先沿兩天線所在表面形成直達(dá)波被最先接收到，作為系統(tǒng)起始零點(diǎn)。取反射波往返時(shí)間之半，乘以相應(yīng)介質(zhì)的雷達(dá)波速度便得出反射目標(biāo)所在深度，再根據(jù)反射波的形狀、幅度及其在橫向和縱向上的組合特征和變化情況，結(jié)合地質(zhì)背景，判斷目標(biāo)性質(zhì)即進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，進(jìn)行地質(zhì)解釋。探測(cè)原理：（1）探地雷達(dá)主要利用寬帶高頻時(shí)域電磁脈沖波的反射探測(cè)目的體。（2）由公式t=■/v可根據(jù)測(cè)得的雷達(dá)波走時(shí)，自動(dòng)求出反射物的深度z，并進(jìn)一步界定其范圍、判定其性質(zhì)。

地質(zhì)雷達(dá)的工作頻率越高，波長(zhǎng)越小，探測(cè)距離越近，分辨率越高，反之亦然。因此，根據(jù)不同的工程要求按其功能可分為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)雷達(dá)和結(jié)構(gòu)檢測(cè)雷達(dá)。一般，200MHz以上更適用于檢測(cè)。儀器構(gòu)成原理：筆記本微機(jī)→控制器處→發(fā)射單元→發(fā)射天線→目標(biāo)體→接受天線→接受單元→控制器→筆記本微機(jī)

（二）探測(cè)距離

工作頻率越高，波長(zhǎng)越大，能量衰減越慢，探測(cè)深度越大，同時(shí)分辨率越低。此外，探測(cè)深度還取決于介質(zhì)的衰減系數(shù)、接收器的信噪比和靈敏度、發(fā)射器發(fā)射功率、系統(tǒng)總增益、目標(biāo)的反射系數(shù)、幾何形狀及其產(chǎn)狀等。

國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)80年代初至今通過(guò)使用各種型號(hào)地質(zhì)雷達(dá)在地下工程中實(shí)施超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，現(xiàn)已達(dá)成如下基本共識(shí)：

（1）地質(zhì)雷達(dá)可進(jìn)行短距離地質(zhì)預(yù)報(bào)，根據(jù)所采用的工作頻率不同，2GMHz～50MHz，探測(cè)距離從0.2～30m，并可分辨較小的地質(zhì)異常目標(biāo)。

（2）地質(zhì)雷達(dá)對(duì)水敏感，并能夠探測(cè)中風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化破碎帶或斷層破碎帶、溶洞。

（3）在掌子面附近實(shí)施超前探測(cè)時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)由于工作頻率高，因此不受工頻交流電、機(jī)械震動(dòng)等干擾，但為了取得高質(zhì)量信號(hào)而對(duì)探測(cè)表面平整狀況有一定要求

（4）由于可分辨較小尺寸的目標(biāo)，所以在地質(zhì)情況較為復(fù)雜或不均一性較突出的情形下，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有較大測(cè)線密度才不易漏探。

（5）地質(zhì)雷達(dá)對(duì)反射目標(biāo)體遠(yuǎn)處一側(cè)的定界定位有時(shí)還不準(zhǔn)確，但可采用地質(zhì)鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證說(shuō)明。

因此，地質(zhì)雷達(dá)能探測(cè)較小的目標(biāo)，故能較好的分辨管涌通道，能探測(cè)30m范圍的地質(zhì)情況，滿足隧道底板探測(cè)的深度30m。

4 實(shí)施過(guò)程

考慮隧道進(jìn)口K107+540～ K107+970段隧道水文地質(zhì)條件復(fù)雜，受F1斷層的影響嚴(yán)重，且隧道埋深超過(guò)200m，且左右洞的間距不超過(guò)40m，因此隧道進(jìn)口底板雷達(dá)探測(cè)選定的范圍為：左、右洞樁號(hào)K107+540～ K107+970段，共計(jì)860m。

底板探測(cè)的范圍為：左洞樁號(hào)ZK107+540～ZK107+970，右洞樁號(hào)K107+540～K107+970。左、右洞底板雷達(dá)探測(cè)均采用網(wǎng)格布設(shè)測(cè)線的方式，向底板下方探測(cè)：隧道斷面橫向測(cè)線間距為2～5m一條；隧道走向測(cè)線間距為3m一條，每20m為一段，每段走向測(cè)線共3條；測(cè)線條數(shù)預(yù)計(jì)為350條。

5 結(jié)論

經(jīng)雷達(dá)探測(cè)，對(duì)于該段的地質(zhì)情況可以得出如下結(jié)論：在探測(cè)范圍0～30m內(nèi)未發(fā)現(xiàn)直徑大于1m的溶腔或溶洞；探測(cè)3～18m范圍內(nèi)圍巖破碎，主要以鹽溶角礫巖、破碎灰?guī)r，存在軟弱夾層（局部含石膏等軟質(zhì)填充物），溶蝕構(gòu)造發(fā)育，且該范圍內(nèi)地下水賦存；該段圍巖的總體穩(wěn)定性及完整性差，局部范圍存在被地下水擊穿的可能，形成新的涌水點(diǎn)；局部底板存在明顯的分界面，與水平面呈30°夾角；不同時(shí)間點(diǎn)對(duì)同一段落探測(cè)，發(fā)現(xiàn)在富水區(qū)域存在明顯的被掏蝕的痕跡，且不同段落掏蝕程度不同。

通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)對(duì)底板涌水進(jìn)行探測(cè)，探明上臺(tái)階底板下方地下水的賦存的范圍（底板深度方向），底板下方的裂隙管涌通道，以及底板下方的圍巖、空洞等地質(zhì)情況，為隧道下一步施工（隧道下臺(tái)階開(kāi)挖、徑向注漿范圍、注漿的段落和左洞開(kāi)挖）提供地質(zhì)依據(jù)；為該段底板涌水處治方案的制訂提供了極具參考價(jià)值的水文及工程地質(zhì)依據(jù)；還為編制竣工文件提供可靠的地質(zhì)資料；加強(qiáng)隧道底板地質(zhì)預(yù)報(bào)工作會(huì)對(duì)保證施工安全和工程質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，縮短工期，保護(hù)地下水平衡，以及確保隧道結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全等產(chǎn)生積極作用。

參考文獻(xiàn)：

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