香丽高速公路园宝山隧道超前地质预报方法比较研究

申少华黄青川

广西交通科学研究院有限公司广西南宁530007

摘要：隧道超前地质预报方法主要有：地震波法，电磁波法，地质综合判定法等。各类方法在实际工程应用中，均具有一定的适应性。本文结合香丽高速公路园宝山隧道中采用的各类超前地质预报方法，根据各方法预测成果结合实际围岩情况做比较研究，由此得出，使用地震法与电磁波法长短结合的方式，对掌子面前方围岩的预判准确率有极大提高，且能有效指导施工，并提高了工作效率。

关键词：隧道超前地质预报TGP地质雷达比较研究

前言：山岭隧道工程由于其隐蔽性，埋深大等特点，仅依靠设计之初的初期地质勘察资料不足以完全掌握隧址区的所有地质情况，在施工过程中，由于不良地质情况造成的坍塌、涌水等工程灾害时有发生。因此，在施工过程中进行的隧道超前地质预报工作就显得尤为重要，目前，国内公路隧道施工中经常使用的是短距离地质雷达法及长距离的TGP、TSP法，推演隧道掌子面前方地质情况，以期为隧道施工及时调整支护参数，保障安全施工、质量施工、节约施工成本提供参考依据[1]。

1、工程概况

香丽高速园宝山隧道位于云南省迪庆州香格里拉县虎跳峡镇境内，为分离式隧道，隧道右幅设计全长2875m，隧址区属构造侵蚀/溶蚀中山地貌，峰顶多呈浑圆形，地形波状起伏，山谷相间，谷地较平坦，多呈“V”型，河流中等切割呈树枝状，海拔在1800m至3500m之间。场地区上覆第四系残坡积层（Qel+dl）碎石土、含碎石粉质黏土。下伏基岩为二叠系上统玄武组P2a玄武岩及三叠系T2a深灰色板岩。

2、研究段工程地质情况

园宝山隧道右幅ZK54+415~ZK54+265段采用台阶法开挖，掌子面围岩以中风化玄武岩为主，左侧局部较破碎，整体较完整，岩质较坚硬，未见明显裂隙水发育，隧道埋深370400m。

3、超前地质预报开展情况

3.1TGP隧道超前地质预报

（1）原理

TGP超前地质预报系统，其原理是利用在隧道围岩内以排列方式激发的弹性波，在声阻抗界面，即地质岩性变化界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象，利用超前地质预报系统提取隧道岩体中反射回波信息，并对其旅行时间、传播和衰减、以及相位的变化等进行分析，进而对掌子面前方的岩体地质条件作出预报与判断，为施工措施及施工设计方案提供预报资料[2]。

（2）数据采集

测试方案具体如下：①接收孔2个，孔深2m，左右侧对称布置，距最近炮孔18m；②炮孔24个，孔深2m，布置在右侧壁，间距1.5m；③接收探头采用黄油耦合，炮孔采用灌水密封。

测试段工程信息：掌子面里程ZK54+415，接收孔里程ZK54+468。第一炮孔距离掌子面5m。结合施工现场掌子面地质素描记录，如表1所示。

表1园宝山隧道右幅出口ZK54+415掌子面素描记录表

（3）结果分析

通过数据处理分析，可获得如下结果，与炮孔同侧接收孔处理结果图1，对侧孔采集信号效果差，不予采用。

图1同侧数据处理结果

根据以上数据分析结果，得出如下预测成果：

①K54+415～K54+392段围岩以中风化为主，岩质较坚硬。节理裂隙较发育，呈块状结构～碎裂结构。此段存在构造裂隙带发育。节理裂隙较发育且岩体局部较破碎，岩质较坚硬，围岩稳定性一般，围岩易出现掉块、坍塌现象，处理不当时会出现大坍塌。掌子面潮湿，地下水不丰富。

②K54+392～K54+355段围岩以中风化为主，岩质坚硬。节理裂隙较发育，岩体完整程度较前段稍好。局部岩体存在节理裂隙带发育。节理裂隙较发育，岩体稍完整，岩质较前段强度有所提高，围岩稳定性较好，拱顶及侧壁易出现小坍塌、掉块现象。处理不当时会出现大坍塌，未见明显地下水发育。

③K54+355～K54+327段围岩以中风化为主，岩质较前段有变软趋势。节理裂隙较发育，局部岩体较破碎。

未发现有较大的岩体构造破碎带发育。围岩稳定性一般，拱部无支护时易产生掉块现象，侧壁局部易失去稳定。地下水不丰富。

④K54+327～K54+265段围岩以中风化为主，局部呈微风化状，岩体完整程度较前段稍好。节理裂隙较发育，岩体完整程度较前段稍好，未发现有较大的岩体构造破碎带发育。岩体较完整，围岩稳定性较好，拱顶及侧壁易出现小坍塌、掉块现象。处理不当时会出现大坍塌，未见明显地下水发育。

3.2地质雷达法超前地质预报

（1）原理

地质雷达超前地质预报法根据雷达发射的电磁波在不同介质中产生透射、反射的特性来判断掌子面前方围岩地质状况的方法[3]。电磁波沿着围岩向掌子面前方传播，当遇到围岩界面时，如遇到溶洞、破碎带及富水区等异常体，因介电常数差异较大，就会在界面处发生电磁波折射、透射、反射现象，通过处理反射、折射回的电磁波信号，就能得到该围岩界面的雷达扫描图像，通过对雷达扫描图像的分析判读，即可获得掌子面实际围岩情况。

（2）数据采集

利用劳雷公司SIR-3000型地质雷达、100MHz屏蔽天线对掌子面进行扫描。测线以水平从左侧至右侧。探测距离25m。

（3）结果分析

为了有针对性的对研究段围岩情况进行分析，特对掌子面ZK54+415、ZK53+392、ZK54+355、ZK54+327进行地质雷达扫描。将雷达图像通过分析得到的结果如下图2~5所示。

图2K54+415～K54+390图3K54+392～K54+367

段雷达扫描结果段雷达扫描结果

图4K54+355～K54+330图5K54+327～K54+302

段雷达扫描结果段雷达扫描结果

根据以上数据分析结果，结合围岩实际揭示情况，得出如下预测成果：

①K54+415～K54+390段围岩以中风化（局部为强风化）玄武岩为主，岩质较坚硬，岩体总体较破碎～破碎，局部较完整；施工中局部易出现坍塌、掉块现象，需加强支护。未见明显地下水发育。基本符合实际围岩情况。

②K54+392～K54+367段围岩以中风化玄武岩为主，岩质较坚硬，岩体总体较破碎～较完整；K54+390～K54+365段左侧局部，K54+390～K54+385段右侧大部围岩岩体较破碎，围岩强度较低。未见明显地下水发育。基本符合实际围岩情况。

③K54+355～K54+330段围岩以中风化玄武岩为主，岩质较坚硬，岩体总体较完整；K54+350～K54+344段左侧局部围岩岩体较破碎，围岩强度较低。未见明显地下水发育。基本符合实际围岩情况。

④K54+327～K54+302段围岩以中风化玄武岩为主，岩质较坚硬，岩体总体较破碎，围岩强度较低。K54+322～K54+305段中部及右侧以强反射为主，岩体局部破碎，构造破碎带发育。未见明显地下水发育。基本符合实际围岩情况。

5、结论

1）通过对TGP法及地质雷达法预报结果与实际围岩揭示情况分析：短距离地质雷达法较长距离TGP法结果更接近实际围岩情况。显示出短距离预报法快速、准确的特性。尤其是在K54+327以后的段落中。

2）长距离TGP超前地质预报方法对掌子面前方围岩总体概况可得出较为直观的结果，可为后续的超前地质预报工作开展提供方向和参考资料。

3）长短结合法超前地质预报技术在山岭隧道中的采用有助于提高工作效率，且能有效指导动态施工措施及设计方案的调整。为施工安全、节约成本提供有效预报资料。

参考文献：

[1]李术才，刘斌，孙怀凤，聂利超，钟世航，苏茂鑫，李貅，许振浩.隧道施工超前地质预报研究现状及发展趋势[J].岩石力学与工程学报，2014，33（6）：1090-1113

[2]郑极新.TGP超前地质预报在桦林隧道中的应用[J].四川水泥，2015，（12）：116

[3]陈凯江，李孟倩.长短结合法在隧道施工地质预报中的应用[J].山西建筑，2016，（28）：165-168

[4]李森森，杨庆年，禇卫瑞，黎盼.隧道超前地质预报中地质雷达与TGP的应用[J].南阳理工学院学报，2017，（2）：80-84

作者简介：申少华（1988-），男，汉族，硕士，主要从事隧道超前地质预报与监控量测及围岩稳定性研究工作。