GPR在重慶禮讓隧道中的應用

蘭昀正

【摘 要】本文以重慶禮讓隧道進口左洞ZK12+178-ZK12+228段為工程實例，采用探地雷達GPR方法對該施工段進行超前地質預報并對探測結果進行分析。發(fā)現(xiàn)在在ZK12+200至ZK12+228段除了圍巖比較破碎，穩(wěn)定性較低外還出現(xiàn)了比較多的裂隙水。ZK12+178至ZK12+228段兩者預報結果與實際施工情況基本相符。

【關鍵詞】安全監(jiān)測；超前預報；探地雷達；隧道

Research on Application of Ground Penetrating Radar and TGP206 in Chong Qing Li Rang Tunnel

LAN Yun-zheng

（University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083， China）

【Abstract】For advance geological forecast during tunnel construction， we take ZK12+178-ZK12+228 section of the left hole in tunnel as an engineering example. We used ground penetrating radar（GPR） during the period of construction. Finally we got the data and then made analysis for the results.

【Key words】Safety monitoring； Advance forecast； GPR； TGP206； Tunnel

0 引言

近年來，隨著一帶一路政策的推廣和落實，重慶的高速公路建設得到了飛速發(fā)展。由于重慶多山的地形特點，在修建公路時不可避免的要考慮是否修建隧道。一般情況下，穿山而過的公路隧道，要比開辟盤山鐵路或者公路要簡捷得多。因此重慶近年來長、特長隧道、隧道群大量地出現(xiàn)在各條高速公路中，而與此同時伴隨而來的問題也逐漸增多，地質條件的復雜性和施工難度也不斷增加。為了更準確的預測掌子面前方的復雜情況，超前地質預報開始被探索并被應用于隧道施工。超前地質預報方法歷經(jīng)歷數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)由單一的地質分析預報階段發(fā)展到地質分析結合地球物理探測的綜合預報階段，并取得了許多成功的工程案例，如李天斌[1]主持參與地質預報的鷓鴣山隧道，齊傳生等參與的圓梁山隧道[2]、李滄松[3]等參與的武隆隧道等。預報的方法很多，根據(jù)施工方法可分為超前探孔和物探方法。很多研究者將物探方法在各類公路隧道施工中的應用進行了實踐探索[4-8]。本文在分析GPR超前地質預報系統(tǒng)的探測原理的基礎上，將該物探方法應用于重慶禮讓隧道含軟弱巖層和破碎圍巖較多的ZK12+178-ZK12+328段，并對該段超前預報的效果進行討論。

1 工程概況

重慶禮讓隧道位于梁平縣七星鎮(zhèn)、禮讓鎮(zhèn)境內。隧道進口位于七星鎮(zhèn)金柱村蔣家溝；出口位于禮讓鎮(zhèn)河川村流長溝。隧道設計全長5519.15m（折算為左右洞平均值），為特長隧道，雙向四車道。禮讓隧道為左右線分離式隧道，隧道從進口和出口兩側相向施工，隧道左洞起訖樁號為ZK11+450.4～ZK16+968，隧道右洞起訖樁號為K11+450～ K16+970.7。施工方在施工過程中實施了超前預報、監(jiān)控量測、質量檢測、水文長測、瓦斯監(jiān)測、微地震監(jiān)測系統(tǒng)等監(jiān)控措施以確保施工安全。地質勘察報告中ZK12+178-ZK12+328段巖性為侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組地層，為灰黃、灰色、雜色粉砂質頁巖、粉砂質泥巖、石英砂巖互層；為塊狀結構，中厚層狀構造，頁巖頁理構造發(fā)育；巖體受地質構造影響較重，構造裂隙發(fā)育，巖體較完整，層間結合一般。

2 GPR在禮讓隧道中的應用

圖1 禮讓隧道掌子面測線布置圖

在禮讓隧道里程樁號為ZK12+178-ZK12+208，ZK12+203-ZK12+228段分別進行了探測，因施工影響，超前地質預報作業(yè)條件惡劣，結合現(xiàn)場條件以及探測要求，禮讓隧道進口左線掌子面雷達探測布線如圖1所示：在開挖地面上方1m處，從左邊墻向右邊墻方向測一次，再從右邊墻向左邊墻方向復測一次。探測結果可預測掌子面前0～30m進深范圍內的不良地質、水文地質、斷層及其破碎帶、圍巖類別及其穩(wěn)定性狀況。

對探測結果進行分析，通過對地質雷達探測得到的原始雷達波進行時間靜校正、去直流漂移、增益、背景去除、巴特沃斯帶通一維濾波及滑動平均等二維濾波處理，壓制和剔除干擾波，突出有效波，處理后的ZK12+178-ZK12+208雷達波如圖2所示。

圖2 ZK12+178-ZK12+208段地質雷達wiggle圖

結合地質雷達圖像分析結果和進行超前預報探測時掌子面圍巖地質情況進行綜合分析，初步推斷：禮讓隧道進口左線ZK12+178-ZK12+208段時間深度0-200ns（探測深度0-10m）范圍內圍巖完整性一般，節(jié)理發(fā)育，巖面潮濕；時間深度200-400ns（探測深度10-20m）范圍內左右兩側信號振幅偏大，初步推測有數(shù)條很發(fā)育的構造裂隙，左右前方探測深度10-18m范圍內可能有裂隙水存在。時間深度400-520ns（探測深度20-26m）范圍內局部巖體局部破碎，巖體整體完整性較差。時間深度520-600ns（探測深度26-30m）范圍內巖體中部較破碎，其余部分圍巖完整性一般，層理發(fā)育，巖面潮濕。

圖3 ZK12+203-ZK12+228段地質雷達wiggle圖

ZK12+203-ZK12+228 段結合地質雷達圖像分析結果和進行超前預報探測時掌子面圍巖地質情況進行綜合分析，初步推斷：禮讓隧道進口左線ZK12+203～ZK12+228段，掌子面前方探測深度0～9m和右前方17～25m范圍內推測此局部巖體圍巖完整性一般，圍巖層理發(fā)育，巖面潮濕。掌子面中，右前方9～16m推斷前方該深度范圍內局部巖體較破碎，巖體完整性較差；掌子面前方，探測深度13～25m范圍推測有幾條很發(fā)育的構造裂隙，可能有裂隙水。

3 總結

本文以重慶禮讓隧道ZK12+178-ZK12+228為研究對象，采用探地雷達物探方法對掌子面前方進行探測，在預報后的施工過程中，對比了兩種預報結果的準確程度，發(fā)現(xiàn)在ZK12+178至ZK12+200段兩者預報結果與實際施工情況基本相符。在ZK12+200至ZK12+225段除了圍巖比較破碎，穩(wěn)定性較低外還出現(xiàn)了比較多的裂隙水。

總而言之，超前地質預報能夠及時并較為準確的提供隧道掌子面前方的地質信息。在實際施工中建議靈活利用各個物探方法的特點，并將超前地質預報與地質分析與支護觀察相結合，不斷提升超前預報的準確性，為保障我國隧道施工安全做出貢獻。

【參考文獻】

[1]李天斌，孟陸波，朱勁，李永林，牟力.隧道超前地質預報綜合分析方法[J].巖石力學與工程學報，2009，12：2429-2436. LI Tianbin， MENG Lubo，ZHU Jin，LI Yonglin， MOU Li. The method of analysis for geological advanced prediction in tunnel[J]. Rock Mechanics and Geotechnical Engineering，2009，12：2429-2436.

[2]齊傳生，王洪勇.圓梁山隧道綜合超前地質預報技術[J].鐵道勘察，2004，05：52-56. QI Chuansheng，WANG Hongyong. Geological advanced prediction used in Yuan Liang Road[J]. Railway Investigation and surveying，2004，05：52-56.

[3]李蒼松，何發(fā)亮，丁建芳.武隆隧道巖溶地質超前預報綜合技術[J].水文地質工程地質，2005，02：96-100. LI Cangsong，HE Faliang，Ding Jianfang. Geological advanced prediction in karst geologic condition in Wu Long Tunnel[J]. Hydrology and Engineering Geology.

[4]魏劍濤.探地雷達的分析和研究[D].大連理工大學，2000. WEI Jiantao. The analysis and study of Ground Penetrating Rader [D].Da Lian Technology University，2000.

[5]吳俊，毛海和，應松，等.地質雷達在公路隧道短期地質超前預報中的應用[J].巖土力學，2003（S1）：154-157. WU Jun，MAO Haihe，YING Song，etal. Application of Ground Probing Radar to Short[J].Rock and Soil Mechanics，2003，24（ S1）：154-157.

[6]韓曉雷，葉逢春.地質雷達在公路隧道超前地質預報中方法探討[J].西部探礦工程，2009，21（6）：152-154. HAN Xiaolei， YE Fengchun. Discussion of Geological Radar in Geological Advanced Prediction of Road Tunnel [J].West-china Exploration Engineering，2009，21（6）：152-154.

[7]匡文龍，古德生，周科平，等.GPR 在高速公路隧道掘進中掌子面前方巖體結構超前預報工作中的應用[J].公路交通科技，2006，22（9）：111-114. KUANG Wenlong，GU Desheng，ZHOU Keping，et al.Application of GPR in Advanced Prediction of Rock Structure in Front of the Tunnel Face in the Highway Tunnel Digging Process [J].Journal of Highway and Transportation Research and Development，2005，22（9）：111-114.

[8]由廣明，劉學增，汪成兵.地質雷達在公路隧道超前地質預報中的應用[J].公路交通科技，2007，24（8）：92-95. YOU Guangming， LIU Xuezeng，WANG Chengbing. Practation of Geological Radar in Geological Advanced Prediction of Road Tunnel [J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development.

[責任編輯：湯靜]