超前地質(zhì)預(yù)報在超大斷面巖溶性隧道中的應(yīng)用

劉 暢 常紅濱

(中建八局第一建設(shè)有限公司,山東 濟(jì)南 250014)

1 工程概況

港溝隧道位于濟(jì)南市歷城區(qū)太平莊村東北側(cè)，進(jìn)口位于港溝村西南側(cè)，出口位于濟(jì)南民兵訓(xùn)練中心南側(cè)，采用上、下行分離的獨立雙洞，采用隧道進(jìn)、出口雙向掘進(jìn)的方法進(jìn)行施工。左線里程K10+460～K11+565，總長1 105 m；右線里程YK10+459.2～YK11+550.6，總長1 091.4 m。隧道設(shè)計為單向4車道，雙向8車道，開挖凈寬為20 m，高度13.5 m，開挖斷面為220 m2，屬超大斷面隧道，斷面之大國內(nèi)外實屬罕見。

隧址區(qū)地勢起伏較大，圍巖以奧陶系寒武紀(jì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主，受局部地質(zhì)構(gòu)造活動影響，局部節(jié)理密集帶或構(gòu)造斷裂帶發(fā)育，等級范圍為Ⅲ～Ⅴ。隧址區(qū)發(fā)育2條斷裂破碎帶，沿構(gòu)造產(chǎn)生的節(jié)理裂隙發(fā)育形成溶洞。

隧道斷面跨度大、圍巖巖性差對隧道施工技術(shù)控制提出了更高的要求，在依據(jù)圖紙施工的基礎(chǔ)上還必須根據(jù)隧道現(xiàn)場施工的實際工程地質(zhì)條件調(diào)整設(shè)計參數(shù)、保障施工安全。

2 地質(zhì)雷達(dá)超前預(yù)報

為及時準(zhǔn)確的了解隧道施工掌子面前方圍巖的工程地質(zhì)情況，降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的機(jī)率和危害程度，優(yōu)化工程設(shè)計及施工方案，隧道施工引進(jìn)了美國GSSI公司設(shè)計生產(chǎn)的SIR-3000型雷達(dá)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，如圖1所示。

地質(zhì)雷達(dá)(Ground Penetrating Radar，簡稱GPR)也稱作探地雷達(dá)，是一種電磁探測技術(shù)，它利用地下介質(zhì)對廣譜電磁波(107 Hz～109 Hz)的不同響應(yīng)來確定地下介質(zhì)的分布特征。主要是通過觀測位移電流的變化來實現(xiàn)其探測目的。發(fā)射天線將高頻短脈沖電磁波定向送入地下，電磁波在傳播過程中遇到存在電性差異的地層或目標(biāo)體就會發(fā)生反射和透射，接收天線收到反

射波信號并將其數(shù)字化，然后由電腦以反射波波形的形式記錄下來。對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理后，通過分析這些攜有地下介質(zhì)電信息的電磁波，可根據(jù)其旅行時間、幅度和波形，判斷地下目標(biāo)體的空間位置、結(jié)構(gòu)及其分布。

為保障探測結(jié)果的準(zhǔn)確度并能夠指導(dǎo)現(xiàn)場施工，超前地質(zhì)探測一次預(yù)報長度設(shè)計為30 m，預(yù)報搭接里程為5 m左右。

3 超前地質(zhì)預(yù)報的現(xiàn)場應(yīng)用

隧道左洞施工至K11+145樁號時，隧道圍巖為Ⅲ級，采用臺階法開挖，對掌子面進(jìn)行超前地質(zhì)探測，探測長度為30 m。

3.1 測線及探測具體步驟

1)在洞外完成設(shè)備連接調(diào)試，一人持?jǐn)?shù)據(jù)接收設(shè)備，兩人持地質(zhì)雷達(dá)。

2)測試時掌子面工作暫停，由現(xiàn)場工人協(xié)助，清理掌子面、移走機(jī)械設(shè)備及開挖臺車，防止對雷達(dá)信號造成干擾。

3)探測時使地質(zhì)雷達(dá)垂直緊貼掌子面，沿預(yù)定測線沿掌子面緩慢移動，完成數(shù)據(jù)采集。

測線布置見圖2。

3.2 探測結(jié)果分析

超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果如圖3所示。

對探測結(jié)果分析可得出，里程樁號K11+145～K11+137段，雷達(dá)反射波振幅相對較大，反射波強(qiáng)烈，表明該段圍巖巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，圍巖完整性差，穩(wěn)定性較差。

里程樁號K11+137～K11+115段，雷達(dá)反射波波幅穩(wěn)定，頻率較低，表明該段圍巖巖體完整性一般，節(jié)理裂隙較少，圍巖穩(wěn)定性較好。

4 施工參數(shù)的調(diào)整

對樁號K11+148～K11+146段進(jìn)行爆破開挖后，發(fā)現(xiàn)掌子面圍巖巖性出現(xiàn)變化，掌子面圍巖破碎且存在夾泥情況，如圖4所示。證實了超前地質(zhì)預(yù)報的準(zhǔn)確性。

為保障施工安全，對隧道原初期支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，減小拱架間距并增加超前小導(dǎo)管支護(hù)措施，支護(hù)參數(shù)調(diào)整情況如表1所示。

表1 K11+148～K11+141段支護(hù)參數(shù)調(diào)整情況

5 隧道斷面收斂位移觀測

為保障施工安全，在樁號K11+140斷面加設(shè)隧道收斂變形觀測點，具體測點位置如圖5所示。

隧道上臺階開挖后，對拱頂及兩肩窩控制點進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控量測，監(jiān)控量測結(jié)果如圖6所示。

由圖6可看出，斷面K11+140沉降速率隨隧道掌子面推進(jìn)逐漸減小，其中斷面開挖8 d內(nèi)隧道變形速率較大后趨于平穩(wěn)。35 d后拱頂累計沉降值10.6 mm，兩肩窩相對位移值為13.2 mm。沉降變化量在允許范圍內(nèi)，表明采取的支護(hù)技術(shù)方案在技術(shù)上是可行的。

6 結(jié)語

超大斷面巖溶性隧道的建設(shè)對隧道施工技術(shù)提出了更高的要求，通過采用超前地質(zhì)預(yù)報的方式能夠較準(zhǔn)確的了解隧道掌子面前方圍巖的實際狀況，并通過超前地質(zhì)預(yù)報情況及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)，降低了安全風(fēng)險，保障了施工安全，對類似條件下的隧道施工具有一定的借鑒意義。