超前地质预报在榆绥高速米脂1号隧道的应用

超前地质预报在榆绥高速米脂1号隧道的应用
黄正涛
【摘要】结合米脂1号隧道的地质条件,采用地质雷达法进行超前地质预报工作,通过对测试参数的调整及专业检测人员的综合分析,结果表明:地质超前预报在隧道施工中取得了良好的预报效果,确保了隧道的施工安全.
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2013(039)021
【总页数】2页(P192-193)
【关键词】地质雷达;超前地质预报;隧道;施工安全
【作者】黄正涛
【作者单位】陕西交建公路工程试验检测有限公司,陕西西安710117
【正文语种】中文
【中图分类】U452.11
1 工程概况
米脂1号隧道设计为双洞分离式，分左线和右线两座隧道。

米脂1号隧道左线起止桩号为ZK91+603～ZK93+225，长1 622 m，按长度划分为长隧道，右线起止桩号为YK91+613～YK93+270，长1 657 m，按长度划分也为长隧道。

米脂1号隧道位于鄂尔多斯断块伊陕斜坡区，中、新生代以来，地壳一直处于相对稳定和振荡性升降的状态，区内褶皱、断层不发育，地震活动轻微，地壳属于相
对稳定的构造区。

地层岩性主要包括粉土、黄土、强风化砂岩和弱风化砂岩等。

隧址区未发现地表水，地下水主要是基岩裂隙水，涌水量较小。

2 地质雷达的工作原理
本次超前地质预报采用的是地质雷达法，地质雷达法是目前预报方法中最常见的方法之一，原理上属于电磁波地质超前预报方法，按预报长度属于中距离预报法，在与其他预报方法的比较中，具有预报时间短、预报准确度高、仪器操作简单、数据分析效率高等特点。

地质雷达主要由笔记本电脑(采集数据)、主机、电缆和天线四个部分组成。

地质雷达的工作原理是:发射天线把高频电磁波(106 MHz～109 MHz)以宽频带脉冲形式发射出去，电磁波在介质中传播，遇到不同的介质如岩层分界面、空洞时一部分电磁波就会反射回去，经接收天线R接收。

电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电磁特性和几何形态而变化，所以对接收信号进行分析处理，可判断地下的结构或埋藏物等。

探地雷达的工作原理如图1所示。

根据发射信号与接收信号的时间差ΔT，以及电磁波在地下的传播速度V，可以算出目标体所处的深度:
3 超前地质预报的方法
3.1 检测仪器
本次地质超前预报检测仪器是瑞典MALA公司生产的CU-Ⅱ型地质雷达，为了保证本次地质超前预报的预报距离和预报准确度(抗干扰能力)，本次预报选用100 MHz屏蔽天线进行预报，预报距离会随着地质情况的不同略有差别，一般情况下能够探测到掌子面前方25 m～35 m岩层的地质情况，地质雷达主机及天线如图2所示。

3.2 测线、测点布设
按JTG F60-2009公路隧道施工技术规范的要求，地质雷达法超前预报在掌子面应布设不少于2条横向水平测线，为了提高预报的准确度，本次预报工作采取了线测与点测相结合的布设方法进行预报，测线及测点的布设图见图3。

3.3 雷达图像的判读
地质雷达通过接收天线接收到的电磁波信号经过模数转换处理后送到主机，经过数据处理后形成地质雷达的波形图，如果在探测范围内围岩的地质情况相对于掌子面的地质情况有差异，在地质雷达的波形图中就会出现异常的反射波，通过对地质雷达波形图进行处理，可以推算出地质情况变化的性质与范围，从而为隧道的开挖掘进提供了可靠的地质资料。

4 预报成果
4.1 岩层界面的预报
根据米脂1号隧道的设计资料，右线洞口至YK91+750段围岩以中更新统黄土为主，松散结构，围岩整体稳定性极差，YK91+750～YK91+760段围岩将逐渐以层状分布的强风化砂岩为主，但隧道掘进YK91+780处时掌子面围岩仍以黄土为主。

本次预报掌子面桩号为YK91+785，岩性以松散结构的中更新统黄土为主，由雷达检测波形图分析得知:YK91+785～YK92+791段围岩特征与目前掌子面基本一致，YK91+791～YK92+795段围岩将逐渐以强风化砂岩为主，围岩整体稳定性将逐渐增强(见图4)。

隧道掘进至YK91+786时发现掌子面底部分布一层3 m高的强风化砂岩，层状结构，底部以黄土为主，与地质雷达预报的地质情况基本一致。

4.2 断层破碎带的预报
根据米脂1号隧道的设计资料，ZK92+350～ZK92+370段围岩为强风化砂岩破
碎带，节理裂隙很发育，但隧道掘进ZK92+380处时掌子面围岩仍以层状砂岩为主，节理不发育，围岩整体稳定性较好。

本次预报掌子面桩号为ZK92+387，岩
性以层状砂岩为主，节理不发育，由雷达检测波形图分析得知:ZK92+387～
ZK92+389段围岩特征与目前掌子面基本一致，ZK92+389～ZK92+402段围岩
将逐渐以强风化砂岩为主，节理裂隙很发育，局部位置将有少量裂隙水，围岩整体稳定性变差(见图5)，建议根据围岩情况谨慎掘进，并注意加强支护，做好施工安全监控。

隧道掘进至ZK92+390时发现掌子面以强风化砂岩为主，节理裂隙很发育，掌子
面底部左侧有少量裂隙水，围岩整体稳定性变差，与地质雷达预报的地质情况基本一致。

5 结语
通过对米脂1号的地质超前预报，现场预报的过程中结合米脂1号隧道的地质条件，分析掌子面前方可能出现的不良地质体，通过对地质雷达测试参数的调整及专业检测人员的综合分析，地质超前预报在米脂1号隧道施工过程中取得了良好的
预报效果。

米脂1号隧道地质超前预报不仅在施工过程中弥补了勘察设计的不足，还可以有效地指导隧道开挖掘进工作，及时准确地预测隧道开挖前方不良地质体的分布，提前采取预防性措施，有效地避免了塌方、涌突水、岩爆、大变形等地质灾害的发生，作为施工地质勘察的一个重要补充，确保了榆绥高速公路米脂1号隧
道的施工安全，取得了良好的经济和社会效益。

参考文献:
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