地质雷达超前预报探测雷达  产地：俄罗斯

工程概况

贵州坪隧道为分幅隧道，左幅起讫桩号为ZK87+290~ ZK89+815，全长2525m，左线ZK87+290处设计高程为822.85m；隧道单洞建筑界限宽×高为10.25×5m，设计荷载：公路Ⅰ级。

 

2.1.1地形、地貌

隧址区微地貌位于中低山坡顶及斜坡坡脚地段，地貌上属构造剥蚀中低山地貌，横坡15～30°，场地最低标高约765m，最高处标高约1085m，相对高差约320m；拟建隧道进出口均位于中低山缓坡地带，隧道穿越中低山，通过地段冲沟不发育；进口地质探测雷达超前预报现场工程案例推荐线轴线走向与岩层走向夹角58～62°。隧址区进口段第四系松散堆积层分布较薄，大部分地段基岩裸露，植被较发育；隧址区出口段第四系松散堆积层分布较厚，植被总体较发育，缓斜坡部位多为农田。进口段位于中低山陡坡处，洞口区无明显冲沟，山体基岩裸露，斜坡体在自然状态下处于稳定状态；出口段位于中低山缓斜坡处，洞口区无明显冲沟，第四系松散堆积层分布较厚，斜坡体在自然状态下处于稳定状态。

2.1.2 水文地质条件

隧址区地表水主要为大气降水、微冲沟沟水及农田灌溉水。大气降水因地形坡度较陡，雨水排泄较快，顺势注入沟中，斜坡上无自然积水。

隧址区地下水类型分第四系松散堆积层孔隙水及碎屑岩风化裂隙水两种。

第四系松散堆积层孔隙水：主要赋存于残坡积层中，受大气降水补给，顺层径流向金家沟排泄，其透水性及富水性较好，局部含滞水，无统一地下水面，量微，对拟建隧道影响小。

碎屑岩风化裂隙水：赋存于岩层风化裂隙中，主要受大气降水、上层滞水等渗透补给，顺层径流排泄，富水条件也较差，故隧址区地下水总体较贫乏。据本次勘察钻孔钻孔提水试验成果（详见附表N0贵隧5-1～N0贵隧5-2），岩层渗透系数碎屑岩类2.14×10-4～7.81×10-5m/d。

隧址区气候属亚热带湿润季风气候，受季风影响显著，年平均降雨量为1137.8mm。

2.2工程地质条件

2.2.1 地层岩性

据地面调查及钻探揭露，进口地质探测雷达超前预报现场工程案例隧址区地层为两大类：第四系全新统残坡积层（Q_l^4ed）、第四系全新统崩坡积层（Q_l^4cd）及古生界志留系韩家店组（S₁h）岩层、古生界志留系下统石牛栏组（S₁sh）岩层及古生界志留系下统龙马溪组（S _l 1）岩层。

2.2.2 地质构造与地震

场地处于川黔南北向构造带与北东向构造带交接的复合部位，北与新华夏系第三沉降带的“四川盆地”相接，构造形迹主要为经向构造体系、华夏系构造体系。线位主要构造有桑木场背斜：位于习水县城西南12km的鲁城、桑木场一带，总体轴向北东40～50°，轴长约63km，核部为主要为寒武系地层，南东翼主要为侏罗系地层，北西翼主要为白垩系地层。两翼倾角15～35°，为南西宽缓北东狭窄基本对称的圆顶背斜。根据1：20万桐梓幅区域地质资料，该拟建隧道区内，地质构造条件简单，隧址区内无大的断裂构造通过，仅在隧道出口段受二郎滩断裂的逆掩断层之影响，岩体破碎，新构造运动微弱，属相对稳定期，基底岩层岩性为古生界志留系下统韩家店组岩层（S₁h）钙质页岩、泥质灰岩、灰岩，岩层优势产状276°∠26°；古生界志留系下统石牛栏岩层（S₁sh）灰岩，岩层产状276°∠26°；古生界志留系下统龙马溪组岩层（S _l 1）炭质页岩、泥质灰岩，岩层优势产状275°∠23°；覆盖层为第四系全新统残坡积堆积层（Q_l^4ed）、第四系全新统崩坡积堆积层（Q_l^4cd）。

隧址区内晚近期构造运动轻微。

隧址区属贵州省习水县，据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组。应根据《公路工程抗震规范》（JTG B02-2013）的相关规定进行设防。

2.3 区域地质稳定性评价

据1：20万桐梓幅区域地质资料，隧址区内地质构造条件较简单，仅出口段受二郎滩断裂的逆掩断层之影响，岩体破碎，区内的控制性断裂无活动性表现，总体而言，区域构造目前处于相对较弱时期，区域构造稳定性较好，现属相对稳定期。

2.4主要技术指标

贵州坪隧道起讫桩号与长度、主要技术指标，见表2.1、表2.2所示。

表2.1 贵州坪隧道长度、桩号一览表

 

 

表2.2 贵州坪隧道主要技术指标

 

基本方法和原理

 

“TGS-360Pro” 系统地震波超前预报方法3D-3C是基于不同极化反射地震波来记录的，可以选择不同的震源（大锤，液压锤）和炸药。锤击震源在合适的地质条件下能够达到150米的探测范围，炸药震源可达几百米。弹性波记录系统预设了三组分（3C）检波器的可选分配，可将它们分布在隧道壁等位置，（一共3-10个检波器）。

该技术的理念是专注于航空无线电定位每个3C检波器的工作原理提出了一个定向覆盖锥形雷达（锥角为45°）。经过极化处理的波场根据每个检波器，在迁移映射的结果，所有覆盖锥还原成一在面部的中心点。

在多个振源位置（连续）激发情况下，完整波场矢量分量记录被在现场处理系统，确保在任何方向从四面（前面，后面，两边）收到地块的可靠而稳定的总结性参数化三维图像。该参数图像可以可靠地识别地块分离元素（地块材料损坏的垂直区对应于地块接触不同的地球动力学状态）；通过处理得到的图像可以判别涌水，冒顶和含水区域及破碎带等隧道前方危险情况。

传感器及震源布置方法

 

TGS-360Pro的震源及传感器布置方法共两种方式，下图所示：

 

 

 

 

本次测试现场掌子面围岩状况较好，无碎石掉落适合在掌子面布置传感器；

 

探测图像结果及分析

 

TGS-360Pro探测结果参考丰富如泊松比、杨氏模量、速度等，下图是可以直观看出前方150米围岩情况；

 

图5-1-1显示的结果为掌子面前方围岩的完整情况；掌子面桩号为ZK88+313，从图像可以看出掌子面前方ZK88+333----ZK88+353之间有明显信号反射区域且信号较明显，可能存在围岩较掌子面破碎或断层区域；桩号ZK88+375----390之间存在明显的信号反射区域，推断此区域可能存在较掌子面破碎带；桩号ZK88+410---430段，此段区域信号反射稍强且信号反射较杂乱，推断此区域局部存在较掌子面破碎区域；

 

图5-1-2像共反应4处可能存在水含量较大的区域，其中ZK88+333---348段含水信号明显，推断此区域可能存在涌水区，涌水情况可能在强于掌子面；其他三处反射较弱，局部有涌水，涌水情况较掌子面稍强；

 

3D数据图像参考：

 

 

泊松比、杨氏模量、波速结果图像：

泊松比：

 

 

杨氏模量：

 

波速：

 

 

探测结论

通过查看数据图像结合现场掌子面情况及相关地质勘查资料，本次对ZK88+313～ZK88+480里程段进行了预报；结论如下：

1、ZK88+333～353段有明显信号反射区域且信号较明显，可能存在围岩较掌子面破碎或断层区域；ZK88+333---348段含水信号明显，推断此区域可能存在涌水区，涌水情况可能在强于掌子面；

2、ZK88+375----390之间存在明显的信号反射区域，推断此区域可能存在较掌子面破碎带，局部有涌水，涌水情况较掌子面稍强；

3、ZK88+410---430段，此段区域信号反射稍强且信号反射较杂乱，推断此区域局部存在较掌子面破碎区域；

 

验证对比结果

数据处理分析后我们把可能存在异常的区域里程桩号提前通知到现场技术工程师；在掌子面开挖到ZK88+330处时，拱顶部位发现了断层破碎区域，掌子面下方出现了较大的涌水情况；

 

 

现场桩号照片：

 

现场情况和结果对照：