TST技术与地质雷达法在蔡大岭隧道超前地质预报中的综合应用.pdf

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1、第卷第期生中国水运月 技术与地质雷达法在蔡大岭隧道超前地质预报中的综合应用张志国，张丽华。（大连理工现代工程检测有限公司，辽宁大连；大连理工大学建设工程学部结构实验室，辽宁大连）摘要：隧道在施工过程中，由于地质构造复杂，对工作面前方地质情况了解不清，盲目施工存在安全隐患，为了确保施工安全，减少并避免地质灾害的发生，采用了超前预报技术与地质雷达法相结合进行综合地质超前预报，通过对大连市路轨道延伸工程蔡大岭隧道的综合应用取得了很好的预报效果，为隧道施工提供科学的指导信息，确保施工安全。关键词：技术；地质雷达；超前预报中图分类号：引 言文献标识码：文章编号：（）一、裂隙、岩溶）具有不同的电性，在不同

2、电性的介质分界面上都会形成电性界面，在此界面反射信号返回被雷达主机接收，根据记录从发射经电性界面返回到接收天线的双程走时，可以得出目标体的位置和深度，通过数据处理得到探测地质雷达剖面图，该图反映掌子面前方不良地质特征位置及分布情况 】。三、应用实例工程概况隧道在施工前所处的地质体资料主要是通过地质调查、地面勘探、钻孔测量和地球物理勘查等方法获得的，这就很难充分了解隧道围岩和周围不良地质体的情况。因此在隧道施工过程中由于对工作面前方地质情况掌握不明，常常发生地质灾害，影响施工安全和工程进度。为了避免工程事故的发生采用科学先进的隧道超前地质预报技术预报开挖工作面前方地质构造，围岩性状、结构面发育情

3、况是必要的。本文通过采用中长距离预报并配合地质雷达高精度短距离预报的方式来判定掌子面前方的地质情况，为指导施工提供科学依据。二、方法原理超前预报技术蔡大岭隧道位于旅顺南路蔡家大岭，隧道进口里程，出口里程，隧道全长。隧道沿旅顺南路傍山而行，在平面上设置两段圆曲线，呈“”型布置。洞身最大埋深，整体埋深较浅，且存在大长段浅埋段。隧道设置两段下坡，坡度分别为一和一。，技术是隧道散射地震成像技术的简称，其观测系统采用空间布置，接收与激发系统布置在隧道两侧围岩中。地震波由小规模爆破产生，并由地震检波器接收。可有场区主要发育一条北东向断层，南海头一 孙家大岭断裂带（）。技术根据技术要求，本次在蔡大岭隧道超前

4、地质预报现场采集布置如图，从距离掌子面较近处两侧依次布置检波器个，间距 ，埋深，位置见一；爆炸震源个布置在两侧壁内，每侧个，每侧第个炮孔距最近检波器，其余个间距，埋深 ，炸药量，位置见；成孔采用风钻成孔，单发毫秒雷管，采用启爆器控制启爆，检波器端头通过炮泥耦合并且封堵孔口。效地判别和滤除侧面和上下地层的地震回波，仅保留掌子面前方回波，并能同时获得掌子面前方围岩的波速和地质体的位置图像，技术率先将二维方向滤波技术引入到隧道地质超前预报领域，并且按二维滤波技术的要求设计观测系统，有效解决三维波场的识别，分离和滤波问题。当地震波传播中遇到岩石强度变化大（如物理特性和岩石类型的变化、断层带、破裂区的出

5、现）的波阻抗界面时，部分地震波的能量被散射回来。散射信号的传播时间与散射界面的距离成正比，因此在准确获得围岩波速的情况下，能作为地质体位置的直接测量方法 】 。地质雷达法为了提高预报精度要在数据采集过程中注意以下几个方面：隧道内（ 施工机械、钻机等）噪音大，造成干扰信号太强要求停工配合；震源炸药量过大或过小，造成信号超幅或较弱，应根据围岩具体情况计算炸药量；炮泥太稀造成检波器端部与围岩接触不牢并且六炮分别逐次爆破使检波器震动后与炮泥握裹不牢影响接收效果，最好优先选用高塑性粘土；检波器孔与炮孔封堵不好产生较强干扰信号地质雷达法也称电磁波反射法，电磁波以宽频带短脉冲形式通过发射天线发射，经目标体反

6、射或透射，被接收天线所接收，电磁波的传播取决于物体的电性，不同的地质体（节理、收稿日期：一且有用信号较弱。在数据处理过程中要结合经验及现场情况作者简介：张志国（一），男，辽宁大连人，大连理工现代工程检测有限公司，主要从事桥隧检测工作。张丽华（一），女，大连理工大学博士研究生，毕业于石家庄铁道学院土木工程分院隧道方向，主要从事结构疲劳方面的研究工作。第期张志国等：技术与地质雷达法在蔡大岭隧道超前地质预报中的综合应用综合分析选取恰当参数，反复调试后最终确定。坐标 ：桩号”。 坐点豳 儿 图现场激发与接收方式地质雷达法本次数据采集使用瑞典地质雷达 主频天线采集，具体参数为采样频率， 、采样点数、时窗

7、长度、叠加次、采样间隔，信号触发方式采用键盘触发，通过电脑键盘与雷达控制系统的配合，确定一次采集一道数据，天线按固定间距移动后相继采集，该隧道采用台阶法施工针对掌子面的情况，水平布一条侧线如图所示。数据采集后通过后处理软件，将采集的类型数据转换为数据，对数据进行去直流漂移、自动增益控制、巴特沃斯带通滤波、滑动平均等滤波处理，得到雷达剖面图结合掌子面情况进行地质综合解释。筐一隧麟拦鲐图天线测线布置图预报结果及地质解释数据采集完成后通过软件处理，过程主要包括：地震记录数据格式转换、地震记录选取、地震数据预处理、观测系统几何位置编辑、坏道剔除，地震波场方向滤波、围岩波速分析、地质体偏移成像、波速分布

8、成像。地质构造偏移成像图解释：横坐标为隧道里程，纵坐标为隧道横向距离，通过波速分布推断掌子面前方岩体力学性状，波速高表示岩体结构完整致密，波速低表示岩体破碎，从偏移图像看蓝色条纹表示岩体由硬变软的界面，红色表示由软变硬的界面，先蓝后红的组合表明存在断裂构造带。本次预报蔡大岭隧道掌子面前方范围内的地质情况。利用偏移图像图和波速分布图并结合地质资料分析得出以下预报结果：蔡大岭隧道出口段的地质情况可分成三段，第一段从到，长，该长度范围内岩体波速为，岩体较完整，局部较破碎，裂隙较发育，以微张型裂隙为主，稳定性较差，属中强风化岩体，级围岩；第二段从到，长，该长度范围内岩体波速为 ，岩体破碎，裂隙发育，以

9、张开型裂隙为主，多为泥混岩屑充填，稳定性差，属强风岩体，级围岩；第三段从到，长，该长度范围内岩体波速为 ，岩体较破碎，局部破碎，裂隙较发育，以张开型裂隙为主，多为泥混岩屑充填，稳定性较差，属中强风化岩体，级围岩；附近有兰红组合，可能存在破碎带。图蔡大岭隧道段地质构造偏移成像图蔡大岭隧道段速度曲线分布确壤蜓群掌子面巧耋罄嚣黼黼啪图雷达剖面图当现场开挖至附近发现掌子面围岩渗水，鉴于预报的第二段到范围内围岩差，为确认前方具体情况，在掌子面采用了地质雷达探测掌子面前方范围内的地质变化情况，参考雷达琳聪瓣剖面图地质解释为在掌子面前方的区段范围内（距离深度，参考电磁波速度为），在此区段内，掌子面右半部分区

10、域，电磁波信号反射较少，信号频率表现为中偏高频，信号振幅较弱，无震荡表现，结合掌子面地质情况，初步判断，此区段范围内，岩体较破碎，裂隙较发育；局部渗水。掌子面左半部分区域，电磁波反射信号较强，信号同相轴连续，信号频率表现为低频，信号振幅强，有较为强烈的震荡信号，结合掌子面情况及地质勘查资料，初步判断此区段内，岩体破碎，裂隙发育，含水量较大，通过实际开挖与预报情况基本吻合。四、结论（）通过在蔡大岭隧道超前地质预报中采用技术和地质雷达法，提高了预报精度，了解了工作面前方和周围的地质变化情况，对围岩级别进行动态划分，便于及时采取相应措施通过不良区域，为隧道施工提供科学的指导信息，确保了施工安全。（

11、）软件参数的选择要标准化但不能机械化，注重图像的地质解释与地勘资料及地质观察素描相结合，反复验证积累经验，从而提高预报的准确度。（下转第 页）第期肖斌等：某高速公路桥梁加固设计及施工工艺分析口受拉或者受压型钢与截面形心间的距离。影响，植筋施工应按孔位附近有植筋锚固技术暂行规定根据公路桥涵通用设计规范，作用在背墙外荷载主要有和设计要求进行。墙后土压力和车辆荷载。车辆荷载引起的土侧压力，那下式裂缝灌胶处理换算成等代均布土层厚度（）计算：对所有宽度大于的裂缝进行灌浆处理，灌浆采。用优质环氧灌缝胶。选用粘度适宜的灌浆胶，确保裂缝之间其中：一土的重力密度；的胶体能够均匀密实地渗透进去。施工开始前应先确认

12、裂缝表面封闭胶等产品合格证、产品质量检验报告。灌浆结束后布置在， 面积内的车轮的总重力（）；应检查不强效果及质量，凡有不密实或重新开裂等外观不合 。 背墙后挡墙墙填土的破坏棱体的长度（ ）；格的情况，应及时采取补灌等补救措施，确保工程质量。背墙横向全宽（）。五、注意事项截面受压面加固型钢其正截面承载力：采用增大截面法和型钢加固法加固时，在设计时应考 （）厂二 虑结构刚度的变化以及应变滞后现象，设计过程中采取有效 的措施使新旧混凝土协同工作，结构牢固。为了快速提高混凝土早期强度，应在背墙中加入早强剂。其中：为等效应力图形的混凝土受压高度；从整个施工过程来看，植筋工序是极为关键的步骤，秕为槽钢的抗

13、压强度设计值和截面面积。应注意植筋的施工工艺和焊接工艺，务必保证质量。在保证组合截面承载力的前提下，经计算采用槽钢加固裂缝灌胶后，应按规范检查补强效果和质量，发现缺后新增截面高度仅为，不仅减小新增混凝土截面高度，陷及时补救，确保工程质量。还缩短了施工时间。六、结论台帽和挡块加固。对台帽裂缝进行封闭和压浆处理，本工程采用了型钢补强法和增加截面法相结合的新的加将已经开裂的旧有挡块完全清除，然后在原有台帽基础上植固方法，在用型钢加固原结构的同时利用原结构作为新结构筋，浇注处新的抗震挡块。的施工期支持模板，最后新结构与加固后的旧结构共同作用，破损搭板、路面的处理。重新浇注搭板和路面。提高结构承载力满足

14、现行荷载要求。且缩短了施工工期，由四、相关施工工艺分析原定计划的缩短到了，大大缩短了施工时间，加固植筋后效果明显，快速的恢复了交通，提前解决了因施工带来的固定型钢、增加的耳背墙和挡块都需要在原台帽上进行交通压力。因此本工程采用了型钢加固法和增加截面法相结植筋。材料。植筋结构胶采用优质的改性环氧树脂类植筋合的新的加固方法是相当有效的。结构胶。植筋结构胶应具有良好的触变性，足够的粘结强度参考文献和耐久性、其性能应符合混凝土结构加固技术规范【 】，混凝土结构加固设计规范【中华人民共（）、混凝土结构反锚固技术规范和国建设部、国家质量监督检验检疫总局联合发布，（）或公路桥梁加固设计规范，（ ）的基本性能

15、指标要求。植筋锚固的添【 】魏东肾公路桥梁加固方法简述卟中华建设科技，加剂其填料必须在工厂制胶时添加，严禁在施工现场加入。：植筋过程中的施工工艺。钻孔：孔深与锚固埋设深度相同， 】李恒林桥梁加固技术应用分析 （）孔径比锚筋大，孔位应避让构造钢筋，孔道顺直。 崔国喜，潘发晶，靳建立混凝土桥梁补强加固技术清理钻孔：孔道先用硬鬃毛刷清理，在以高压干燥空气吹出华北水利水电学院学报，（）：孔底灰尘、碎片和水分，孔内应保持干燥。灌胶：将植筋胶【 黄福伟，许晓锋，郑万山桥梁抗震加固技术现状及发展由孔底灌注至孔深处，待插入锚筋后，胶即充满整个孔趋势 公路交通技术，（）：中华人民共洞。插入锚筋：锚筋插入前应清楚

16、插入部分的表面污物，并和国行业标准水利水电工程土工合成材料应用技术规需插到孔底，插入多余胶应清楚。污物应以钢刷清除，再用范（）丙酮擦净，并揩拭干。在胶液干固之前，避免扰动锚固钢筋 】卜良桃、王济川桥梁结构加固改造设计与施工【 长沙：和在孔位有明水。为确保加固施工质量，减少焊接对植筋的湖南大学出版社。（上接第页）地质预报中的应用卟工程勘察， ，（）：参考文献 】赵永贵，蒋辉超前预报技术的缺陷与技术【 谯勉江，莫裕科，刘洪炼等技术在石棉隧道超前地的应用】 工程地球物理学报，（）：质预报中的应】工程地球物理学报，（）： 】曾昭发，刘四新，王者江等探地雷达方法原理及运用【 【 肖启航，谢朝娟技术在贵州高速公路顶效隧道超前 李大心探地雷达方法及应用【】北京：地质出版社，