地質(zhì)雷達(dá)超前預(yù)報探測雷達(dá)  產(chǎn)地：俄羅斯

工程概況

貴州坪隧道為分幅隧道，左幅起訖樁號為ZK87+290~ ZK89+815，全長2525m，左線ZK87+290處設(shè)計高程為822.85m；隧道單洞建筑界限寬×高為10.25×5m，設(shè)計荷載：公路Ⅰ級。

 

2.1.1地形、地貌

隧址區(qū)微地貌位于中低山坡頂及斜坡坡腳地段，地貌上屬構(gòu)造剝蝕中低山地貌，橫坡15～30°，場地最低標(biāo)高約765m，最高處標(biāo)高約1085m，相對高差約320m；擬建隧道進(jìn)出口均位于中低山緩坡地帶，隧道穿越中低山，通過地段沖溝不發(fā)育；進(jìn)口地質(zhì)探測雷達(dá)超前預(yù)報現(xiàn)場工程案例推薦線軸線走向與巖層走向夾角58～62°。隧址區(qū)進(jìn)口段第四系松散堆積層分布較薄，大部分地段基巖裸露，植被較發(fā)育；隧址區(qū)出口段第四系松散堆積層分布較厚，植被總體較發(fā)育，緩斜坡部位多為農(nóng)田。進(jìn)口段位于中低山陡坡處，洞口區(qū)無明顯沖溝，山體基巖裸露，斜坡體在自然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)；出口段位于中低山緩斜坡處，洞口區(qū)無明顯沖溝，第四系松散堆積層分布較厚，斜坡體在自然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.1.2 水文地質(zhì)條件

隧址區(qū)地表水主要為大氣降水、微沖溝溝水及農(nóng)田灌溉水。大氣降水因地形坡度較陡，雨水排泄較快，順勢注入溝中，斜坡上無自然積水。

隧址區(qū)地下水類型分第四系松散堆積層孔隙水及碎屑巖風(fēng)化裂隙水兩種。

第四系松散堆積層孔隙水：主要賦存于殘坡積層中，受大氣降水補給，順層徑流向金家溝排泄，其透水性及富水性較好，局部含滯水，無統(tǒng)一地下水面，量微，對擬建隧道影響小。

碎屑巖風(fēng)化裂隙水：賦存于巖層風(fēng)化裂隙中，主要受大氣降水、上層滯水等滲透補給，順層徑流排泄，富水條件也較差，故隧址區(qū)地下水總體較貧乏。據(jù)本次勘察鉆孔鉆孔提水試驗成果（詳見附表N0貴隧5-1～N0貴隧5-2），巖層滲透系數(shù)碎屑巖類2.14×10-4～7.81×10-5m/d。

隧址區(qū)氣候?qū)賮啛釒�濕潤季風(fēng)氣候，受季風(fēng)影響顯著，年平均降雨量為1137.8mm。

2.2工程地質(zhì)條件

2.2.1 地層巖性

據(jù)地面調(diào)查及鉆探揭露，進(jìn)口地質(zhì)探測雷達(dá)超前預(yù)報現(xiàn)場工程案例隧址區(qū)地層為兩大類：第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q_l^4ed）、第四系全新統(tǒng)崩坡積層（Q_l^4cd）及古生界志留系韓家店組（S₁h）巖層、古生界志留系下統(tǒng)石牛欄組（S₁sh）巖層及古生界志留系下統(tǒng)龍馬溪組（S _l 1）巖層。

2.2.2 地質(zhì)構(gòu)造與地震

場地處于川黔南北向構(gòu)造帶與北東向構(gòu)造帶交接的復(fù)合部位，北與新華夏系第三沉降帶的“四川盆地”相接，構(gòu)造形跡主要為經(jīng)向構(gòu)造體系、華夏系構(gòu)造體系。線位主要構(gòu)造有桑木場背斜：位于習(xí)水縣城西南12km的魯城、桑木場一帶，總體軸向北東40～50°，軸長約63km，核部為主要為寒武系地層，南東翼主要為侏羅系地層，北西翼主要為白堊系地層。兩翼傾角15～35°，為南西寬緩北東狹窄基本對稱的圓頂背斜。根據(jù)1：20萬桐梓幅區(qū)域地質(zhì)資料，該擬建隧道區(qū)內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造條件簡單，隧址區(qū)內(nèi)無大的斷裂構(gòu)造通過，僅在隧道出口段受二郎灘斷裂的逆掩斷層之影響，巖體破碎，新構(gòu)造運動微弱，屬相對穩(wěn)定期，基底巖層巖性為古生界志留系下統(tǒng)韓家店組巖層（S₁h）鈣質(zhì)頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，巖層優(yōu)勢產(chǎn)狀276°∠26°；古生界志留系下統(tǒng)石牛欄巖層（S₁sh）灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀276°∠26°；古生界志留系下統(tǒng)龍馬溪組巖層（S _l 1）炭質(zhì)頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r，巖層優(yōu)勢產(chǎn)狀275°∠23°；覆蓋層為第四系全新統(tǒng)殘坡積堆積層（Q_l^4ed）、第四系全新統(tǒng)崩坡積堆積層（Q_l^4cd）。

隧址區(qū)內(nèi)晚近期構(gòu)造運動輕微。

隧址區(qū)屬貴州省習(xí)水縣，據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010），抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計地震分組為第一組。應(yīng)根據(jù)《公路工程抗震規(guī)范》（JTG B02-2013）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)防。

2.3 區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定性評價

據(jù)1：20萬桐梓幅區(qū)域地質(zhì)資料，隧址區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造條件較簡單，僅出口段受二郎灘斷裂的逆掩斷層之影響，巖體破碎，區(qū)內(nèi)的控制性斷裂無活動性表現(xiàn)，總體而言，區(qū)域構(gòu)造目前處于相對較弱時期，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好，現(xiàn)屬相對穩(wěn)定期。

2.4主要技術(shù)指標(biāo)

貴州坪隧道起訖樁號與長度、主要技術(shù)指標(biāo)，見表2.1、表2.2所示。

表2.1 貴州坪隧道長度、樁號一覽表

 

 

表2.2 貴州坪隧道主要技術(shù)指標(biāo)

 

基本方法和原理

 

“TGS-360Pro” 系統(tǒng)地震波超前預(yù)報方法3D-3C是基于不同極化反射地震波來記錄的，可以選擇不同的震源（大錘，液壓錘）和炸藥。錘擊震源在合適的地質(zhì)條件下能夠達(dá)到150米的探測范圍，炸藥震源可達(dá)幾百米。彈性波記錄系統(tǒng)預(yù)設(shè)了三組分（3C）檢波器的可選分配，可將它們分布在隧道壁等位置，（一共3-10個檢波器）。

該技術(shù)的理念是專注于航空無線電定位每個3C檢波器的工作原理提出了一個定向覆蓋錐形雷達(dá)（錐角為45°）。經(jīng)過極化處理的波場根據(jù)每個檢波器，在遷移映射的結(jié)果，所有覆蓋錐還原成一在面部的中心點。

在多個振源位置（連續(xù)）激發(fā)情況下，完整波場矢量分量記錄被在現(xiàn)場處理系統(tǒng)，確保在任何方向從四面（前面，后面，兩邊）收到地塊的可靠而穩(wěn)定的總結(jié)性參數(shù)化三維圖像。該參數(shù)圖像可以可靠地識別地塊分離元素（地塊材料損壞的垂直區(qū)對應(yīng)于地塊接觸不同的地球動力學(xué)狀態(tài)）；通過處理得到的圖像可以判別涌水，冒頂和含水區(qū)域及破碎帶等隧道前方危險情況。

傳感器及震源布置方法

 

TGS-360Pro的震源及傳感器布置方法共兩種方式，下圖所示：

 

 

 

 

本次測試現(xiàn)場掌子面圍巖狀況較好，無碎石掉落適合在掌子面布置傳感器；

 

探測圖像結(jié)果及分析

 

TGS-360Pro探測結(jié)果參考豐富如泊松比、楊氏模量、速度等，下圖是可以直觀看出前方150米圍巖情況；

 

圖5-1-1顯示的結(jié)果為掌子面前方圍巖的完整情況；掌子面樁號為ZK88+313，從圖像可以看出掌子面前方ZK88+333----ZK88+353之間有明顯信號反射區(qū)域且信號較明顯，可能存在圍巖較掌子面破碎或斷層區(qū)域；樁號ZK88+375----390之間存在明顯的信號反射區(qū)域，推斷此區(qū)域可能存在較掌子面破碎帶；樁號ZK88+410---430段，此段區(qū)域信號反射稍強(qiáng)且信號反射較雜亂，推斷此區(qū)域局部存在較掌子面破碎區(qū)域；

 

圖5-1-2像共反應(yīng)4處可能存在水含量較大的區(qū)域，其中ZK88+333---348段含水信號明顯，推斷此區(qū)域可能存在涌水區(qū)，涌水情況可能在強(qiáng)于掌子面；其他三處反射較弱，局部有涌水，涌水情況較掌子面稍強(qiáng)；

 

3D數(shù)據(jù)圖像參考：

 

 

泊松比、楊氏模量、波速結(jié)果圖像：

泊松比：

 

 

楊氏模量：

 

波速：

 

 

探測結(jié)論

通過查看數(shù)據(jù)圖像結(jié)合現(xiàn)場掌子面情況及相關(guān)地質(zhì)勘查資料，本次對ZK88+313～ZK88+480里程段進(jìn)行了預(yù)報；結(jié)論如下：

1、ZK88+333～353段有明顯信號反射區(qū)域且信號較明顯，可能存在圍巖較掌子面破碎或斷層區(qū)域；ZK88+333---348段含水信號明顯，推斷此區(qū)域可能存在涌水區(qū)，涌水情況可能在強(qiáng)于掌子面；

2、ZK88+375----390之間存在明顯的信號反射區(qū)域，推斷此區(qū)域可能存在較掌子面破碎帶，局部有涌水，涌水情況較掌子面稍強(qiáng)；

3、ZK88+410---430段，此段區(qū)域信號反射稍強(qiáng)且信號反射較雜亂，推斷此區(qū)域局部存在較掌子面破碎區(qū)域；

 

驗證對比結(jié)果

數(shù)據(jù)處理分析后我們把可能存在異常的區(qū)域里程樁號提前通知到現(xiàn)場技術(shù)工程師；在掌子面開挖到ZK88+330處時，拱頂部位發(fā)現(xiàn)了斷層破碎區(qū)域，掌子面下方出現(xiàn)了較大的涌水情況；

 

 

現(xiàn)場樁號照片：

 

現(xiàn)場情況和結(jié)果對照：