南大梁高速公路华蓥山隧道底板涌水探测

肖争

摘 要：采用地质雷达法对隧道工程的底板涌水进行探测，不仅对底板涌水处治方案的制订提供了极具参考价值的水文及工程地质依据，还能确保隧道施工安全和工程质量，加快施工进度，保护地下水平衡，以及确保隧道结构运营安全等产生积极作用。

关键词：公路；隧道；涌水；探测

1 隧道工程概况

华蓥山隧道是南充～大竹～梁平（川渝界）高速公路重难点控制性工程，隧道右洞起、止桩号分别为K105+869 和K114+037，全长8147m。设计时速80km，道路等级为双向四车道高速公路。

华蓥山隧道进口右线上台阶掌子面掘进至K107+558，据隧道洞身开挖和超前钻孔揭示，掌子面前后围岩主要为三叠系中统雷口坡组盐溶角砾岩夹石膏、泥灰岩泥岩，岩性软弱揉皱挤压强烈，岩层产状变化大、岩体破碎。涌水点位于K107+556上台阶底板左侧，主要有2股，自2013年6月29日夜发生涌水以来，涌水量由6月30日的26000m3/d渐增加至7月2日的33400m3/d，呈缓慢增大趋势。右洞掌子面到设计F1断层核部距离约400m，初步判断隧道涌水受F1断层的下盘影响明显。

由于隧道地下水丰富，致使开挖过程中上台阶底板出现明显的涌水，且涌水量较大、长时间无衰减，影响地下水平衡，给施工带来极大困难，也给结构带来重大安全隐患，还对隧道周边生态环境造成严重影响。

2 探测依据

（1）《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）

（2）《公路隧道施工技术细则》（JTG/T F60-2009）

（3）《公路勘测规范》（JTG C10-2007）

（4）《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98）

（5）《采空区公路设计与施工技术细则》（JTG/T D31-03-2011）

（6）《铁路隧道超前地质预报技术指南》铁建设[2008]105号

（7）本隧道勘察、设计及施工相关文件

（8）其他与本工程相关的国家现行技术规范、规程

3 探测仪器及原理

根据隧道底板的环境与隧道本身的特点情况，施工对隧道底板探测深度要求，结合各种物探的特点及优势，隧道底板探测的方法宜选取地质雷达法。本项探测使用仪器是由加拿大A-CUBED公司生产的EKKO-100型地质雷达仪。雷达天线主频100MHz。

（一）地质雷达探测原理

地质雷达法是一种地下甚高频～微波段电磁波反射探测法。其探测原理是：发射器通过发射天线向地下（或隧道前方）定向发射电磁波，电磁波在传播的路径上当遇到有电性（介电常数和电导率）差异的界面时即发生反射，反射波由接收器接收，在时域上得到反射回波及其往返旅行时间，并首先沿两天线所在表面形成直达波被最先接收到，作为系统起始零点。取反射波往返时间之半，乘以相应介质的雷达波速度便得出反射目标所在深度，再根据反射波的形状、幅度及其在横向和纵向上的组合特征和变化情况，结合地质背景，判断目标性质即进行目标识别，进行地质解释。探测原理：（1）探地雷达主要利用宽带高频时域电磁脉冲波的反射探测目的体。（2）由公式t=■/v可根据测得的雷达波走时，自动求出反射物的深度z，并进一步界定其范围、判定其性质。

地质雷达的工作频率越高，波长越小，探测距离越近，分辨率越高，反之亦然。因此，根据不同的工程要求按其功能可分为超前地质预报雷达和结构检测雷达。一般，200MHz以上更适用于检测。仪器构成原理：笔记本微机→控制器处→发射单元→发射天线→目标体→接受天线→接受单元→控制器→笔记本微机

（二）探测距离

工作频率越高，波长越大，能量衰减越慢，探测深度越大，同时分辨率越低。此外，探测深度还取决于介质的衰减系数、接收器的信噪比和灵敏度、发射器发射功率、系统总增益、目标的反射系数、几何形状及其产状等。

国内从上世纪80年代初至今通过使用各种型号地质雷达在地下工程中实施超前地质预报，现已达成如下基本共识：

（1）地质雷达可进行短距离地质预报，根据所采用的工作频率不同，2GMHz～50MHz，探测距离从0.2～30m，并可分辨较小的地质异常目标。

（2）地质雷达对水敏感，并能够探测中风化～强风化破碎带或断层破碎带、溶洞。

（3）在掌子面附近实施超前探测时，地质雷达系统由于工作频率高，因此不受工频交流电、机械震动等干扰，但为了取得高质量信号而对探测表面平整状况有一定要求

（4）由于可分辨较小尺寸的目标，所以在地质情况较为复杂或不均一性较突出的情形下，现场应有较大测线密度才不易漏探。

（5）地质雷达对反射目标体远处一侧的定界定位有时还不准确，但可采用地质钻孔进行验证说明。

因此，地质雷达能探测较小的目标，故能较好的分辨管涌通道，能探测30m范围的地质情况，满足隧道底板探测的深度30m。

4 实施过程

考虑隧道进口K107+540～ K107+970段隧道水文地质条件复杂，受F1断层的影响严重，且隧道埋深超过200m，且左右洞的间距不超过40m，因此隧道进口底板雷达探测选定的范围为：左、右洞桩号K107+540～ K107+970段，共计860m。

底板探测的范围为：左洞桩号ZK107+540～ZK107+970，右洞桩号K107+540～K107+970。左、右洞底板雷达探测均采用网格布设测线的方式，向底板下方探测：隧道断面横向测线间距为2～5m一条；隧道走向测线间距为3m一条，每20m为一段，每段走向测线共3条；测线条数预计为350条。

5 结论

经雷达探测，对于该段的地质情况可以得出如下结论：在探测范围0～30m内未发现直径大于1m的溶腔或溶洞；探测3～18m范围内围岩破碎，主要以盐溶角砾岩、破碎灰岩，存在软弱夹层（局部含石膏等软质填充物），溶蚀构造发育，且该范围内地下水赋存；该段围岩的总体稳定性及完整性差，局部范围存在被地下水击穿的可能，形成新的涌水点；局部底板存在明显的分界面，与水平面呈30°夹角；不同时间点对同一段落探测，发现在富水区域存在明显的被掏蚀的痕迹，且不同段落掏蚀程度不同。

通过地质雷达对底板涌水进行探测，探明上台阶底板下方地下水的赋存的范围（底板深度方向），底板下方的裂隙管涌通道，以及底板下方的围岩、空洞等地质情况，为隧道下一步施工（隧道下台阶开挖、径向注浆范围、注浆的段落和左洞开挖）提供地质依据；为该段底板涌水处治方案的制订提供了极具参考价值的水文及工程地质依据；还为编制竣工文件提供可靠的地质资料；加强隧道底板地质预报工作会对保证施工安全和工程质量，加快施工进度，缩短工期，保护地下水平衡，以及确保隧道结构运营安全等产生积极作用。

参考文献：

[1]樊浩博，汪珂，郭而冬.隧道溶洞的地质雷达探测及处理[J].南水北调与水利科技，2015，13（1）.

[2]张智蔚，孙杨勇，陈强.公路探地雷达技术在隧道检测中的应用探讨[J].公路交通科技（应用技术版），2008（04）.