高速铁路隧道地质超前预报现场应用

李 鹏 飞

(济南力稳岩土工程有限公司，山东 济南 250061)

1 工程概况

黄家沟隧道位于湖北省襄阳市保康县及南漳县境内，隧道起讫里程D1K468+230～D2K476+237,全长7 827.279 m(出口洞身存在断链，断链为长179.721 m短链，D1K476+020.279=DK476+200)。隧道最大埋深209.4 m。设计Ⅳ级围岩6 940 m，占全隧长度的88.7%；Ⅲ级围岩400 m，Ⅴ级围岩456.3 m。全隧分为进口、横洞、出口共3个工区4个作业面组织施工。

黄家沟隧道地处荆山山脉，属构造侵蚀剥蚀低山地貌区，隧址区内地势总体上呈现中间高两侧低的态势，地形复杂，沟壑交错，山峦纵横。主体山势呈北西—南东向延展，连绵起伏，地形切割较深，峰谷相间。隧道沿线地质条件复杂，穿越众多的断层破碎带及富水岩体，为有效识别不良地质，确保施工安全，需开展超前地质预报工作。

2 超前预报方法

隧道超前地质预报是保证隧道施工安全、优化工程设计、实现施工信息化的重要基础。通过超前地质预报工作，可以进一步查清隐伏的重大地质问题，是确保施工安全和结构安全的重要手段，也是铁路隧道施工作业中关键的重要作业环节，是施工中不可缺少的关键工序，必须作为工序纳入施工组织管理。根据各隧道地质分级和超前地质预报方法的适用性，本分部所属隧道采用以下方法：地质调查法(地表补充地质调查、掌子面地质素描)、超前钻探法(超前钻孔、加深炮孔)、物理勘探法(TSP203、地质雷达)[1,2]。

2.1 TSP

TSP203方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。TSP每次预报距离根据现场地质情况不同，一般为80 m～150 m，需连续预报时，前后两次应重叠10 m以上。地震波在设计的震源点用小量炸药激发产生。当地震波遇到岩石波阻抗差异界面时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。数据通过TSPwin软件处理，便可了解隧道掌子面前方地质体的性质和位置及规模[3]。

2.2 地质雷达

探地雷达是利用频率介于106 Hz～109 Hz的电磁波来确定地下介质分布的一种地球物理方法。地质雷达在超前地质预报中可用于探测断层、溶洞和空洞等不良地质体，具有无损、低成本和工作效率高等特点。

探地雷达的基本原理为发射天线将高频短脉冲电磁波定向送入地下，电磁波在传播过程中遇到存在电性差异的地层或目标体就会发生反射和透射，接收天线收到反射波信号并将其数字化，然后由电脑以反射波波形的形式记录下来。对所采集的数据进行相应的处理后，可根据反射波的传播时间、幅度和波形，判断地下目标体的空间位置、结构及其分布特征[4]。

3 隧道现场应用

为验证采用TSP203和地质雷达相结合的方法进场超前地质预报的有效识别，对隧道穿越富水破碎区域进行了一次综合探测。

3.1 TSP

采用TSP203仪器进行数据采集。震源点位于黄家沟隧道出口右侧墙，设计24炮，实际采集19炮。探测结果显示掌子面前方范围内隧道围岩以强风化页岩为主，围岩完整性较差，岩体破碎或较破碎，岩质软弱到较软弱，节理裂隙较发育，部分区域含有裂隙水和软弱夹层，围岩自稳能力较差(探测成果详细解释如表1所示)。

表1 TSP探测成果详细解释表

3.2 地质雷达

本次地质雷达探测采用型号为SIR-3000的美国地质雷达，天线主频为100 MHz。

探测结果显示掌子面前方30 m范围内围岩主要以强风化页岩为主，岩质软弱～较软弱，岩体强度较低，围岩完整性较差，节理裂隙发育，岩体较破碎，局部有裂隙水发育(成果解释图如图1所示)。

3.3 开挖对比

开挖围岩描述K475+175～K475+116段基岩为层状页岩，差异风化明显，全风化厚度较大。地下水主要为基岩空隙裂隙水，水量一般，隧道围岩为强风化页岩，强度低，自稳能力差，强透水性，K475+175～K475+150段开挖围岩级别为Ⅳ级，K475+150～K475+116段开挖围岩级别为Ⅴ级。K475+175～K475+150段预报围岩级别为Ⅴ级，与开挖围岩级别有所不同。D1K475+150～K475+116段预报围岩级别为Ⅴ级，与开挖围岩级别基本相同。

4 结语

本文以郑万高速铁路黄家沟隧道为研究对象，采用TSP203和地质雷达两种方法对隧道不良地质进行了超前预报，预报结果和实际开挖情况符合。超前地质预报可有效识别隧道前方的不良地质情况，根据预报结果，有效指导施工，保证施工安全。