地质雷达在海螺峪隧道软弱夹层发育段的应用

黄 庆

(江西东通交通科技股份有限公司，江西 南昌 330013)

以济南为中心的东南地区，山地丘陵石灰岩裸露，降水量较大，地表溶蚀现象明显，溶沟、溶槽、溶蚀裂隙普遍发育，地下岩溶裂隙发育良好，且连通性强，为软弱夹层发育提供了良好的形成条件。而在隧道施工中，因软弱夹层发育导致的地质灾害会导致较大的人员伤亡和经济损失。

超前地质预报技术主要是为了预防隧道施工过程中可能遇到的地质灾害而兴起的一种勘探方法，常用的方法有地质雷达法、瞬变电磁法、红外探水法等，每种方法都有各自的优点与不足。

1 工程概况

海螺峪隧道属于济泰高速公路建设工程的关键部分，工程位于金象山东部红叶谷生态区北部，呈南北走向，因穿过海螺峪北台得名。隧道最大埋深为380 m，全长5 850 m，V级围岩占比达86%，场地属于低山地貌，隧道段地势起伏较大，地下水主要为上层滞水和基岩裂隙水，未发现明显暗河。

2 地质雷达基本原理

应用地质雷达进行实地探测预报之前，需要掌握雷达的工作原理和相关参数的设置，这样才能更加精确的勘测地质情况。

2.1 雷达的探测原理

地质雷达探测是多种地球物理探测方法中的一种，它的原理是基于地下不同介质发射的不同电磁宽屏带波。地质雷达的探测原理是通过天线向地层下以宽频短脉冲的形式发射高频电磁波，当电磁波在传播过程中遇到不同介质时反射并被接收所用的时间也各不相同，从而可以推断出反射物的深度。地质雷达系统的基本原理如图1所示。

图1 地质雷达系统示意图

2.2 参数设置方法

在进行勘探采样之前，应对地质雷达进行一系列的参数设置，其中主要包括采样频率、采样间隔、测距、接受发射天线之间的距离、道间距等。

3 方案设计

根据实际现场情况，预报工作采用地质雷达勘探与地质调查相结合的方法对里程Z1K12+655 m进行勘探。现场实际开挖方法为台阶法，地质雷达测线布置示意图见图2，现场测线近于各台阶水平线。

图2 地质雷达测线布置示意图

4 探测成果

4.1 掌子面地质描述

进口Z1K12+655 m围岩以泥质灰岩、灰岩及页岩互层为主。地层岩性软硬变化不一，岩体锤击声较清脆，轻微回弹，稍震手，较难击碎，浸水后有轻微吸水反应，岩性整体较坚硬。中～薄层状构造为主，主要发育一组结构面，其产状为189°∠6°。岩体裂隙较发育，裂隙微张，裂隙间多夹泥质填充物，其中掌子面底部泥化较严重，掌子面发育1组软弱泥质夹层，岩体间结合较差，岩体较破碎，局部破碎，围岩完整性较差。无岩溶发育，掌子面整体较干燥，围岩稳定性较差。掌子面素描图如图3所示。

图3 Z1K12+655 m掌子面素描图

4.2 地质雷达探测成果

地质雷达探测距离为30 m，里程桩号为Z1K12+655 m，掌子面左→右方向为测线正方向，雷达测线图谱见图4。

测线0.0～16.2 m，掌子面前方0.0～20.0 m范围。推测围岩较当前掌子面基本一致。岩体以泥质灰岩、灰岩及页岩互层为主，地层岩性变化不一。层状构造为主，岩体裂隙较发育，裂隙微张，围岩层间、裂隙间多泥质填充物，局部含泥较严重、泥化，软弱夹层较发育，岩体间结合较差，围岩较破碎，局部破碎，围岩完整性整体较差。无岩溶发育，地下水不太发育，局部渗、滴水，围岩稳定性较差。

测线0.0～16.2 m，掌子面前方20.0～30.0 m范围。推测围岩较前段稍好。岩体以泥质灰岩、灰岩互层为主，地层岩性变化不一。层状构造为主，岩体裂隙较发育，裂隙微张，围岩层间、裂隙间多泥质填充物，软弱夹层弱发育，岩体间结合较差，围岩较破碎，局部破碎，围岩完整性整体较差。无岩溶发育，地下水不太发育，局部渗、滴水，围岩稳定性较差。

4.3 成果解释

(1)预报段围岩以泥质灰岩、灰岩互层为主，为岩性接触带，地层岩性变化不一，岩性整体较坚硬。层状构造为主，主要结构面产状为189°∠6°。岩体裂隙较发育，裂隙微张、裂隙间多泥质填充物填充，局部含泥较严重，软弱泥质夹层较发育，夹层极不稳定、无自稳能力，遇水泥化，岩体间结合较差，围岩较破碎，围岩完整性整体较差，含泥。无岩溶发育，地下水不太发育，局部渗、滴水，围岩稳定性较差。

(2)受岩性、地质、岩溶及地下水等因素影响Z1K12+655 m段围岩稳定性较差，建议围岩级别为Ⅴ级。

(3)预报段岩体以中风化石灰岩、泥质灰岩为主。施工中，注意开挖扰动易引起拱顶顺层软岩区掉渣掉块或失稳坍塌。软岩岩体强度低，在地下水作用下，具有“易渗流、易膨胀、易崩解”等特性。建议遵循“短进尺、少扰动、快支护、勤量测、早成环”的原则施工，严格控制施工工艺，注意初期支护的及时性和强度，并加强监控量测工作，综合考虑隧道埋深、监测结果等其他因素，采取合理可靠的开挖方式。

(4)由于本次预报受掌子面平整度对雷达探测效果的影响，以上预报结论与围岩级别建议值仅供参考，实际情况以隧道开挖揭露为准，施工过程中密切关注围岩变化情况并采取及时的应对措施。

图4 Z1K12+655 m雷达测线图谱

5 结 语

(1)在勘测过程中会存在诸多干扰因素，在进行数据处理与分析时需要结合掘进面现场情况进行综合判断，因此干扰波的滤去判断对探测的精度也是至关重要的。

(2)采用地质雷达法，对隧道软弱夹层发育段进行高精度探测，并通过隧道开挖揭露验证，充分体现了地质雷达法具有高精度、效率高等优点，并可以提前做出预警，为隧道后续施工提供精确的地质资料，从而预防地质灾害的发生。

(3)在软弱夹层的勘探过程中地质雷达法弥补了其他勘探方法的不足，在实际运用中与其他勘探方法相结合会取得更好的效果。

(4)勘探工作为地质雷达应用于隧道超前地质预报积累了一定经验。