豎井工區(qū)地質(zhì)超前預(yù)報

1、太原至古交高速公路項目工程地質(zhì)超前預(yù)測報告西山隧道S3標(biāo)豎井工區(qū)左線期 號： 第013期預(yù)報 里程：ZK10+756ZK10+791編制：審核：二。一一年八月二十二日報告編號:委托單位:預(yù)測內(nèi)容:預(yù)報里程:報告編號:委托單位:預(yù)測內(nèi)容:預(yù)報里程:預(yù)報依據(jù):1.預(yù)報掌子面前方圍巖有無破碎巖石層(JTG D70-2004)(JTG F60-2009)(TB10013-2004)2011_TG_XS_ZJS_013中鐵一局集團(tuán)有限公司太古高速S3標(biāo)項目經(jīng)理部預(yù)報掌子面前方圍巖有無富水巖層預(yù)報掌子面前方圍巖有無突水、突泥的可能預(yù)報掌子面前方有無斷層破碎帶ZK10+756ZK10+791公路隧道設(shè)計規(guī)范

2、公路隧道施工技術(shù)規(guī)范鐵路工程物理勘探規(guī)程主要設(shè)備：SIR-3000型地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報日期：2011年8月21日報告日期：2011年8月22日 TOC o 1-5 h z 目錄3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 一、刖言.1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 二、工程概況及地質(zhì)特征1三、地質(zhì)雷達(dá)工作原理簡介2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 四、檢測設(shè)備、方法及測線布置.4 HYPERLINK l bookmark30 o Current Docu

3、ment 五、地質(zhì)工程師判讀法4 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 六、掌子面巖體特征5 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 七、測試結(jié)果及分析5 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 八、結(jié)論及建議.7一、前言受中鐵一局集團(tuán)有限公司太古高速S3標(biāo)項目經(jīng)理部的委托，太 古高速檢測項目部于2011年8月21日對太原至古交高速公路項目西 山隧道S3標(biāo)豎井工區(qū)左線ZK10+756ZK10+791段計35米進(jìn)行了地 質(zhì)超前預(yù)測工作。任務(wù)要求：超前探測掌子面前方

4、地質(zhì)變化情況。二、工程概況及地質(zhì)特征西山隧道是擬建的太原到至古交高速公路第三合同段一座分離 式隧道。隧道位于山西省太原市西部的呂梁山脈東翼的石千峰山北 麓，起于太原市東社鎮(zhèn)大巖村東北300 m處，終至太原市王封鄉(xiāng)周家 山村東南1400m處，是目前國內(nèi)第二大公路隧道，屬特長隧道。隧道 右線全長13570m，左線全長13654m。隧道右線進(jìn)口里程YK1+010， 設(shè)計高程899.59米，出口里程YK14+580，設(shè)計高程924.36米，隧 道底板最大埋深445.85米，位于YK6+960處，隧道全長13570米； 左線進(jìn)口里程ZK1+006，設(shè)計高程923.94米，出口里程ZK14+690， 設(shè)計

5、高程899.77米，隧道底板最大埋深451.61米，位于ZK7+020處， 隧道全長13654米，左右線均屬特長隧道，最大間距55米，最小間 距48米。隧址區(qū)位于五臺山塊隆次級構(gòu)造單元古交掀斜地塊的中部，共有 發(fā)育斷層17條。該地塊位于以古交為中心的三角形地區(qū)，其中部被 晉中新裂陷的北部斷陷疊加而分割成兩部分，地塊內(nèi)地層展布為南新 北老，總體向南南東緩傾；南部出露三疊系下統(tǒng)地層，產(chǎn)狀平緩，傾 角一般小于10，中部太原東山、太原西山、清徐和交城北部的地 層以石灰系和二疊系為主，地層產(chǎn)狀均較平緩，北部一帶（包括汾河 河谷兩傾）廣泛出露奧陶系、寒武系，地層產(chǎn)狀較平緩。局部地段顯 示一些規(guī)模不大的斷裂

6、和微弱的褶皺，構(gòu)造線方向大多呈北東向，少 數(shù)呈東西向或近南北向。所以，使用地質(zhì)雷達(dá)對隧道開挖前方地質(zhì)情況進(jìn)行超前預(yù)報，以 便施工單位做到心中有數(shù)，及時采取有效的技術(shù)措施和安全措施。 三、地質(zhì)雷達(dá)工作原理簡介地質(zhì)雷達(dá)（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR）方法是一 種用于探測地下介質(zhì)分布的廣譜（1MHz1GHz）電磁技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá) 用一個天線發(fā)射高頻電磁波，另一個天線接收來自地下介質(zhì)界面的反 射波（如圖1所示）。通過對接收的反射波進(jìn)行分析就可推斷地下地 質(zhì)情況。DISTANCE圖1地質(zhì)雷達(dá)反射探測原理圖根據(jù)波動理論，電磁波的波動方程為：P = | P | e-j (ax-

7、ar).e-Br(1)(1)式中第二個指數(shù)-Br是一個與時間無關(guān)的項，它表示電磁 波在空間各點的場值隨著離場源的距離增大而減小，B為吸收系數(shù)。 式中第一個指數(shù)幕中ar表示電磁波傳播時的相位項，a為相位系數(shù)， 與電磁波傳播速度V的關(guān)系為：= s/a(2)當(dāng)電磁波的頻率極高時，上式可簡略為：= c/e(3)式中c為電磁波在真空中的傳播速度；為介質(zhì)的相對介電常 數(shù)。地質(zhì)雷達(dá)所使用的是高頻電磁波，因此地質(zhì)雷達(dá)在地下介質(zhì)中的 傳播速度主要由介質(zhì)中的相對介電常數(shù)確定。電磁波向地下介質(zhì)傳播過程中，遇到不同的波阻抗界面時將產(chǎn)生 反射波和透射波。反射和透射遵循反射與透射定律。反射波能量大小 取決于反射系數(shù)R，反

8、射系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：R =(e1) 1/2 -(e2) 1/2/ (e 1) 1/2 + (e2) 1/2(4)式中el和e2分別表示反射界面兩側(cè)的相對介電常數(shù)。由(4)式可知：預(yù)報過程中的反射系數(shù)的大小主要取決于反射 界面兩側(cè)介質(zhì)的相對介電常數(shù)的差異。差異越大反射系數(shù)越大，探測 出的異常越明顯。地質(zhì)預(yù)報主要的探測內(nèi)容為：地下水、斷層及其影 響帶等對施工不利的地質(zhì)情況。這些不利的介質(zhì)與完好基巖的相對介 電常數(shù)均有較大差異，為采用地質(zhì)雷達(dá)對隧道掌子面前方進(jìn)行地質(zhì)預(yù) 報提供了良好的地球物理基礎(chǔ)。四、檢測設(shè)備、方法及測線布置對于不同深度、不同巖性的探測目的層與目的物，在應(yīng)用地質(zhì)雷 達(dá)檢測時，需選擇

9、相應(yīng)頻率的天線和適當(dāng)?shù)膬x器參數(shù)。要探測到較深 的地質(zhì)情況，就必須選用相對較低頻率的天線，本次檢測選用了 100MHz 天線。使用的設(shè)備:美國勞雷公司SIR-3000型地質(zhì)雷達(dá)（如圖2所示）； 天線頻率100MHZ。檢測方法是：在掌子面上布設(shè)測線或測點，由天線向地層中發(fā)射 一定強度的高頻電磁波，電磁波在傳播過程中遇到與周圍電阻抗有差 異的地層或目標(biāo)體時，部分能量反射回來，被接收天線所接收，通過 分析雷達(dá)圖像特征，預(yù)測前方圍巖情況。該方法分辨率較高，方向性 較好，能夠分辨出較小規(guī)模的地質(zhì)異常，能及時預(yù)報出掌子面附近的 破碎帶、溶洞及賦水等不良地質(zhì)情況。本次采用了連續(xù)線測及點測試方法，測線及測點布設(shè)

10、見圖3。圖2 SIR3000圖2 SIR3000型地質(zhì)雷達(dá)圖3雷達(dá)測線及測點布設(shè)圖五、地質(zhì)工程師判讀法地質(zhì)工程師根據(jù)區(qū)域地質(zhì)知識和經(jīng)驗，綜合分析判斷，對掌子面 前方的地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)測，并對地質(zhì)預(yù)報儀及地質(zhì)雷達(dá)探測出的地質(zhì) 現(xiàn)象做出合理的解釋?，F(xiàn)場預(yù)報時，采用SIR-3000型地質(zhì)雷達(dá)沿掌子面進(jìn)行測試，每次預(yù)報范圍1035米。本次預(yù)報工作執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：公路隧道設(shè)計規(guī)范JTGD70-2004、公 路隧道施工技術(shù)規(guī)范JTGF60-2009、以及其它國家和地方頒布的有 關(guān)規(guī)范和規(guī)章。六、掌子面巖體特征掌子面里程ZK10+756,巖性以灰?guī)r為主，薄層狀，中風(fēng)化，節(jié)理、 裂隙較發(fā)育，呈塊塊碎狀結(jié)構(gòu)，局部層間有

11、次生礦物充填，受構(gòu)造 影響嚴(yán)重，掌子面局部巖體較破碎，拱頂部分受震動易出現(xiàn)局部掉塊， 巖體結(jié)合性稍差，整體穩(wěn)定性一般。（如圖4所示）圖4掌子面圍巖七、測試結(jié)果及分析本次雷達(dá)預(yù)報探測范圍ZK10+756ZK10+791段計35米，巖性以 灰?guī)r為主，強風(fēng)化中風(fēng)化，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，呈夬碎狀結(jié)構(gòu)，局 部層間有次生礦物充填，受構(gòu)造影響嚴(yán)重，掌子面局部巖體較破碎，拱 頂部分受震動易出現(xiàn)局部掉塊，巖體結(jié)合性稍差，整體穩(wěn)定性一般。 相比較而言，距目前里程614米范圍內(nèi)（即ZK10+762ZK10+770）、 2331 （即ZK10+779ZK10+787）雷達(dá)反射波稍強，反射界面較多，預(yù)計該段圍巖特征與目前

12、掌子面相比稍有變化，巖性以灰?guī)r為主，呈 塊塊碎狀結(jié)構(gòu)，強風(fēng)化中風(fēng)化，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，局部層間有 次生礦物充填，受構(gòu)造影響嚴(yán)重，預(yù)計掌子面局部巖體較破碎，拱頂巖 體受震動易掉塊整體穩(wěn)定性一般。應(yīng)根據(jù)炮孔鉆進(jìn)情況謹(jǐn)慎掘進(jìn)，并 注意加強支護(hù)，做好施工安全監(jiān)控。建議本段圍巖級別為W級。建議施工單位在拱頂處多打超前錨桿，對開挖斷面及時補噴。圍巖設(shè)計對比表里程設(shè)計圍巖預(yù)報里程建議圍巖ZK10+756ZK10+791III級ZK10+756ZK10+791W級圖5 雷達(dá)測試波形圖（點測）Tf_L TTf_L T*_WMWw3LM3-zt- 4wnxrru-.-rxEJAAWkx.-r3H4x-5- r-.r T lx.nwJ.-.lf -F-琴多專 Mr AM.-siw- wwx/.-gkwrm-圖6 雷達(dá)測試波形圖（線測）八、結(jié)論及建議綜上所述，西山隧道S3標(biāo)豎井工區(qū)左線在里程樁號為ZK10+756 ZK10+791范圍內(nèi)，巖性以灰?guī)r為主，強風(fēng)化中風(fēng)化，節(jié)理 裂隙較 發(fā)育，呈塊塊碎狀結(jié)構(gòu)，受構(gòu)造影響嚴(yán)重，掌子面局部巖體較破碎， 拱頂巖體組合受震動易掉塊，巖體結(jié)合性稍差，整體穩(wěn)定性一般，推斷 圍巖級別為W級。本隧道圍巖巖體較破碎，巖石強度一般，整體穩(wěn)定性一般，所以 應(yīng)采取“弱爆破、短進(jìn)尺、少擾動、早噴錨、緊封閉”等技術(shù)措施以