1、太原至古交高速公路項目工程地質超前預測報告西山隧道S3標豎井工區(qū)左線期 號： 第013期預報 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:預測內容:預報里程:報告編號:委托單位:預測內容:預報里程:預報依據(jù):1.預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中鐵一局集團有限公司太古高速S3標項目經(jīng)理部預報掌子面前方圍巖有無富水巖層預報掌子面前方圍巖有無突水、突泥的可能預報掌子面前方有無斷層破碎帶ZK10+756ZK10+791公路隧道設計規(guī)范

2、公路隧道施工技術規(guī)范鐵路工程物理勘探規(guī)程主要設備：SIR-3000型地質雷達預報日期：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、工程概況及地質特征1三、地質雷達工作原理簡介2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 四、檢測設備、方法及測線布置.4 HYPERLINK l bookmark30 o Current Docu

3、ment 五、地質工程師判讀法4 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 六、掌子面巖體特征5 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 七、測試結果及分析5 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 八、結論及建議.7一、前言受中鐵一局集團有限公司太古高速S3標項目經(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標豎井工區(qū)左線ZK10+756ZK10+791段計35米進行了地 質超前預測工作。任務要求：超前探測掌子面前方

4、地質變化情況。二、工程概況及地質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。隧道右線進口里程YK1+010， 設計高程899.59米，出口里程YK14+580，設計高程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； 左線進口里程ZK1+006，設計高程923.94米，出口里程ZK14+690， 設計

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，使用地質雷達對隧道開挖前方地質情況進行超前預報，以 便施工單位做到心中有數(shù)，及時采取有效的技術措施和安全措施。 三、地質雷達工作原理簡介地質雷達（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR）方法是一 種用于探測地下介質分布的廣譜（1MHz1GHz）電磁技術。地質雷達 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界面的反 射波（如圖1所示）。通過對接收的反射波進行分析就可推斷地下地 質情況。DISTANCE圖1地質雷達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的關系為：= s/a(2)當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；為介質的相對介電常 數(shù)。地質雷達所使用的是高頻電磁波，因此地質雷達在地下介質中的 傳播速度主要由介質中的相對介電常數(shù)確定。電磁波向地下介質傳播過程中，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)學表達式為：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的相對介電常數(shù)。由(4)式可知：預報過程中的反射系數(shù)的大小主要取決于反射 界面兩側介質的相對介電常數(shù)的差異。差異越大反射系數(shù)越大，探測 出的異常越明顯。地質預報主要的探測內容為：地下水、斷層及其影 響帶等對施工不利的地質情況。這些不利的介質與完好基巖的相對介 電常數(shù)均有較大差異，為采用地質雷達對隧道掌子面前方進行地質預 報提供了良好的地球物理基礎。四、檢測設備、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，在應用地質雷 達檢測時，需選擇

9、相應頻率的天線和適當?shù)膬x器參數(shù)。要探測到較深 的地質情況，就必須選用相對較低頻率的天線，本次檢測選用了 100MHz 天線。使用的設備:美國勞雷公司SIR-3000型地質雷達（如圖2所示）； 天線頻率100MHZ。檢測方法是：在掌子面上布設測線或測點，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 異的地層或目標體時，部分能量反射回來，被接收天線所接收，通過 分析雷達圖像特征，預測前方圍巖情況。該方法分辨率較高，方向性 較好，能夠分辨出較小規(guī)模的地質異常，能及時預報出掌子面附近的 破碎帶、溶洞及賦水等不良地質情況。本次采用了連續(xù)線測及點測試方法，測線及測點布設

10、見圖3。圖2 SIR3000圖2 SIR3000型地質雷達圖3雷達測線及測點布設圖五、地質工程師判讀法地質工程師根據(jù)區(qū)域地質知識和經(jīng)驗，綜合分析判斷，對掌子面 前方的地質情況進行預測，并對地質預報儀及地質雷達探測出的地質 現(xiàn)象做出合理的解釋?，F(xiàn)場預報時，采用SIR-3000型地質雷達沿掌子面進行測試，每次預報范圍1035米。本次預報工作執(zhí)行標準：公路隧道設計規(guī)范JTGD70-2004、公 路隧道施工技術規(guī)范JTGF60-2009、以及其它國家和地方頒布的有 關規(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，中風化，節(jié)理、 裂隙較發(fā)育，呈塊塊碎狀結構，局部層間有

11、次生礦物充填，受構造 影響嚴重，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、測試結果及分析本次雷達預報探測范圍ZK10+756ZK10+791段計35米，巖性以 灰?guī)r為主，強風化中風化，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，呈夬碎狀結構，局 部層間有次生礦物充填，受構造影響嚴重，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（即ZK10+762ZK10+770）、 2331 （即ZK10+779ZK10+787）雷達反射波稍強，反射界面較多，預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 塊塊碎狀結構，強風化中風化，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，局部層間有 次生礦物充填，受構造影響嚴重，預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。應根據(jù)炮孔鉆進情況謹慎掘進，并 注意加強支護，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。圍巖設計對比表里程設計圍巖預報里程建議圍巖ZK10+756ZK10+791III級ZK10+756ZK10+791W級圖5 雷達測試波形圖（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 雷達測試波形圖（線測）八、結論及建議綜上所述，西山隧道S3標豎井工區(qū)左線在里程樁號為ZK10+756 ZK10+791范圍內，巖性以灰?guī)r為主，強風化中風化，節(jié)理 裂隙較 發(fā)育，呈塊塊碎狀結構，受構造影響嚴重，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 應采取“弱爆破、短進尺、少擾動、早噴錨、緊封閉”等技術措施以