竖井工区地质超前预报

1、太原至古交高速公路项目工程地质超前预测报告西山隧道S3标竖井工区左线期 号： 第013期预报 里程：ZK10+756ZK10+791编制：审核：二。一一年八月二十二日报告编号:委托单位:预测内容:预报里程:报告编号:委托单位:预测内容:预报里程:预报依据:1.预报掌子面前方围岩有无破碎岩石层(JTG D70-2004)(JTG F60-2009)(TB10013-2004)2011_TG_XS_ZJS_013中铁一局集团有限公司太古高速S3标项目经理部预报掌子面前方围岩有无富水岩层预报掌子面前方围岩有无突水、突泥的可能预报掌子面前方有无断层破碎带ZK10+756ZK10+791公路隧道设计规范

2、公路隧道施工技术规范铁路工程物理勘探规程主要设备：SIR-3000型地质雷达预报日期：2011年8月21日报告日期：2011年8月22日 TOC o 1-5 h z 目录3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 一、刖言.1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 二、工程概况及地质特征1三、地质雷达工作原理简介2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 四、检测设备、方法及测线布置.4 HYPERLINK l bookmark30 o Current Docu

3、ment 五、地质工程师判读法4 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 六、掌子面岩体特征5 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 七、测试结果及分析5 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 八、结论及建议.7一、前言受中铁一局集团有限公司太古高速S3标项目经理部的委托，太 古高速检测项目部于2011年8月21日对太原至古交高速公路项目西 山隧道S3标竖井工区左线ZK10+756ZK10+791段计35米进行了地 质超前预测工作。任务要求：超前探测掌子面前方

4、地质变化情况。二、工程概况及地质特征西山隧道是拟建的太原到至古交高速公路第三合同段一座分离 式隧道。隧道位于山西省太原市西部的吕梁山脉东翼的石千峰山北 麓，起于太原市东社镇大岩村东北300 m处，终至太原市王封乡周家 山村东南1400m处，是目前国内第二大公路隧道，属特长隧道。隧道 右线全长13570m，左线全长13654m。隧道右线进口里程YK1+010， 设计高程899.59米，出口里程YK14+580，设计高程924.36米，隧 道底板最大埋深445.85米，位于YK6+960处，隧道全长13570米； 左线进口里程ZK1+006，设计高程923.94米，出口里程ZK14+690， 设计

5、高程899.77米，隧道底板最大埋深451.61米，位于ZK7+020处， 隧道全长13654米，左右线均属特长隧道，最大间距55米，最小间 距48米。隧址区位于五台山块隆次级构造单元古交掀斜地块的中部，共有 发育断层17条。该地块位于以古交为中心的三角形地区，其中部被 晋中新裂陷的北部断陷叠加而分割成两部分，地块内地层展布为南新 北老，总体向南南东缓倾；南部出露三叠系下统地层，产状平缓，倾 角一般小于10，中部太原东山、太原西山、清徐和交城北部的地 层以石灰系和二叠系为主，地层产状均较平缓，北部一带（包括汾河 河谷两倾）广泛出露奥陶系、寒武系，地层产状较平缓。局部地段显 示一些规模不大的断裂

6、和微弱的褶皱，构造线方向大多呈北东向，少 数呈东西向或近南北向。所以，使用地质雷达对隧道开挖前方地质情况进行超前预报，以 便施工单位做到心中有数，及时采取有效的技术措施和安全措施。 三、地质雷达工作原理简介地质雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR）方法是一 种用于探测地下介质分布的广谱（1MHz1GHz）电磁技术。地质雷达 用一个天线发射高频电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反 射波（如图1所示）。通过对接收的反射波进行分析就可推断地下地 质情况。DISTANCE图1地质雷达反射探测原理图根据波动理论，电磁波的波动方程为：P = | P | e-j (ax-

7、ar).e-Br(1)(1)式中第二个指数-Br是一个与时间无关的项，它表示电磁 波在空间各点的场值随着离场源的距离增大而减小，B为吸收系数。 式中第一个指数幕中ar表示电磁波传播时的相位项，a为相位系数， 与电磁波传播速度V的关系为：= s/a(2)当电磁波的频率极高时，上式可简略为：= c/e(3)式中c为电磁波在真空中的传播速度；为介质的相对介电常 数。地质雷达所使用的是高频电磁波，因此地质雷达在地下介质中的 传播速度主要由介质中的相对介电常数确定。电磁波向地下介质传播过程中，遇到不同的波阻抗界面时将产生 反射波和透射波。反射和透射遵循反射与透射定律。反射波能量大小 取决于反射系数R，反

8、射系数的数学表达式为：R =(e1) 1/2 -(e2) 1/2/ (e 1) 1/2 + (e2) 1/2(4)式中el和e2分别表示反射界面两侧的相对介电常数。由(4)式可知：预报过程中的反射系数的大小主要取决于反射 界面两侧介质的相对介电常数的差异。差异越大反射系数越大，探测 出的异常越明显。地质预报主要的探测内容为：地下水、断层及其影 响带等对施工不利的地质情况。这些不利的介质与完好基岩的相对介 电常数均有较大差异，为采用地质雷达对隧道掌子面前方进行地质预 报提供了良好的地球物理基础。四、检测设备、方法及测线布置对于不同深度、不同岩性的探测目的层与目的物，在应用地质雷 达检测时，需选择

9、相应频率的天线和适当的仪器参数。要探测到较深 的地质情况，就必须选用相对较低频率的天线，本次检测选用了 100MHz 天线。使用的设备:美国劳雷公司SIR-3000型地质雷达（如图2所示）； 天线频率100MHZ。检测方法是：在掌子面上布设测线或测点，由天线向地层中发射 一定强度的高频电磁波，电磁波在传播过程中遇到与周围电阻抗有差 异的地层或目标体时，部分能量反射回来，被接收天线所接收，通过 分析雷达图像特征，预测前方围岩情况。该方法分辨率较高，方向性 较好，能够分辨出较小规模的地质异常，能及时预报出掌子面附近的 破碎带、溶洞及赋水等不良地质情况。本次采用了连续线测及点测试方法，测线及测点布设

10、见图3。图2 SIR3000图2 SIR3000型地质雷达图3雷达测线及测点布设图五、地质工程师判读法地质工程师根据区域地质知识和经验，综合分析判断，对掌子面 前方的地质情况进行预测，并对地质预报仪及地质雷达探测出的地质 现象做出合理的解释。现场预报时，采用SIR-3000型地质雷达沿掌子面进行测试，每次预报范围1035米。本次预报工作执行标准：公路隧道设计规范JTGD70-2004、公 路隧道施工技术规范JTGF60-2009、以及其它国家和地方颁布的有 关规范和规章。六、掌子面岩体特征掌子面里程ZK10+756,岩性以灰岩为主，薄层状，中风化，节理、 裂隙较发育，呈块块碎状结构，局部层间有

11、次生矿物充填，受构造 影响严重，掌子面局部岩体较破碎，拱顶部分受震动易出现局部掉块， 岩体结合性稍差，整体稳定性一般。（如图4所示）图4掌子面围岩七、测试结果及分析本次雷达预报探测范围ZK10+756ZK10+791段计35米，岩性以 灰岩为主，强风化中风化，节理、裂隙较发育，呈夬碎状结构，局 部层间有次生矿物充填，受构造影响严重，掌子面局部岩体较破碎，拱 顶部分受震动易出现局部掉块，岩体结合性稍差，整体稳定性一般。 相比较而言，距目前里程614米范围内（即ZK10+762ZK10+770）、 2331 （即ZK10+779ZK10+787）雷达反射波稍强，反射界面较多，预计该段围岩特征与目前

12、掌子面相比稍有变化，岩性以灰岩为主，呈 块块碎状结构，强风化中风化，节理、裂隙较发育，局部层间有 次生矿物充填，受构造影响严重，预计掌子面局部岩体较破碎，拱顶岩 体受震动易掉块整体稳定性一般。应根据炮孔钻进情况谨慎掘进，并 注意加强支护，做好施工安全监控。建议本段围岩级别为W级。建议施工单位在拱顶处多打超前锚杆，对开挖断面及时补喷。围岩设计对比表里程设计围岩预报里程建议围岩ZK10+756ZK10+791III级ZK10+756ZK10+791W级图5 雷达测试波形图（点测）Tf_L TTf_L T*_WMWw3LM3-zt- 4wnxrru-.-rxEJAAWkx.-r3H4x-5- r-.r T lx.nwJ.-.lf -F-琴多专 Mr AM.-siw- wwx/.-gkwrm-图6 雷达测试波形图（线测）八、结论及建议综上所述，西山隧道S3标竖井工区左线在里程桩号为ZK10+756 ZK10+791范围内，岩性以灰岩为主，强风化中风化，节理 裂隙较 发育，呈块块碎状结构，受构造影响严重，掌子面局部岩体较破碎， 拱顶岩体组合受震动易掉块，岩体结合性稍差，整体稳定性一般，推断 围岩级别为W级。本隧道围岩岩体较破碎，岩石强度一般，整体稳定性一般，所以 应采取“弱爆破、短进尺、少扰动、早喷锚、紧封闭”等技术措施以