竖井工区地质超前预报

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+756～ZK10+791编制：审核：二○一一年八月二十二日报告编号：2023_TG_XS_ZJS_013委托单位：中铁一局集团太古高速S3标项目经理部预测内容：1.预报掌子面前方围岩有无破碎岩石层2.预报掌子面前方围岩有无富水岩层3.预报掌子面前方围岩有无突水、突泥的可能4.预报掌子面前方有无断层破碎带预报里程：ZK10+756～ZK10+791预报依据：《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2023）《铁路工程物理勘探规程》（TB10013-2004）主要设备：SIR-3000型地质雷达预报日期：2023年8月21日报告日期：2023年8月22日目录目录3一、前言1二、工程概况及地质特征1三、地质雷达工作原理简介2四、检测设备、方法及测线布置4五、地质工程师判读法4六、掌子面岩体特征5七、测试结果及分析5八、结论及建议7一、前言受中铁一局集团太古高速S3标项目经理部的委托，太古高速检测项目部于2023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+756～ZK10+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300m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（GroundPenetratingRadar，简称GPR）方法是一种用于探测地下介质分布的广谱（1MHz—1GHz）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。XTRVZ目的体图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（αx-αr）﹒e-βr（1）（1）式中第二个指数-βr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，β为吸收系数。式中第一个指数幂中αr表示电磁波传播时的相位项，α为相位系数，与电磁波传播速度V的关系为：V=ω/α（2）当电磁波的频率极高时，上式可简略为：V=c/ε（3）式中c为电磁波在真空中的传播速度；ε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，反射系数的数学表达式为：R=[（ε1）1/2-（ε2）1/2/（ε1）1/2+（ε2）1/2]（4）式中ε1和ε2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见图3。图2SIR—3000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。-本次预报工作执行标准：《公路隧道设计规范》-、《公路隧道施工技术规范》JTGF60-2023、以及其它国家和地方颁布的有关规范和规章。六、掌子面岩体特征中块～块碎状稳定性一般图4掌子面围岩七、测试结果及分析～～中块碎状稳定性一般距目前里程6～14米范围内（即ZK10+762～ZK10+770）、23～31（即ZK10+779～ZK10+787）雷达反射波稍强反射界面较多块～块碎状～中稳定性。围岩设计对比表里程设计围岩预报里程建议围岩ZK10+756～ZK10+791Ⅲ级ZK10+756～ZK10+791图5雷达测试波形图（点测）图6雷达测试波形图（线测）八、结论及建议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”等技术措施以确保施工安全。以上