CN115306406A - 一种基于地质雷达和tgp法的隧道施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于地质雷达和TGP法的隧道施工方法，包括：基于所述地质雷达对隧道施工地质进行分析：测线布置、探测、数据采集及处理、图像判释、地质观察、预报结果分析；基于所述TGP法对隧道施工地质进行分析：激发孔和接收孔的布置、药卷同步信号制作、接收探头安装、仪器采集参数设置和隧道施工地质分析；根据地质雷达形成的分析成果和TGP法形成的分析结果生成施工方案，其中，所述施工方案包括***设计方案、超前小导管支护方案以及锚杆支护方案。通过利用界面重复观测，提高预报的可靠性，利用地质雷达与TGP地震波法手段互补，大幅度提高预测的长度和准确度，减少地质灾害对隧道施工造成的不利影响。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种基于地质雷达和TGP法的隧道施工方法。
背景技术
在当前我国高速铁路、高速公路大建设的形势下，隧道工程的数量和长度明显增加，隧道工程的规模不断扩大，相应地质条件的复杂性和施工难度也不断增加。
尽管在隧道的勘察设计阶段已经投入大量地质勘察工作，但是由于地质、地形条件的复杂性和勘察技术的现状水平，以及时间、经费等条件的限制，勘察阶段的地质资料一般难于达到施工阶段精度的要求。
发明内容
本发明提供一种基于地质雷达和TGP法的隧道施工方法，用于解决勘察阶段的地质资料难于达到施工阶段要求的精度的技术问题。
本发明提供一种基于地质雷达和TGP法的隧道施工方法，包括：
基于所述地质雷达对隧道施工地质进行分析：测线布置、探测、数据采集及处理、图像判释、地质观察、预报结果分析；
基于所述TGP法对隧道施工地质进行分析：激发孔和接收孔的布置、药卷同步信号制作、接收探头安装、仪器采集参数设置和隧道施工地质分析；
根据地质雷达形成的分析成果和TGP法形成的分析结果生成施工方案，其中，所述施工方案包括***设计方案、超前小导管支护方案以及锚杆支护方案。
在本发明的一些实施方式中，其中，所述数据采集及处理包括：对采集的雷达图像进行消除随机噪声压制干扰处理，并进行自动时变增益或控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波，进行滤波处理除去高频，突出目标体。
在本发明的一些实施方式中，其中，所述激发孔和接收孔的布置包括：所述激发孔选择在构造界面与隧道夹角小的一侧洞壁，离掌子面3-5米开始，高度1.2米，以2米间距连续布置20至24个，并且退15米至30米在隧道左右洞壁的相同里程各布置一个接收孔，所述接收孔与所述激发孔深度均为2米，所述接收孔为水平孔，所述激发孔向下。
在本发明的一些实施方式中，其中，所述接收探头安装包括：采用定向工具安装和采用黄油将所述接收探头直接耦合在钻孔壁上。
在本发明的一些实施方式中，其中，仪器采集参数设置的原则为：软岩采样率选择0.1ms档，硬岩采样率选择0.05ms档，通过选择采样点数保证地震记录长度不小于200ms。
在本发明的一些实施方式中，其中，所述***设计方案包括：
采用短进尺措施、分步骤措施、减少最大段用药量措施，选用微差***方式，掏槽眼先起爆，然后是辅助眼，再次是周边眼，最后起爆底板眼，减少***时对右线既有隧道的影响；
采用弱***的方式，严格遵循“先预报、管超前、严注浆、短进尺、弱***、强支护、早封闭、勤量测”方针；
特殊地段采取静态***措施进行施工，即加入膨胀剂的方式进行***挖出；
进行***震速数值模拟，寻找***最危险点，并对所述***方案进行优化。
本申请的一种基于地质雷达和TGP法的隧道施工方法，采用地质雷达和TSP地震波法对隧道工程超前地质预报可以提高隧道前方地质情况和围岩情况预测准确度，同时可以对其力学参数进行评估。通过利用界面重复观测，提高预报的可靠性，利用地质雷达与TGP地震波法手段互补，大幅度提高预测的长度和准确度，减少地质灾害对隧道施工造成的不利影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种基于地质雷达和TGP法的隧道施工方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供的地质雷达测线布置图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其示出了本申请的一种基于地质雷达和TGP法的隧道施工方法的流程图。
如图1所示，一种基于地质雷达和TGP法的隧道施工方法，包括：
S101、基于所述地质雷达对隧道施工地质进行分析：测线布置、探测、数据采集及处理、图像判释、地质观察、预报结果分析；
S102、基于所述TGP法对隧道施工地质进行分析：激发孔和接收孔的布置、药卷同步信号制作、接收探头安装、仪器采集参数设置和隧道施工地质分析；
S103、根据地质雷达形成的分析成果和TGP法形成的分析结果生成施工方案，其中，所述施工方案包括***设计方案、超前小导管支护方案以及锚杆支护方案。
本实施例的方法，将地质雷达和TGP长距离预报地震波技术交叉应用于同一项目，采用孔中+排列+后激发的收集***进行数据采集，各项数据相互检验，同时采用同一界面重复多次观测，提高预报的可靠性，有效避免施工中不良地质对工程造成的影响。采用地质雷达和TGP长距离地震波技术，可以使***工作有的放矢，在围岩稳定段落可以加快***掘进速度，在不良地质段落，可采取先预防处理不良地质问题，后***开挖的方式，从而节省大量的时间。
在一个具体实施例中，一种基于地质雷达和TGP法的隧道施工方法具体包括以下步骤：
5.1.1、地质雷达法工艺流程主要有测线布置(如图2所示)、探测、数据采集及处理、图像判释、地质观察、预报结果分析、异常判断、施工建议。
在本实施例中，数据处理及图像判释：
探测的雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录，由于地下介质相当于一个复杂滤波器，介质对波不同程度的吸收以及介质的不均匀性，使得脉冲到达接收天线时，波幅减小，波形变得与原始发射波形有较大的差异；另外，不同程度的各种随机噪声和干扰，也影响实测数据。因此，必须对接收信号实施适当的处理，以改善数据的信噪比，为进一步解释提供清晰可辨的图像。图像处理包括消除随机噪声压制干扰，进行自动时变增益或控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波，进行滤波处理除去高频，突出目标体，降低背景噪声和余振影响。对数据文件进行了预处理、增益调整、滤波和成图等方法的处理。最终得到各测线的成果图，并据此进行探测对象的地质判释。
异常判断标准为：
完整岩体：一般介质相对均匀，电性差异很小，没有明显的反射界面，雷达图像和波形特征通常表现为：能量团分布均匀或仅在局部存在强反射细亮条纹；电磁波能量衰减缓慢，探测距离远且规律性较强；一般形成低幅反射波组，波形均匀，无杂乱反射，自动增益梯度相对较小。
断层：一般都有明显的反射界面，其地质雷达图像和波形特征较为相似，通常表现为断层和裂隙界面反射强烈，反射面附近振幅显著增强且变化大；能量团分布不均匀，破碎带和裂隙带内常产生绕射、散射，波形杂乱，同相轴错断，在深部甚至模糊不清；电磁波能量衰减快且规律性差，特别是高频部分衰减较快，自动增益梯度较大；一般反射波同相轴的连线为破碎带或裂隙带的位置。
富水带：在含水层表面发生强振幅反射；电磁波穿透含水层时将产生一定规律的多次强反射，在富水带内产生绕射、散射现象，并掩盖对富水带内及更深范围岩体的探测；电磁波频率由高频向低频剧烈变化，脉冲周期明显增大，电磁波能量快速衰减，能量团分布不均匀，自动增益梯度很大；因含水面通常分布连续，反射波同相轴连续性较好，波形相对较均一；从基岩到含水层是高阻抗到低阻抗介质的变化，因而反射电磁波与入射电磁波相位相反
岩溶洞穴：其形态特征主要取决于洞穴的形状、大小以及填充物的性质，一般表现为由许多双曲线强反射波组成；在洞穴侧壁上一般为高幅、低频、等间距的多次反射波组，特别是无填充物或充满水时反射波更强，而洞穴底界面反射则不太明显，只有当洞穴底部部分充填水或粘土、粉砂、砂砾性物质时底部反射波会有所增强，可见一组较短周期的细密弱反射；如果洞穴为空洞或充水洞则在洞体内部几乎没有反射电磁波；有充填物时电磁波能量迅速衰减，高频部分被吸收，反射的多为低频波。
工程地质条件分析：围岩以中～强风化为主，岩石较软，强度较低，层理结合较差。没有大的断层或构造带发育，但发育有强风化软夹层。受地表水影响，层理间有股状、淋雨状出水。层理面和地下水是控制隧道围岩稳定的主要因素，对围岩稳定性影响大，股状、淋雨状出水在一定程度上起到润滑结构面的作用，使层理面的结合力变差。总体上，隧道前方的围岩稳定性一般，拱顶无支护时拱顶易坍塌，失稳岩体易滑脱对施工安全不利，支护强度不力、不及时，易产生塌方。
施工建议：
由于发育的层理、节理及裂隙对围岩的稳定性影响大，围岩稳定性差，且隧道处于浅埋地段，开挖应采用“弱***、短进尺”方法，切实做好超前支护，保护和利用围岩的支承能力，做好岩体稳定保护措施，开挖后应及时支护，早成环。
应做好排水工作，减少地下水对岩体的软化作用，防止强风化岩体坍塌。
5.1.2、TGP数据采集工作包括：激发孔和接收孔的布置、药卷同步信号制作、接收探头安装、仪器采集参数设置、和隧道施工地质调查5个内容。数据采集完成后，根据现场数据形成TGP地震波超前预报成果图。进行现场原始记录评估和技术分析，形成结论。
在本实施例中，激发孔应选择在构造界面与隧道夹角小的一侧洞壁，离掌子面3-5米开始，高度1.2米，以2米间距连续布置20至24个。之后退15米至30米在隧道左右洞壁的相同里程各布置一个接收孔。接收孔与激发孔深度为2米，接收孔为水平孔，激发孔略向下倾以方便注水；
***激震的同步信号采取开路触发方式，即***的同时触发仪器采集，保证地震波信号的时间精度。药量控制在75克至100克，各孔药量一致，如果采用高爆速***有利于产生高频地震波信号；
接收探头采用定向工具安装和采用黄油直接耦合钻孔壁，有利于提高接收信号的信噪比；
仪器采集参数设置的原则：软岩采样率选择0.1ms档,硬岩采样率选择0.05ms档，通过选择采样点数保证地震记录长度不小于200ms；
施工地质调查针对炮孔段和掌子面岩体进行，详细记录岩体的工程地质和水文地质特征，认真填写《TGP现场数据记录表》。《TGP现场数据记录表》例如表5.2.2所示：
表5.2.2现场数据记录一览表
5.1.3、根据地质雷达和TGP地震波超前预报形成的成果和建议，综合考虑施工方案，主要包括***设计、超前小导管支护方案、锚杆支护方案等，必要时方案需报设计、监理、业主认可。
在本实施例中，划分地质单元：
通过对TGP隧道地质超前预报成果的分析，划分掌子面前方250米范围的隧道围岩为5个地质单元：
1)K19+318至K19+342段，长度24米；
2)K19+342至K19+379段，长度37米；
3)K19+379至K19+400段，长度21米；
4)K19+400至K19+440段，长度40米；
5)K19+440至K19+568段，长度128米；
2各地质单元的分析推断
1)K19+318至K19+342段，长度24米；
围岩为白云岩，该段岩体完整性较差，局部节理裂隙发育；局部裂隙溶蚀较发育，层间含不稳定滑层或软弱夹层；裂隙水发育并伴有夹泥，岩体呈中风化，整体稳定性一般。开挖后局部破碎带易掉渣、掉块和软弱夹层造成的塌落。此段围岩级别为S3a级，建议按IV级围岩进行支护。
2)K19+342至K19+379段，长度37米；
围岩为中至微风化白云岩，岩体较完整，节理裂隙不发育，整体稳定性较好，局部裂隙溶蚀较发育，含少量裂隙水。施工中注意溶蚀较发育带造成的塌落失稳，及时做好支护。此段围岩级别为S3a级，建议按原设计围岩级别进行支护。
3)K19+379至K19+400段，长度21米；
围岩为中至微风化白云岩，该段岩体完整性较好，节理裂隙不发育，岩体较完整，伴有少量裂隙水，施工中注意局部节理裂隙发育带造成的塌落失稳，及时做好支护。此段围岩级别为S3a级，建议按原设计围岩级别进行支护。
4)K19+400至K19+440段，长度40米；
围岩为中至微风化白云岩，节理裂隙较发育，局部岩体完整性较好；局部受构造影响，岩体较破碎，含少量裂隙水，局部溶蚀较发育，施工中注意局部节理裂隙发育带造成的塌落失稳，及时做好支护。此段围岩级别为S3a级，建议按原设计围岩级别进行支护。
5)K19+440至K19+568段，长度128米；
围岩为中至微风化白云岩，该段岩体较为完整，节理裂隙一般发育；局部发育不稳定滑层或软弱夹层；整体稳定性较好。此段围岩级别为S3a级，建议按原设计围岩级别进行支护。
建议：
(1)开挖后及时喷射混凝土封闭围岩，初期支护紧跟掌子面；在岩体破碎带及岩溶发育区应加强支护措施，必要时增加超期支护，防止围岩坍塌、掉块。
(2)施工过程中应加强短距离地质雷达探测，探明前方工程地质及水文地质情况，避免发生涌水涌泥等地质灾害。
(3)由于部分炮孔施做质量较差，不能灌水封闭炮孔，导致数据采集受到一定的影响。因此在施工中若遇到地质突变，应立即按施工预案处理并及时采用地质雷达、红外探水等其他物探手段进行短距离复核探测，确保施工过程中安全质量可控。在隧道施工接近K19+548里程时安排下一次超前预报工作。
根据地质雷达和TGP超前预报给出的建议，制定合理的开挖方案；其中，***方案的选择:
进行***震速数值模拟，寻找***最危险点，并对方案***方案进行优
采用短进尺、分步骤、减少最大段用药量等措施，选用微差***方式，掏槽眼先起爆，然后是辅助眼，再次是周边眼，最后起爆底板眼。减少***时对右线既有隧道的影响。
采用弱***的方式，特殊地段也可采取静态***措施进行施工，即加入膨胀剂的方式进行***挖出。
开挖、支护方案的选择:
为避免自身偏压影响，开挖选择上下台阶法进行施工、对拱顶预加固采用超前小导管注浆、超前锚杆等方式进行加固。
对中心岩体采取锚杆注浆等方式进行加固。
洞身开挖完成，沉降稳定后，立即进行钢拱架架设、钢筋网、等施工及时完成初次衬砌喷射混凝土施工。
本实施例的方法，能够达到以下技术效果：
1.工艺先进：将地质雷达和TGP长距离预报地震波技术交叉应用于同一项目，采用孔中+排列+后激发的收集***进行数据采集，各项数据相互检验，同时采用同一界面重复多次观测，提高预报的可靠性，有效避免施工中不良地质对工程造成的影响。
2.节省时间：采用地质雷达和TGP长距离地震波技术，可以使***工作有的放矢，在围岩稳定段落可以加快***掘进速度，在不良地质段落，可采取先预防处理不良地质问题，后***开挖的方式，从而节省大量的时间。
3.效果好：通过该技术预测，有效探测出破碎面和涌水段，及时处理，降低了施工难度，避免了盲目施工，极大的保证了施工安全。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种基于地质雷达和TGP法的隧道施工方法，其特征在于，包括：
基于所述地质雷达对隧道施工地质进行分析：测线布置、探测、数据采集及处理、图像判释、地质观察、预报结果分析；
基于所述TGP法对隧道施工地质进行分析：激发孔和接收孔的布置、药卷同步信号制作、接收探头安装、仪器采集参数设置和隧道施工地质分析；
根据地质雷达形成的分析成果和TGP法形成的分析结果生成施工方案，其中，所述施工方案包括***设计方案、超前小导管支护方案以及锚杆支护方案。
2.根据权利要求1所述的一种基于地质雷达和TGP法的隧道施工方法，其特征在于，其中，所述数据采集及处理包括：对采集的雷达图像进行消除随机噪声压制干扰处理，并进行自动时变增益或控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波，进行滤波处理除去高频，突出目标体。
3.根据权利要求1所述的一种基于地质雷达和TGP法的隧道施工方法，其特征在于，其中，所述激发孔和接收孔的布置包括：
所述激发孔选择在构造界面与隧道夹角小的一侧洞壁，离掌子面3-5米开始，高度1.2米，以2米间距连续布置20至24个，并且退15米至30米在隧道左右洞壁的相同里程各布置一个接收孔，所述接收孔与所述激发孔深度均为2米，所述接收孔为水平孔，所述激发孔向下。
4.根据权利要求1所述的一种基于地质雷达和TGP法的隧道施工方法，其特征在于，其中，所述接收探头安装包括：
采用定向工具安装和采用黄油将所述接收探头直接耦合在钻孔壁上。
5.根据权利要求1所述的一种基于地质雷达和TGP法的隧道施工方法，其特征在于，其中，仪器采集参数设置的原则为：软岩采样率选择0.1ms档，硬岩采样率选择0.05ms档，通过选择采样点数保证地震记录长度不小于200ms。
6.根据权利要求1所述的一种基于地质雷达和TGP法的隧道施工方法，其特征在于，其中，所述***设计方案包括：
采用短进尺措施、分步骤措施、减少最大段用药量措施，选用微差***方式，掏槽眼先起爆，然后是辅助眼，再次是周边眼，最后起爆底板眼，减少***时对右线既有隧道的影响；
采用弱***的方式，严格遵循“先预报、管超前、严注浆、短进尺、弱***、强支护、早封闭、勤量测”方针；
特殊地段采取静态***措施进行施工，即加入膨胀剂的方式进行***挖出；
进行***震速数值模拟，寻找***最危险点，并对所述***方案进行优化。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211066561.2A CN115306406A (zh) | 2022-09-01 | 2022-09-01 | 一种基于地质雷达和tgp法的隧道施工方法 |
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| CN202211066561.2A CN115306406A (zh) | 2022-09-01 | 2022-09-01 | 一种基于地质雷达和tgp法的隧道施工方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN115306406A true CN115306406A (zh) | 2022-11-08 |
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| CN202211066561.2A Pending CN115306406A (zh) | 2022-09-01 | 2022-09-01 | 一种基于地质雷达和tgp法的隧道施工方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN115306406A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115469376A (zh) * | 2022-11-14 | 2022-12-13 | 四川省冶勘设计集团有限公司 | 基于非同源数据隧道超前地质预报综合探测方法及*** |
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2022
- 2022-09-01 CN CN202211066561.2A patent/CN115306406A/zh active Pending
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| CN115469376A (zh) * | 2022-11-14 | 2022-12-13 | 四川省冶勘设计集团有限公司 | 基于非同源数据隧道超前地质预报综合探测方法及*** |
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