隧道病害诊断中物探技术与应用

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1、公路隧道2014年第1期(总第85期)隧道病害诊断中物探技术与应用贾超蒋辉赵永贵(中国科学院地质与地球物理研究所，北京同度工程物探技术有限公司北京100029)摘要结合隧道病害诊断与治理的实践，介绍了地震CT、高密度电法、SSP地震散射技术在隧道开裂、突泥涌水、坍塌等病害诊治中的应用，包括物探方法的基本原理、工作方式、能解决的工程与地质问题，文章特别强调物探工作应该主动为病害整治方案服务。关键词隧道病害地震CT高密度电法SSP地震散射技术4_●』___2地震CT在隧道开裂病害诊断中的I刖昌应用近1O年来我国的公路、铁路隧道建设迅猛发隧道开裂是隧道最常见的病害。南昆铁路隧展，虽然对隧道的总数还

2、没有准确的统计数字，但道通车不到3年就有近20座隧道发生衬砌开裂，严是其数量为世界第一是没有疑问的。隧道在建设重部位开裂宽度超过10cm，长30m。云南昆明至与运营期都会发生各种各样的工程与地质病害。石林高速公路的清水沟2号隧道施工中就发生了衬例如，衬砌开裂、突泥涌水、塌方冒顶、山体滑移、漏砌与山体同时开裂的工程病害。衬砌与山体开裂水、瓦斯突出、TBM卡钻等，这些病害的原因多数多半与围岩变形有关，围岩的变形作用于衬砌，导与地质条件有关。隧道病害整治方案的制订需要致衬砌破坏。为整治隧道病害，需要了解病害的地全面地了解病害的原因和影响范围，这些资料凭借质原因和影响范围。现以清水沟2号隧道病害诊断

3、一般的变形与外观监测手段是难以满足的，需要采为例，介绍物探方法的实际应用。用工程物探手段。清水沟2号隧道位于宜良县境内，长约250m，近年来工程物探技术在隧道病害诊断方面积埋深50m，为浅埋双幅连拱隧道，单洞宽14m。隧累了一些经验。例如，在云南、重庆、宁夏、河北等道偏压严重，下行隧道位于山体内侧。围岩为白云省区的高速公路隧道病害的诊断中，成功地使用了质灰岩，构造发育，岩体破碎。2002年，施工中下行地震CT[、高密度电法[3-4~、SSP地震散射等技隧道出口段中隔墙上方衬砌挤压开裂，钢筋蹦出，术[5I6]，对隧道突泥涌水、坍方冒顶、衬砌开裂、山体开裂段长达50m；同时，隧道右上方山体表面开

4、裂，开裂宽度25cm，深度超过20m，断续延伸超过100开裂、严重漏水等地质原因进行了精细探查，不但m。经多次工程与地质专家会诊，争论激烈难做决明确了引起病害的地质原因，同时提出了有针对性断。部分专家认为隧道的开挖可能会导致偏压山的解决方案，为病害治理争取了时间，节省了经费，体的垮塌和隧道的倾覆，建议挖山填沟，抵御偏压。保证了质量。就全国范围来说，这些方法的应用还为论证隧道的治理方案，工程决策部门决定采用物未达到普及的程度，很多工程技术与管理人员对于探手段进行详细探查。这些物探方法的原理、检测方式、解决哪些问题还根据隧道地质与地形条件，采用地震CT技术对不大了解，这不仅有碍于工程问题的解决，

5、同时也隧道病害进行探测诊断，这是国内首例将CT技术用不利于工程物探技术的广泛应用。于隧道检测。在隧道人口、出口、中间段布置3条垂本文结合近1O年来物探技术在隧道病害与健直Cr剖面。剖面垂直隧道走向，利用隧道与山体表康诊断中成功应用的经验，以及几个应用实例，对面布置透射观测系统。检波器布置在隧道衬砌上，间地震CT、高密度电法、SSP地震散射等物探技术的距2m，激发炮点布置在山上，间距4m。探测完成3原理、工作方式、解决的工程问题，以及对治理方案幅垂直CT断面，获得3个断面波速的分布图像，结形成的作用等问题进行详细的介绍。果如图1(a)所示。·55·公路隧道2014年第1期(总第85期)SSP的

6、探测结果是对地质点的散射强度成像，对隧道岩体含水性的预报敏感性不高，应结合高密散射强度是界面两侧岩体波阻抗差异大小的定量度电法探测与水文地质资料进行综合分析，以便取指标，散射强度大表示差异大。图像蓝色区表示散得良好的探测解释结果。射强度为负，意指地质点下方的岩体变得松软，波物探方法在隧道病害诊断中有不可替代的作阻抗降低，围岩强度减弱；红色表示散射强度为正，用，能为制订科学、有效的治理方案提供科学的依地质点下方的岩体波阻抗增大，岩体强度增加。据，具有广泛的应用前景。从图3中可知，靠近表面浅层的2O～30m，岩参考文献体以蓝色为主，波阻抗较低，岩体松散，这一层为坡积物，碎石、残积土。图3中30m

7、以下基本以红色[1]赵永贵，刘浩，孙宇，等．地震CT与隧道病害诊治技区为主，波阻抗高，岩体坚硬，这是弱风化的白云术It]／／中国地球物理学会第21届年会论文集．合肥：岩。在里程385～485范围内，存在产状陡倾、视倾中国科学技术大学出版社，2005．角45。的挤压断裂带。由于该破碎带的影响，施工E23孙宇，肖宽怀，赵永贵．地震CT勘探原理及其在公中发生坍塌。图像显示，在坍塌区上方围岩中仅有路隧道病害诊断中的应