地質(zhì)雷達(dá)在隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

胡先進(jìn)，王　爭(zhēng)，任梓綺

(貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司,貴州 貴陽(yáng)　550001)

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地質(zhì)雷達(dá)在隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

胡先進(jìn)，王爭(zhēng)，任梓綺

(貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司,貴州 貴陽(yáng)550001)

摘要：隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)在隧道施工中十分重要，逐漸列為隧道施工作業(yè)循環(huán)的重點(diǎn)工序。結(jié)合具體工程，通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)在隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中應(yīng)用，對(duì)其預(yù)報(bào)成果的分析研究及開(kāi)挖驗(yàn)證，證明了地質(zhì)雷達(dá)在隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的實(shí)用性和有效性，同時(shí)為以后地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作積累經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：隧道；地質(zhì)超前預(yù)報(bào)；地質(zhì)雷達(dá)

1工程實(shí)例

實(shí)際工程中采用美國(guó)GSSI 生產(chǎn)的SIR20 型地質(zhì)雷達(dá)，100 MHz主頻天線，采樣點(diǎn)數(shù)為1024 ，采樣時(shí)窗長(zhǎng)度為400 ns，介電常數(shù)、掃描率等參數(shù)根據(jù)隧道掌子面地質(zhì)情況做相應(yīng)調(diào)整。采用高速地質(zhì)透視雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)時(shí)，隧道掌子面較光滑、平整時(shí)采用連測(cè)方式，將天線貼緊掌子面沿測(cè)線緩慢勻速地移動(dòng)，通過(guò)雷達(dá)主機(jī)進(jìn)行自動(dòng)采集；當(dāng)隧道掌子面粗糙、凹凸不平時(shí)采用點(diǎn)測(cè)方式，將天線按固定的距離進(jìn)行移動(dòng)，通過(guò)雷達(dá)主機(jī)進(jìn)行手動(dòng)采集。

1.1巖溶

巖溶是水對(duì)可溶性巖石(碳酸鹽巖、石膏、巖鹽等)進(jìn)行以化學(xué)溶蝕作用為主，流水的沖蝕、潛蝕和崩塌等機(jī)械作用為輔的地質(zhì)作用，以及由這些作用所產(chǎn)生的現(xiàn)象的總稱。

某隧道為貴州省畢都高速公路一公路隧道，隧道基巖主要為二疊系下統(tǒng)棲霞-茅口組灰?guī)r，巖溶較發(fā)育。圖1為該隧道探測(cè)的雷達(dá)圖像，從圖中可以看出雷達(dá)波在16～18 m深度內(nèi)有一明顯雷達(dá)波反射異常區(qū)，該段雷達(dá)波反射較強(qiáng)，振幅較大，左側(cè)、中部同相軸連續(xù)、平緩，界面反射明顯，右側(cè)同相軸錯(cuò)斷，能量整體衰減較慢。結(jié)合隧道掌子面地質(zhì)情況與地勘資料推測(cè)該深度范圍內(nèi)發(fā)育一溶洞，少量充水或充泥。后經(jīng)開(kāi)挖驗(yàn)證，該段發(fā)育一溶洞，溶洞底有少量水與原巖碎塊充填，如圖2所示。

圖1　巖溶雷達(dá)圖

圖2　巖溶照片

1.2斷層

巖體受構(gòu)造應(yīng)力作用超過(guò)其強(qiáng)度時(shí)就會(huì)發(fā)生裂縫或錯(cuò)斷，破壞了巖體的完整性而形成斷裂構(gòu)造，斷層是巖層或巖體順破裂面發(fā)生明顯位移的構(gòu)造，在地殼中廣泛發(fā)育，斷層帶上往往巖石破碎，易被風(fēng)化侵蝕。

某隧道為貴州省思劍高速公路一公路隧道，隧道橫穿一斷層，斷層性質(zhì)不明，破碎帶寬3～6 m。圖3為在該隧道斷層附近探測(cè)的雷達(dá)圖像，從圖中可以看出雷達(dá)波在5～10 m 深度內(nèi)有一明顯雷達(dá)波反射異常區(qū)，該段雷達(dá)波反射強(qiáng)烈，振幅較大，同相軸連續(xù)，異常界面明顯，能量衰減一般。推測(cè)該深度范圍內(nèi)發(fā)育一斷層，斷距不明，沿?cái)鄬用鎺r體破碎夾泥。后經(jīng)開(kāi)挖驗(yàn)證，該段發(fā)育一斷層，斷層產(chǎn)狀130°∠45°，與隧道斜交，斷面平直但不光滑，上、下盤巖層脫空明顯，距離10～50 cm，斷層面局部被粘土充填，如圖4所示。

圖3　斷層雷達(dá)圖

圖4　斷層照片

1.3節(jié)理裂隙密集帶

節(jié)理是巖體沿破裂面沒(méi)有明顯位移或僅有微量位移的斷裂構(gòu)造，節(jié)理裂隙密集帶主要存在于斷層影響帶、巖脈帶及軟弱夾層中，對(duì)隧道圍巖的穩(wěn)定性影響很大，給隧道工程建設(shè)帶來(lái)隱患和災(zāi)害。

某隧道為貴州省思劍高速公路一公路隧道，隧道主要穿越寒武系杷榔組頁(yè)巖。圖5為該隧道探測(cè)的雷達(dá)圖像，雷達(dá)波在0～13 m 深度內(nèi)反射較為強(qiáng)烈，反射波同相軸錯(cuò)斷、交錯(cuò)，且波形雜亂，振幅變化大，能量衰減較快，結(jié)合隧道掌子面地質(zhì)情況與地勘資料推測(cè)該深度范圍內(nèi)為節(jié)理裂隙密集帶，裂隙內(nèi)夾泥，圍巖穩(wěn)定性差，施工中易產(chǎn)生塌方。后經(jīng)開(kāi)挖驗(yàn)證，該段巖體呈薄層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，層間夾泥，圍巖穩(wěn)定性差，如圖6所示。

圖5　節(jié)理裂隙密集帶雷達(dá)圖

圖6　節(jié)理裂隙密集帶照片

1.4富水帶

隧道富水帶是指含水量大，開(kāi)挖后可能產(chǎn)生涌水現(xiàn)象的段落，富水帶一般巖體較破碎，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，貫通性較好，圍巖自穩(wěn)能力差，隧道開(kāi)挖后頂部易冒落破壞，形成安全事故。

某隧道為貴州省望安高速公路一公路隧道，隧道基巖為三疊系許滿組四段下亞段中—厚層含鈣質(zhì)泥巖夾砂巖。圖8為該隧道探測(cè)的雷達(dá)圖像，從圖中可以看出雷達(dá)波在0～14 m深度內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)反射，同相軸較為連續(xù)，電磁波高頻成分被吸收，以低頻成分為主，能量衰減速度增快。推測(cè)該深度范圍內(nèi)為富水帶，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖自穩(wěn)能力差。后經(jīng)開(kāi)挖驗(yàn)證，該段地下水發(fā)育，呈線流狀出水，巖體破碎，如圖9所示。

圖7　富水帶雷達(dá)圖

圖8　富水帶照片

2結(jié)語(yǔ)

(1)地質(zhì)雷達(dá)有較高的分辨率，在短距離內(nèi)預(yù)報(bào)中準(zhǔn)確率較高，能有效地探測(cè)到隧道掌子面前方不良地質(zhì)情況，如巖溶、斷層、節(jié)理裂隙密集帶、富水帶等，可以對(duì)隧道安全施工提供可靠的依據(jù)；

(2)地質(zhì)雷達(dá)在現(xiàn)場(chǎng)采集原始數(shù)據(jù)時(shí)，如何根據(jù)預(yù)報(bào)人員經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，有效地規(guī)避現(xiàn)場(chǎng)干擾影響，合理選擇儀器參數(shù)，從而采集到高質(zhì)量的原始數(shù)據(jù)至關(guān)重要；

(3)隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)是地質(zhì)勘察工作的延續(xù)和補(bǔ)充，數(shù)據(jù)處理與預(yù)報(bào)成果解釋必須在地勘資料和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合分析；

(4)地質(zhì)雷達(dá)的運(yùn)用與預(yù)報(bào)成果解釋涉及的知識(shí)面廣，全面提高預(yù)報(bào)人員地質(zhì)、物探等知識(shí)，通過(guò)反復(fù)實(shí)踐，積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李鎬，仲曉杰，韓煜.地質(zhì)雷達(dá)在隧道富水區(qū)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ)，2010，24(4).

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[3]趙永貴.地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)與應(yīng)用[R].勞雷公司，2005.

Application of geological radar in advanced geological prediction

HU Xian-jin,WANG Zheng,REN Zi-qi

(Guizhou Traffic Science Research Institute Co., Ltd.，Guiyang,Guizhou ,China)

Abstract:Advanced geological prediction is very important in tunnel construction, which is gradually listed as key procedure of tunnel construction cycle. Combining with the concrete engineering, the paper analyzes prediction results through geologic radar application in tunnel advanced geological prediction, proves the practicability and effectiveness of geological radar in advanced geological prediction, which accumulates experience in later geological prediction.

Keywords:tunnel; advanced geological prediction; geological radar

中圖分類號(hào)：U457

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)03-0118-02

作者簡(jiǎn)介：胡先進(jìn)(1983-)，貴州思南人，工程師，研究方向：隧道檢測(cè)、監(jiān)控、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。

收稿日期：2015-08-30