地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

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1、地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用賈青坤山東鐵正工程試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司山東250014摘要：從地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)的基木原理出發(fā)，采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行隧道超前預(yù)報(bào),提前釆取有效的防范措施，確保隧道施工的安全是可行的，且具有較高的預(yù)報(bào)精度。關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；隧道；探測(cè)引言：在隧道施工中，尤其是地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道工程，它關(guān)系到工程的安全、質(zhì)量、成木和進(jìn)度。隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)由來(lái)己久，超前預(yù)報(bào)的方法也有很多，地質(zhì)雷達(dá)其有掃描速度快、重量輕、分辯率高、屏蔽效果好、圖像直觀、對(duì)施工影響小和可跟蹤施工全過(guò)程等優(yōu)點(diǎn)，并積累了大量的工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和圖像分析經(jīng)驗(yàn)，近年來(lái)在施工檢測(cè)及地質(zhì)預(yù)報(bào)中得到了廣泛

2、應(yīng)用。1、地質(zhì)雷達(dá)的工作原理探地雷達(dá)依據(jù)電磁波脈沖在地下傳播的原理進(jìn)行工作。發(fā)射天線將高頻（100?800MHz或更高）的電磁波以寬帶短脈沖形式送入地下，被地下介質(zhì)（或埋藏物）反射，然后由接收天線接收。根據(jù)電磁波理論,當(dāng)雷達(dá)脈沖在地下傳播過(guò)程中，遇到不同電性介質(zhì)交界面時(shí)，由于上下介質(zhì)的電磁特性不同而產(chǎn)生折射和反射。在對(duì)接收天線接收到的雷達(dá)波進(jìn)行處理和分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)接收到的雷達(dá)波形、強(qiáng)度、雙程時(shí)間等參數(shù)便可推斷地下目標(biāo)體的空間位置、結(jié)構(gòu)、電性及幾何形態(tài)，從而達(dá)到對(duì)地下隱蔽目標(biāo)物的探測(cè)（如圖1所示）。2、地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用技術(shù)方法2.1雷達(dá)預(yù)報(bào)原理地質(zhì)雷達(dá)的試驗(yàn)原理為由控制單元向地層發(fā)射一組以

3、某一頻率為中心的高頻電磁波，在傳播的過(guò)程中，電磁波遇到不同電磁性介質(zhì)分界面時(shí)，一部分電磁波能量會(huì)轉(zhuǎn)換成反射波返回地面，另一部分能量則透過(guò)界面繼續(xù)向前傳播，再次遇到界面時(shí)，乂有一部分電磁波產(chǎn)生反射返回地面。2.2地質(zhì)雷達(dá)地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)2.2.1雷達(dá)地質(zhì)預(yù)報(bào)長(zhǎng)度的確定預(yù)報(bào)長(zhǎng)度的長(zhǎng)短同電磁波在巖體中傳播的特性密切相關(guān)，根據(jù)波的傳播原理，電磁波在堅(jiān)硬均勻完整性好的的巖體中傳播吋，其透射能力較強(qiáng)，當(dāng)其遇到介電常數(shù)相差較人的巖層界面吋，電磁波的反射系數(shù)較大，天線接收器接受的信號(hào)就越強(qiáng)，預(yù)報(bào)長(zhǎng)度可適當(dāng)放長(zhǎng)。根據(jù)杜公嶺隧道的圍巖的基本特征，預(yù)報(bào)的長(zhǎng)度一般為20?30米左沿。2.2.2介電常數(shù)的選擇雷達(dá)地質(zhì)

4、預(yù)報(bào)結(jié)果的可靠程度，圍巖介質(zhì)的介電常數(shù)的選取是關(guān)鍵，一般情況下，巖體的介電常數(shù)在5?8之間，具體的數(shù)值應(yīng)根據(jù)具體巖性進(jìn)行確定，另外圍巖含水率對(duì)圍巖介質(zhì)的介電常數(shù)冇重要的影響，因此，還應(yīng)依據(jù)圍巖的含水率的大小進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。2.2.3測(cè)程的選擇利用雷達(dá)進(jìn)行隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)吋，應(yīng)采用線測(cè)和點(diǎn)測(cè)相結(jié)合，線測(cè)或點(diǎn)測(cè)吋，應(yīng)采用不同測(cè)程相結(jié)合，以便對(duì)各種測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，相互驗(yàn)證，突出圍巖不良地質(zhì)狀況。圍巖完整性較好吋，測(cè)程可采用700ns,圍巖破碎吋，測(cè)程采用300ns。3.典型地段超前預(yù)報(bào)實(shí)例分析3.1軟弱夾層的探測(cè)所謂軟弱夾層是指巖體中那些性質(zhì)軟弱、奮一定厚度的軟弱結(jié)構(gòu)面或者軟弱帶。按成因分為

5、原生軟弱夾層、構(gòu)造及擠壓破碎帶、泥化夾層及蘇他夾泥層，具奮高壓縮性和強(qiáng)度低的特征。在某隧道ZK145+820掌子面探測(cè)吋，前10m范圍內(nèi)同相軸不連續(xù)，信號(hào)頻率較低，幅值較強(qiáng)，在掌子面前方11m處存在一反射信號(hào)較強(qiáng)的多次震蕩信號(hào)，電磁波衰減加快，結(jié)合具體地質(zhì)情況，推測(cè)前方10范圍內(nèi)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，在掌子面前方11m處可能存在一軟弱夾層或富含基巖裂隙水，后經(jīng)開挖證實(shí)，在ZK145+810處存在一豎向強(qiáng)風(fēng)化結(jié)構(gòu)面，奮夾泥和鐵錳質(zhì)礦物充填，且伴奮侵潤(rùn)狀浸水。3.2節(jié)理密集帶的探測(cè)節(jié)理是存在于巖體中的裂縫，是巖體受力斷裂后兩側(cè)巖塊沒有顯著位移的小型斷裂構(gòu)造。巖體中的裂隙，在工程除了有利于開挖外，

6、對(duì)巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均不產(chǎn)生有利的影響。節(jié)理密集帶主要存在于斷層影響帶、巖脈帶及軟弱夾層中，由于節(jié)理內(nèi)有不同的礦物成分、不均勻的充填物，與周邊圍巖形成電性的差異，因此具奮采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)巖體中裂隙存在的地球物理基礎(chǔ)。在某隧道YK145+850掌子面探測(cè)吋，同相軸錯(cuò)斷，信號(hào)頻率中等，局部信號(hào)頻率較低，幅值中等，6?16m范圍內(nèi)出現(xiàn)平行和雜亂的發(fā)射波，推斷前方6?16m,即丫K145+844?丫K145+834段，為節(jié)理密集帶或富含基巖裂隙水，巖體呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)，圍巖較破碎，后經(jīng)開挖證實(shí)，該范圍內(nèi)巖體破碎，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，節(jié)理張開。3.3富水帶的探測(cè)富水帶是含水量大的巖體區(qū)域，在隧道幵挖

7、后可能產(chǎn)生涌水現(xiàn)象。水的相對(duì)介電常數(shù)最大為81，當(dāng)巖體含水量較大時(shí)，介質(zhì)的介電常數(shù)有較大的增大，而電磁波在介質(zhì)中的傳播速度則會(huì)降低，這樣反射波表現(xiàn)較強(qiáng)的正峰異常，同時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)反射，能量衰減增快，伴有繞射、散射現(xiàn)象，導(dǎo)致波形紊亂，頻率成分由高頻向低頻轉(zhuǎn)變。結(jié)語(yǔ)：對(duì)于隧道動(dòng)工安全與進(jìn)度特別主要的就是隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。使用于公路隧道動(dòng)工中的地質(zhì)雷達(dá)，預(yù)報(bào)掌子面前方不良地質(zhì)情況可較快判斷，奮利于工程施工，提高了短期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的水平工作。因此