地質(zhì)雷達(dá)在軟弱圍巖隧道超前預(yù)報(bào)中應(yīng)用

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1、地質(zhì)雷達(dá)在軟弱圍巖隧道超前預(yù)報(bào)中應(yīng)用【摘要】以某軟弱圍巖隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)為對(duì)象,介紹了地質(zhì)雷達(dá)的工作原理、優(yōu)越性及其較廣的適應(yīng)性。應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)軟弱圍巖隧道做地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，為隧道的施工提供了較為準(zhǔn)確的安全預(yù)警，指導(dǎo)隧道施工，減少了因不合理施工而造成的損失?！娟P(guān)鍵詞】地質(zhì)雷達(dá)；軟弱圍巖；隧道；超前預(yù)報(bào)引言在我國(guó)隧道開挖中常常遇到地質(zhì)構(gòu)造帶，斷層或者軟弱破碎圍巖，高地應(yīng)力巖體；也會(huì)遇到巖溶發(fā)育，充水或者充泥，有時(shí)地下暗河發(fā)育，這給隧道開挖和建設(shè)造成很多困難,同時(shí)也給隧道運(yùn)營(yíng)造成一定的隱患。因此需要采用一定的手段對(duì)這些地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行探測(cè)和預(yù)報(bào)，提前采

2、取措施來排除災(zāi)害。地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)是根據(jù)導(dǎo)電率、介電常數(shù)、磁導(dǎo)率的差異，采用地質(zhì)雷達(dá)高頻電磁波方法進(jìn)行探測(cè)，獲取掌子面前方材料的介電常數(shù)差異信息。地質(zhì)雷達(dá)超前預(yù)報(bào)的物理基礎(chǔ)是：電磁波在遇到介質(zhì)界面時(shí)其反射系數(shù)R為：R=[?著11/2-?著21/2]/[?著11/2+?著21/2],由此式可知，電磁波的反射系數(shù)取決于介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，介電常數(shù)差異越大，雷達(dá)波形越清晰，如空隙中的空氣的相對(duì)介電常數(shù)為1,水的相對(duì)介電常數(shù)為81,軟弱夾層中的相對(duì)介電常數(shù)在9?14之間，礫巖的相對(duì)介電常數(shù)在4?6之間，幾者之間的相對(duì)介電常數(shù)相差較大，為地質(zhì)雷達(dá)作隧道超前預(yù)報(bào)提供了較

3、好的地球基礎(chǔ)。地質(zhì)雷達(dá)綜合探測(cè)深度需求和分辨率的要求一般選擇100兆赫茲天線進(jìn)行探測(cè)，100兆赫茲天線探測(cè)優(yōu)勢(shì)：屏蔽天線；天線尺寸小95厘米；場(chǎng)地要求簡(jiǎn)單，場(chǎng)地地形隨意；測(cè)點(diǎn)密度大，點(diǎn)距可以很小，10厘米；測(cè)網(wǎng)測(cè)線測(cè)點(diǎn)布置按需求布置；探測(cè)范圍5-30米。1、工程概況武都西隧道位于武都區(qū)黑壩里北側(cè)上涼水山山體內(nèi)，該隧道設(shè)計(jì)為分離式巖質(zhì)隧道。隧址區(qū)位于剝蝕中山地貌區(qū)，山體地形總體較陡，呈中間高兩側(cè)低形，進(jìn)口自然坡度40°,出口自然坡度50°o隧址區(qū)地層由第四系中上更新統(tǒng)黃土、粉質(zhì)粘土、和中上志留統(tǒng)-白龍江群組成。白龍江群上部巖性為灰?guī)r夾千枚巖、板巖、泥灰?guī)r，

4、下部巖性為千枚巖夾灰?guī)r、片巖組成，千枚巖由泥巖、泥灰?guī)r變質(zhì)組成，整體呈現(xiàn)千枚巖、板巖、灰?guī)r，呈互層或夾層狀。隧址區(qū)地下水主要為孔隙潛水、基巖裂隙水及斷層裂隙水，水位、水量受大氣降水影響而變化，潛水賦存與第四系粘土中，不很發(fā)育，基巖裂隙水賦存于志留系巖層中，一般水量不大，斷層帶內(nèi)巖體破碎，膠結(jié)極差，富水性較好，對(duì)碉室的穩(wěn)定性不利。2、隧道超前預(yù)報(bào)地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器采用美國(guó)GSSI公司生產(chǎn)的SIR-3000地質(zhì)雷達(dá)，天線中心頻率為100MHz,本次釆用了連續(xù)測(cè)試及點(diǎn)測(cè)試方法。（測(cè)線及測(cè)點(diǎn)布設(shè)見圖1）本次雷達(dá)預(yù)報(bào)探測(cè)范圍YK86+658?YK86+623段計(jì)35米，

5、對(duì)采集的地質(zhì)雷達(dá)圖像進(jìn)行了軟件技術(shù)處理并分析推斷。從線測(cè)結(jié)果來看：自左至右，本段范圍內(nèi)右側(cè)雷達(dá)反射波變化較大，預(yù)計(jì)該段圍巖以中風(fēng)化泥灰?guī)r為主，中風(fēng)化?強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙極發(fā)育，圍巖巖體破碎，完整性及穩(wěn)定性差，右側(cè)拱部及拱腰處易失穩(wěn)坍塌。從點(diǎn)測(cè)結(jié)果來看：本段范圍內(nèi)1號(hào)、3號(hào)點(diǎn)處雷達(dá)反射波變化較大，預(yù)計(jì)該段圍巖圍巖以泥灰?guī)r為主，中風(fēng)化?強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體很破碎，圍巖穩(wěn)定性差；在距掌子面7?21米（即YK86+651?YK86+637）范圍內(nèi)雷達(dá)電磁波反射較強(qiáng)，波幅不規(guī)則，相位不均勻，預(yù)計(jì)該段圍巖以泥灰?guī)r為主，中風(fēng)化?強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，圍巖

6、完整性及穩(wěn)定性差，拱部及拱腰處易失穩(wěn)坍塌。施工方在地質(zhì)預(yù)報(bào)完成后，加強(qiáng)了隧道塌方預(yù)警管理，對(duì)出現(xiàn)有塌方跡象的情況做出相應(yīng)的措施安排，以避免出現(xiàn)安全隱患，造成人員傷亡。在做完地質(zhì)預(yù)報(bào)后的數(shù)天之內(nèi)，施工人員就發(fā)現(xiàn)拱頂有明顯混凝土掉塊現(xiàn)象，施工方立即停止左、右線施工作業(yè)并將人員、設(shè)備撤離施工區(qū)域，幾分鐘之后，面向掌子面方向右側(cè)初襯發(fā)生劇烈收斂，掌子面拱頂右側(cè)拱架被剪切破壞，發(fā)生局部塌方，塌方量約120m3o3、結(jié)論軟弱圍巖隧道的開挖比其他地質(zhì)條件下的隧道開挖難度更大，不僅施工難度大，進(jìn)度較慢，影響整體施工，而且存在很大的安全隱患，容易造成人員傷亡財(cái)產(chǎn)損失的情況

7、發(fā)生，因此做好軟弱圍巖隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)具有重要的意義。地質(zhì)雷達(dá)很適合軟弱圍巖隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，它不僅操作簡(jiǎn)單迅速，對(duì)場(chǎng)地和周圍環(huán)境的要求也比較低，適應(yīng)性較廣，而且對(duì)軟弱圍巖的地質(zhì)預(yù)報(bào)具有較好的準(zhǔn)確性，為軟弱圍巖隧道開挖提供重要的安全預(yù)警，指導(dǎo)隧道開挖施工，降低隧道塌方發(fā)生的幾率，減少塌方發(fā)生時(shí)的損失程度?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】[1]中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所?軍都山隧道快速施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)指南[M]?中國(guó)鐵道出版社，1990.[2]何發(fā)亮，李蒼松?隧道施工期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2001,38(3)：43-44.[3]徐則明，黃潤(rùn)秋.深埋特長(zhǎng)隧道

8、及其施工地質(zhì)災(zāi)害[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2000.[4]陳建峰.隧道施