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.pdf

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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)用王利明任永杰(河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司)摘要：地質(zhì)雷達(dá)是一種廣泛用于地質(zhì)探測(cè)的高頻電磁脈沖波技術(shù)，能夠有效地對(duì)掌面前方的巖體破碎帶及地下水發(fā)育情況進(jìn)行探測(cè)。本文結(jié)合索池隧道實(shí)際工程，對(duì)地質(zhì)雷達(dá)圖像進(jìn)行解釋并與實(shí)踐情況進(jìn)行對(duì)比，結(jié)構(gòu)證明地質(zhì)雷達(dá)在超前探測(cè)巖體破碎帶及地下水方面能取得了較好效果。關(guān)蕾詞：隧道；地質(zhì)雷達(dá)：破碎帶；地下水1前言地質(zhì)雷達(dá)(GIDundPe∞trBtingR矗d越，簡(jiǎn)稱(chēng)GPR)是利用電磁波，通過(guò)對(duì)不同介質(zhì)進(jìn)行不間斷掃描，從而確定其內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)和位置的電磁探測(cè)技術(shù)。電磁波在地下介質(zhì)傳播的過(guò)程中，遇到存在電性差異的

2、地下目標(biāo)體，如水、空洞、分界面等，便會(huì)發(fā)生反射，由天線接收返回到地面的電磁脈沖信號(hào)，根據(jù)回波信號(hào)的振幅、波形和頻率等特征來(lái)分析和推斷介質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到對(duì)隱蔽目標(biāo)物的探測(cè)。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)具有分辨率高、定位準(zhǔn)確、靈活方便、快速操作。無(wú)損檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，因此地質(zhì)雷達(dá)能夠?qū)λ淼勒谱用媲胺降刭|(zhì)條件進(jìn)行及時(shí)的準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)，是提前為采取預(yù)舫措施、避免災(zāi)害發(fā)生、減少因地質(zhì)災(zāi)害造成損失的先進(jìn)預(yù)測(cè)手段，是隧道工程必不可少的先進(jìn)技術(shù)【l’日。本文結(jié)合索池隧道實(shí)際工程，采用美國(guó)GsSI公司的Te珊SIRchsIR3000地質(zhì)雷達(dá)(簡(jiǎn)稱(chēng)sIR一3000)對(duì)隧道進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)超前預(yù)報(bào)，結(jié)果表明．地質(zhì)雷達(dá)能有效地探

3、查巖體破碎及地下水的發(fā)育情況，從而達(dá)到指導(dǎo)施工的目的。2地質(zhì)雷達(dá)工作原理如圖1，地質(zhì)雷達(dá)是利用高頻電磁脈沖波的反射來(lái)探測(cè)介質(zhì)層位或目的體，它通過(guò)發(fā)射天線向需要探測(cè)的目的介質(zhì)發(fā)射高頻寬帶短脈沖電磁波，此電磁波經(jīng)過(guò)不同介質(zhì)層位或目的體反射后返回，為接收天線所接收。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過(guò)介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)的變化而變化。因此，根據(jù)接收到波的旅行時(shí)間、幅度與波形等資料，可探測(cè)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及目標(biāo)體的埋藏深度等四。圈l地質(zhì)■達(dá)工作原理示意豳地質(zhì)雷達(dá)在勘查中的基本參數(shù)：(1)電磁脈沖波旅行時(shí)：t-譏再；：r～。2咖式中：廣_勘查目標(biāo)體的埋深；斷預(yù)壓，

4、預(yù)壓荷載為設(shè)計(jì)荷載的1．2倍，進(jìn)行分級(jí)預(yù)壓，預(yù)壓標(biāo)準(zhǔn)：加載分級(jí)每級(jí)持荷時(shí)間不小于30IlIin，最后一級(jí)為1h，然后穩(wěn)定48．．72h，一般最后3d應(yīng)穩(wěn)定在1mmm，d，并進(jìn)行沉降觀測(cè)，變形穩(wěn)定后經(jīng)監(jiān)理確認(rèn)后方可卸載。采用砂為代替荷載，并裝入帆布袋內(nèi)，每袋裝有2T砂。2．4沉降觀測(cè)點(diǎn)布置在第一跨箱粱的兩端墩橫梁、跨中、1，4跨位置的支架頂部共設(shè)置五個(gè)斷面，每個(gè)斷面鼯端及中間均勻布置3個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)．即每跨設(shè)置9個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。2．5加載和卸載方法第一次加載為荷載總量的3，4(即堆載高度為1．5m)，當(dāng)沉降量≤I叫r拋時(shí)，第一次加載結(jié)束。第一次加載結(jié)束后，立即進(jìn)行第二次加載，加載量為剩

5、余的l，4荷載總蠶(即再加載O．53m)，總高度為2．03，當(dāng)沉降量≤1m州d，即視為總加載結(jié)束。卸載分兩次卸載：第一次卸載為荷載總量的l，4(即先卸載O．53m，堆載維持在1．5m高度)，當(dāng)回彈量≤ln-m付時(shí)。第一次卸載結(jié)束；第一次卸載結(jié)束后，立即第二次卸載余下的3，4荷載總量(即堆載全部卸完)，當(dāng)回彈量≤lmfT皚，即視為卸載結(jié)束。3進(jìn)行排架堆載預(yù)壓實(shí)驗(yàn)3．1試驗(yàn)的目的支架搭設(shè)完成，且底模鋪設(shè)后，需進(jìn)行預(yù)壓。預(yù)壓的目的：①通過(guò)預(yù)壓檢驗(yàn)支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全度，并實(shí)測(cè)支架的變形值；②通過(guò)預(yù)壓檢驗(yàn)地基的承載能力，并實(shí)測(cè)地基的沉降量：③最終確定支架的拋高值。3．2加載和卸載方

6、法為減少支架變形及地基沉降對(duì)現(xiàn)澆箱梁線性的影響，在縱橫粱安裝完畢后進(jìn)行支架預(yù)壓。預(yù)壓采用砂袋，預(yù)壓范圍為箱梁底部，重量不小于箱梁總重的120％。因懸臂板本身重量較輕，可根據(jù)實(shí)測(cè)的預(yù)壓結(jié)果，對(duì)懸臂板模板的預(yù)拱度作相應(yīng)的調(diào)整。(1)加載順序：分三級(jí)加載，第一、二次分別加載總重的30％，第三次加載總重的40％。加載順序和混凝土澆筑順序一致，從跨中向橋墩處對(duì)稱(chēng)進(jìn)行?！?54·(2)預(yù)壓觀測(cè)：觀測(cè)位置設(shè)在每跨的l尼，【“處及墩與梁剪切處，每組分左、中、右三個(gè)點(diǎn)。在點(diǎn)位處固定沉降板觀測(cè)桿，以便于沉降觀測(cè)。(3)卸載：人工配合吊車(chē)吊運(yùn)砂袋均勻卸載，卸載的同時(shí)繼續(xù)觀測(cè)。卸載完成后記錄好觀測(cè)值

7、以便計(jì)算支架及地基綜合變形。根據(jù)觀測(cè)記錄，整理出預(yù)壓沉降結(jié)果。調(diào)整碗扣支架頂托的標(biāo)高來(lái)控制箱梁底板及懸臂的預(yù)拱高度。3．3沉降觀測(cè)點(diǎn)的布置沉降觀測(cè)點(diǎn)的布置：在箱粱底模上，橫橋方向設(shè)置3個(gè)點(diǎn)，分別是底模兩端、箱梁箱內(nèi)兩邊處及箱梁箱內(nèi)中心處?？v橋方向在一跨箱梁的兩端墩橫梁、跨中、l，2跨位置的支架頂部共設(shè)置3個(gè)斷面，共有3×3=9個(gè)；在基礎(chǔ)上，相應(yīng)底模觀測(cè)點(diǎn)投影處設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，共計(jì)9個(gè)。每個(gè)測(cè)點(diǎn)均要做好測(cè)量標(biāo)記，堆載時(shí)必須將其位置留出，以便測(cè)量人員工作。在過(guò)程中測(cè)量人員跟蹤測(cè)量，每4h觀測(cè)一次，做好沉降觀測(cè)記