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《探地雷達(dá)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作原理和其應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、探地雷達(dá)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作原理和其應(yīng)用 摘要：本文通過探討地質(zhì)雷達(dá)的工作原理結(jié)合甘肅某高速公路隧道建設(shè)實(shí)例，闡述了地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用于公路隧道施工中地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的重要性，為地質(zhì)雷達(dá)在隧道短期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：公路隧道；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；地質(zhì)雷達(dá)中圖分類號(hào)：U45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：在隧道施工期間對(duì)其掌子面前方地質(zhì)情況的超前預(yù)報(bào)已歷經(jīng)幾十年的發(fā)展。英、法、日、德等國家均已將期其列為隧道工程建設(shè)的重要研究內(nèi)容。我國超前預(yù)報(bào)[2、3]的研究始于20世紀(jì)50年代末,但真正應(yīng)用于隧道工程建設(shè)(包括其地下工程)
2、是在70年代谷德振根據(jù)礦巷施工進(jìn)度和掌子面地質(zhì)性狀做出的礦巷前方將遇到斷層并將引發(fā)塌方的成功預(yù)報(bào)為序,開始了我國隧道施工期地質(zhì)預(yù)報(bào)的研究和應(yīng)用.現(xiàn)代隧道建設(shè)發(fā)展趨勢(shì)是隧道越建越長,穿越的地層地質(zhì)條件越來越復(fù)雜。由于隧道工程的復(fù)雜性和不可預(yù)見性,在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下,隧道施工中各種不良地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)是復(fù)雜條件下山嶺公路隧道施工中面臨的最主要任務(wù),尤其是隧道施工開挖工作面前方地質(zhì)情況的預(yù)報(bào)是國內(nèi)外工程地質(zhì)和隧道工程關(guān)注而又沒有得到很好解決的難題。1地質(zhì)雷達(dá)的工作原理5地質(zhì)雷達(dá)（GPR）是一種用于探測(cè)地下介質(zhì)分布的光譜
3、電磁技術(shù)，地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射電磁波信號(hào)到地下介質(zhì)中，當(dāng)遇到存在電性差異的地下目標(biāo)體（巖石破碎帶、溶洞、斷層裂隙等）的電性介面時(shí)，就有部分電磁能量被反射折向地面，被接收天線接收，根據(jù)接受到的電磁波波形、強(qiáng)度。雙程走時(shí)t等參數(shù)推斷地下目標(biāo)體的空間位置、結(jié)構(gòu)、電性及幾何形狀，從而達(dá)到對(duì)地下隱蔽目標(biāo)物的探測(cè)。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)的波速已知時(shí)，可根據(jù)測(cè)到的精確t值求得目標(biāo)體的位置和埋深。這樣，可對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行快速連續(xù)地探測(cè)，并根據(jù)反射波組的波形與強(qiáng)度特征，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到地質(zhì)雷達(dá)剖面圖像。而通過多條測(cè)線的探測(cè)，則可了解場(chǎng)地目標(biāo)體平面分布情況
4、。電磁波行程用下式確定為：t=,,-,,,-,,,-,,,-,4z-2.+,x-2..-..-..-v；式中：t為脈沖波走時(shí)（ns,1ns=10-9s）；z為反射體的深度（m）；x為T與R的距離（m）；v為雷達(dá)脈沖波速(m/s)；由于地質(zhì)雷達(dá)所使用的是高頻電磁波。電磁波與介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)可以表示：V=,C-,-,-,-,-,-,-,-,ε-γ.........；其中C為光速（3×102m/s）；,ε-γ為相對(duì)介電常數(shù)[5]。5根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用目的不同選擇不同的測(cè)線布置：在地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中，需要探測(cè)的區(qū)域?yàn)檎谱用?/p>
5、前方的圍巖，掌子面上測(cè)線的布置關(guān)系到本次預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確性。公路隧道的選址不同,隧道所處的地質(zhì)情況不同，隧道施工過程中遇到不良地質(zhì)情況也差異性比較大?？偨Y(jié)以前公路隧道施工所遇到的不良地質(zhì),常見的不良地質(zhì)情況有：斷層破碎帶、大型溶洞、節(jié)理密集強(qiáng)風(fēng)化帶、突泥、涌水和災(zāi)害氣體等。結(jié)合成武返家山隧道施工實(shí)際情況，對(duì)其掌子面前圍巖情況的預(yù)報(bào)采用：美國GSSI公司生產(chǎn)的SIR—3000地質(zhì)雷達(dá)，天線中心頻率為100MHz。2工程實(shí)例概況成（縣）武（都）高速公路武都西隧道位于武都馬街鎮(zhèn)西側(cè)山體上，該隧道設(shè)計(jì)為分離式巖質(zhì)隧道。隧址
6、區(qū)位于剝蝕中低山地貌區(qū)。山體地形東部較為平緩，略有起伏，西側(cè)較陡，呈中間高兩側(cè)低形，自然坡度約50°，進(jìn)口段位于省道S205右側(cè)下部，穿越?jīng)]水山后重新與S205相較后以北峪河11號(hào)跨越北峪河。3探測(cè)結(jié)果分析5選擇CW18武都西隧道右線YK86+645掌子面上的探測(cè)結(jié)果進(jìn)行預(yù)報(bào)分析。由探測(cè)結(jié)果可知，其波形主要特征：波形雜亂，至深部反射波都存在一定強(qiáng)度同相軸錯(cuò)亂，波幅衰減很快，反射界面錯(cuò)亂。隧道YK86+645為深埋段，地表坡度較陡，上部千枚巖及碳質(zhì)千枚巖變質(zhì)十分發(fā)育，風(fēng)化程度較大。推斷在該掌子面前面地質(zhì)情況復(fù)雜，巖
7、體較破碎，層理發(fā)育且含水量少。預(yù)計(jì)在開挖過程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)拱頂垮塌造成圍巖嚴(yán)重超挖，為了能有效控制這種不利情況，要求施工方在開挖前打設(shè)超前注漿錨桿，短臺(tái)階進(jìn)尺，弱爆破或機(jī)器開挖，開挖后采用雙層支護(hù)。經(jīng)掘進(jìn)證實(shí)，該巖體強(qiáng)度極差，呈層狀。掌子面前方3～15m以內(nèi)雷達(dá)發(fā)射波強(qiáng)烈,與15m以外泥灰的微弱發(fā)射波形形成鮮明的對(duì)比,在3m～15m圍巖回波波形不穩(wěn)定，回波相似性較差，同相軸不連續(xù)，中部偏左缺失，推測(cè)為節(jié)理裂隙發(fā)育，巖性不穩(wěn)定。掌子面12m中部偏左圍巖較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。經(jīng)開挖驗(yàn)證，現(xiàn)場(chǎng)情況與預(yù)報(bào)結(jié)果基本相符。根據(jù)
8、1線布置雷達(dá)波圖像顯示掌子面前方兩側(cè)雷達(dá)波強(qiáng)反射同相軸，局部存在雜亂波形，層面較發(fā)育無水，巖體物性差異增大，圍巖變差大；圍巖呈碎裂~松散結(jié)構(gòu)，圍巖破碎，及以后圍巖為受構(gòu)造影響很嚴(yán)重的碎塊，軟弱破碎。4結(jié)語5通過分析工程實(shí)例探測(cè)結(jié)果表明，使用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行隧道掌子面前方不良地質(zhì)預(yù)報(bào)是比較理想的方法，即快速又經(jīng)濟(jì)。對(duì)保證公路隧道安全施工具有重要的指導(dǎo)意義。同時(shí)，由于隧道掌子面的
