地质雷达在隧道地质超前预报中的应用

胡先进，王　争，任梓绮

(贵州省交通科学研究院股份有限公司,贵州 贵阳　550001)



地质雷达在隧道地质超前预报中的应用

胡先进，王争，任梓绮

(贵州省交通科学研究院股份有限公司,贵州 贵阳550001)

摘要：隧道地质超前预报在隧道施工中十分重要，逐渐列为隧道施工作业循环的重点工序。结合具体工程，通过地质雷达在隧道地质超前预报中应用，对其预报成果的分析研究及开挖验证，证明了地质雷达在隧道地质超前预报中的实用性和有效性，同时为以后地质超前预报工作积累经验。

关键词：隧道；地质超前预报；地质雷达

1工程实例

实际工程中采用美国GSSI 生产的SIR20 型地质雷达，100 MHz主频天线，采样点数为1024 ，采样时窗长度为400 ns，介电常数、扫描率等参数根据隧道掌子面地质情况做相应调整。采用高速地质透视雷达现场采集数据时，隧道掌子面较光滑、平整时采用连测方式，将天线贴紧掌子面沿测线缓慢匀速地移动，通过雷达主机进行自动采集；当隧道掌子面粗糙、凹凸不平时采用点测方式，将天线按固定的距离进行移动，通过雷达主机进行手动采集。

1.1岩溶

岩溶是水对可溶性岩石(碳酸盐岩、石膏、岩盐等)进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生的现象的总称。

某隧道为贵州省毕都高速公路一公路隧道，隧道基岩主要为二叠系下统栖霞-茅口组灰岩，岩溶较发育。图1为该隧道探测的雷达图像，从图中可以看出雷达波在16～18 m深度内有一明显雷达波反射异常区，该段雷达波反射较强，振幅较大，左侧、中部同相轴连续、平缓，界面反射明显，右侧同相轴错断，能量整体衰减较慢。结合隧道掌子面地质情况与地勘资料推测该深度范围内发育一溶洞，少量充水或充泥。后经开挖验证，该段发育一溶洞，溶洞底有少量水与原岩碎块充填，如图2所示。

图1　岩溶雷达图

图2　岩溶照片

1.2断层

岩体受构造应力作用超过其强度时就会发生裂缝或错断，破坏了岩体的完整性而形成断裂构造，断层是岩层或岩体顺破裂面发生明显位移的构造，在地壳中广泛发育，断层带上往往岩石破碎，易被风化侵蚀。

某隧道为贵州省思剑高速公路一公路隧道，隧道横穿一断层，断层性质不明，破碎带宽3～6 m。图3为在该隧道断层附近探测的雷达图像，从图中可以看出雷达波在5～10 m 深度内有一明显雷达波反射异常区，该段雷达波反射强烈，振幅较大，同相轴连续，异常界面明显，能量衰减一般。推测该深度范围内发育一断层，断距不明，沿断层面岩体破碎夹泥。后经开挖验证，该段发育一断层，断层产状130°∠45°，与隧道斜交，断面平直但不光滑，上、下盘岩层脱空明显，距离10～50 cm，断层面局部被粘土充填，如图4所示。

图3　断层雷达图

图4　断层照片

1.3节理裂隙密集带

节理是岩体沿破裂面没有明显位移或仅有微量位移的断裂构造，节理裂隙密集带主要存在于断层影响带、岩脉带及软弱夹层中，对隧道围岩的稳定性影响很大，给隧道工程建设带来隐患和灾害。

某隧道为贵州省思剑高速公路一公路隧道，隧道主要穿越寒武系杷榔组页岩。图5为该隧道探测的雷达图像，雷达波在0～13 m 深度内反射较为强烈，反射波同相轴错断、交错，且波形杂乱，振幅变化大，能量衰减较快，结合隧道掌子面地质情况与地勘资料推测该深度范围内为节理裂隙密集带，裂隙内夹泥，围岩稳定性差，施工中易产生塌方。后经开挖验证，该段岩体呈薄层状，节理裂隙发育，层间夹泥，围岩稳定性差，如图6所示。

图5　节理裂隙密集带雷达图

图6　节理裂隙密集带照片

1.4富水带

隧道富水带是指含水量大，开挖后可能产生涌水现象的段落，富水带一般岩体较破碎，结构面发育，贯通性较好，围岩自稳能力差，隧道开挖后顶部易冒落破坏，形成安全事故。

某隧道为贵州省望安高速公路一公路隧道，隧道基岩为三叠系许满组四段下亚段中—厚层含钙质泥岩夹砂岩。图8为该隧道探测的雷达图像，从图中可以看出雷达波在0～14 m深度内出现强反射，同相轴较为连续，电磁波高频成分被吸收，以低频成分为主，能量衰减速度增快。推测该深度范围内为富水带，岩体破碎，节理裂隙发育，围岩自稳能力差。后经开挖验证，该段地下水发育，呈线流状出水，岩体破碎，如图9所示。

图7　富水带雷达图

图8　富水带照片

2结语

(1)地质雷达有较高的分辨率，在短距离内预报中准确率较高，能有效地探测到隧道掌子面前方不良地质情况，如岩溶、断层、节理裂隙密集带、富水带等，可以对隧道安全施工提供可靠的依据；

(2)地质雷达在现场采集原始数据时，如何根据预报人员经验，结合现场地质条件，有效地规避现场干扰影响，合理选择仪器参数，从而采集到高质量的原始数据至关重要；

(3)隧道地质超前预报是地质勘察工作的延续和补充，数据处理与预报成果解释必须在地勘资料和现场地质情况的基础上进行综合分析；

(4)地质雷达的运用与预报成果解释涉及的知识面广，全面提高预报人员地质、物探等知识，通过反复实践，积累经验，对提高预报准确性具有重要的意义。

参考文献：

[1]李镐，仲晓杰，韩煜.地质雷达在隧道富水区超前预报中的应用[J].土工基础，2010，24(4).

[2]白哲.地质雷达在隧道超前预报中的应用[D].武汉理工大学，2006.

[3]赵永贵.地质雷达技术与应用[R].劳雷公司，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

中图分类号：U457

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)03-0118-02

作者简介：胡先进(1983-)，贵州思南人，工程师，研究方向：隧道检测、监控、地质超前预报。

收稿日期：2015-08-30