地质雷达技术在复杂地质中的应用

祝李京 张能 王滔

一、工程实例

本区间采用矿山法施工，区间左线隧道长422.768m，区间左线隧道长472.309m（长链5.791m）。隧道拱顶覆土约为6.4m～16.0m，线路最大纵坡为28.475‰，区间隧道采用台阶法施工，采用复合式衬砌结构。矿山法隧道洞身主要位于中风化砂岩、中风化泥岩地层，隧道围岩综合分级为V级，为非瓦斯区间。本区段地势有一定起伏，地貌单元为浅丘，场地范围内上覆第四系全新统（）人工填土、其下为全新统残坡积层（）黏土；下伏基岩为白垩系上统夹关组（）泥岩、砂岩及泥岩夹砾岩与白垩系下统天马山组（）泥岩和砂岩。区间地下水主要有赋存于黏性土层之上填土层中的上层滞水和基岩裂隙水，其中对工程影响较大的为基岩裂隙水。

二、探测过程

1.掌子面地质调查

本次预报位于区间进口小里程右线掌子面里程YDK67+060，隧道拱顶覆土埋设约为7m，采用台阶法开挖，掌子面岩性为强风化泥岩，呈暗红色，中厚层结构，局部薄层结构，岩体破碎，掌子面较湿润，围岩抗压强度低，岩质较软，拱顶处泥岩手捏可碎，有掉块现象。

2.测线布置及雷达图像

受现场条件限制，根据现场实际情况对掌子面位置共布置2条有效探测区域（测线1、测线2），2条测线方向一致，都是从左往右进行。利用天线发射和接受电磁波信号，并储存在主机当中，通过专门的软件进行处理分析，得到以下2组二维探测波列图及彩图。

测线1探测波列图

测线1探测彩图

测线2探测波列图

测线2探测彩图

3.地勘资料

根据地勘资料显示，在YDK67+075断面两侧有地勘孔，偏距隧道边线约10米，覆土埋深约7米，隧道拱顶界限处于（）淤泥质粉质黏土与（）强风化泥岩交接处，上台阶处于（）强风化泥岩区，下台阶处于（）中风化泥岩区。

4.探测结论

依据雷达探测结果，结合相关地质勘察资料和现场地质情况综合分析，本次超前探测的结果如下：

如探测图所示，小里程进口右线掌子面前方0～30米（YDK67+060～YDK67+090）区域内：

测线1在（YDK67+060～YDK67+070）范围内反射波整体较平缓，振幅、频率较大，推测此范围内围岩与掌子面围岩基本相似，为强风化泥岩，岩体破碎，存在地下水及裂隙水。在（YDK67+070～YDK67+090）范围内反射波由平缓转为强烈，振幅、频率迅速增大，推测此范围内围岩比掌子面围岩破碎，为强风化泥岩，岩体极破碎，存在淤泥质黏土侵入隧道拱顶界限的可能，存在地下水及裂隙水。

测线2在（YDK67+060～YDK67+090）范围内整体反射波较平缓，推测前方围岩整体与掌子面围岩基本相似，为强风化泥岩，岩体破碎，存在地下水及裂隙水。在（YDK67+070～YDK67+080）范围内反射波较强烈，推测此处围岩极破碎，有夹泥与裂隙的可能，存在地下水及裂隙水。

因隧道为浅埋，且隧道上方为黏土和杂填土，不具备承载能力，抗震能力弱，一般还具有浸水湿陷性，且近日夜间雨水较多，渗入地下，导致隧道上方土质松散，含水量增加，注意防、排水，并加强支护。建议此次预报范围内围岩级别为Ⅴ级。根据区间隧道的现场情况，结合本项目相关地勘资料，地下水及裂隙水较丰富，及时做好防水、排水措施，及时初喷立架进行初期支护，防止因积水导致围岩软化引起塌方，对上方土体进行加固措施，减轻上方积压荷载。严格按照设计图纸施工，做到短进尺，弱爆破，及支护，严格控制爆破药量，防止塌方。建议在开挖至（YDK67+065～YDK67+090）范围内减少爆破药量，缩短开挖进尺，注意拱顶处围岩变化，防止因淤泥质黏土侵入隧道拱顶界限而导致隧道塌方。

三、探测结果验证

1.在YDK67+060～YDK67+068范围内掌子面为强风化泥岩，呈暗红色，层状结构明显，上台阶中部以下岩体较破碎，锤击可碎。中部以上至拱顶处岩体破碎，伴随少量渗水，围岩软化，颜色偏黄，手捏可碎，有掉块现象。

2.在YDK67+068～YDK67+071范围内掌子面为强风化泥岩，呈暗红色，层状结构明显，上台阶中部有夹泥带，伴随渗水，拱顶处围岩软化，局部夹杂淤泥质黏土，呈黑褐色，有掉块现象。

3.在YDK67+071～YDK67+090范围内掌子面拱顶处淤泥质黏土侵入隧道界限约0.4～1.2米，掌子面其他处为强风化泥岩，呈暗红色，层状结构明显，岩体极破碎，局部有夹泥及渗水，拱顶处淤泥有滑移掉落现象。

根据现场实际开挖结果，与本次超前预报勘探结果基本吻合，并提前起到了警示作用。

四、结论

复杂地质条件下，地质雷达充分发挥了它的优势，现场探测完，能直接提供实时剖面波列图及彩图，且拥有相对满意的探测深度和分辨率，能直观体现异常波动所处位置；且未对现场造成任何破坏或干扰，使用安全，操作简单，对工作场地条件要求较宽松，抗电磁干扰能力较强，环境影响较小，适应性强。