地质雷达在软弱围岩隧道超前预报中的应用.doc

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1、地质雷达在软弱围岩隧道超前预报中的应用　　【摘要】以某软弱围岩隧道的超前地质预报为对象，介绍了地质雷达的工作原理、优越性及其较广的适应性。应用地质雷达对软弱围岩隧道做地质超前预报，为隧道的施工提供了较为准确的安全预警，指导隧道施工，减少了因不合理施工而造成的损失。　　【关键词】地质雷达；软弱围岩；隧道；超前预报　　引言　　在我国隧道开挖中常常遇到地质构造带，断层或者软弱破碎围岩，高地应力岩体；也会遇到岩溶发育，充水或者充泥，有时地下暗河发育，这给隧道开挖和建设造成很多困难，同时也给隧道运营造成一定的隐患。因此需要采用一定

2、的手段对这些地质构造和地质灾害进行探测和预报，提前采取措施来排除灾害。地质雷达预报是根据导电率、介电常数、磁导率的差异，采用地质雷达高频电磁波方法进行探测，获取掌子面前方材料的介电常数差异信息。地质雷达超前预报的物理基础是：电磁波在遇到介质界面时其反射系数R为：R=[？着11/2-？着21/2]/[？着11/2+？着21/2]，由此式可知，电磁波的反射系数取决于介质的相对介电常数，介电常数差异越大，雷达波形越清晰，如空隙中的空气的相对介电常数为1，水的相对介电常数为81，软弱夹层中的相对介电常数在9～14之间，砾岩的相对

3、介电常数在4～6之间，几者之间的相对介电常数相差较大，为地质雷达作隧道超前预报提供了较好的地球基础。地质雷达综合探测深度需求和分辨率的要求一般选择100兆赫兹天线进行探测，100兆赫兹天线探测优势：屏蔽天线；天线尺寸小95厘米；场地要求简单，场地地形随意；测点密度大，点距可以很小，10厘米；测网测线测点布置按需求布置；探测范围5-30米。　　1、工程概况　　武都西隧道位于武都区黑坝里北侧上凉水山山体内，该隧道设计为分离式岩质隧道。隧址区位于剥蚀中山地貌区，山体地形总体较陡，呈中间高两侧低形，进口自然坡度40°，出口自然坡

4、度50°。隧址区地层由第四系中上更新统黄土、粉质粘土、和中上志留统-白龙江群组成。白龙江群上部岩性为灰岩夹千枚岩、板岩、泥灰岩，下部岩性为千枚岩夹灰岩、片岩组成，千枚岩由泥岩、泥灰岩变质组成，整体呈现千枚岩、板岩、灰岩，呈互层或夹层状。隧址区地下水主要为孔隙潜水、基岩裂隙水及断层裂隙水，水位、水量受大气降水影响而变化，潜水赋存与第四系粘土中，不很发育，基岩裂隙水赋存于志留系岩层中，一般水量不大，断层带内岩体破碎，胶结极差，富水性较好，对硐室的稳定性不利。　　2、隧道超前预报　　地质预报仪器采用美国GSSI公司生产的SIR

5、―3000地质雷达，天线中心频率为100MHz，本次采用了连续测试及点测试方法。　　本次雷达预报探测范围YK86+658～YK86+623段计35米，对采集的地质雷达图像进行了软件技术处理并分析推断。从线测结果来看：自左至右，本段范围内右侧雷达反射波变化较大，预计该段围岩以中风化泥灰岩为主，中风化～强风化，节理裂隙极发育，围岩岩体破碎，完整性及稳定性差，右侧拱部及拱腰处易失稳坍塌。从点测结果来看：本段范围内1号、3号点处雷达反射波变化较大，预计该段围岩围岩以泥灰岩为主，中风化～强风化，节理裂隙发育，岩体很破碎，围岩稳定性

6、差；在距掌子面7～21米范围内雷达电磁波反射较强，波幅不规则，相位不均匀，预计该段围岩以泥灰岩为主，中风化～强风化，节理裂隙发育，岩体破碎，围岩完整性及稳定性差，拱部及拱腰处易失稳坍塌。　　施工方在地质预报完成后，加强了隧道塌方预警管理，对出现有塌方迹象的情况做出相应的措施安排，以避免出现安全隐患，造成人员伤亡。在做完地质预报后的数天之内，施工人员就发现拱顶有明显混凝土掉块现象，施工方立即停止左、右线施工作业并将人员、设备撤离施工区域，几分钟之后，面向掌子面方向右侧初衬发生剧烈收敛，掌子面拱顶右侧拱架被剪切破坏，发生局部

7、塌方，塌方量约120m3。　　3、结论　　软弱围岩隧道的开挖比其他地质条件下的隧道开挖难度更大，不仅施工难度大，进度较慢，影响整体施工，而且存在很大的安全隐患，容易造成人员伤亡财产损失的情况发生，因此做好软弱围岩隧道的超前地质预报具有重要的意义。地质雷达很适合软弱围岩隧道超前地质预报，它不仅操作简单迅速，对场地和周围环境的要求也比较低，适应性较广，而且对软弱围岩的地质预报具有较好的准确性，为软弱围岩隧道开挖提供重要的安全预警，指导隧道开挖施工，降低隧道塌方发生的几率，减少塌方发生时的损失程度。　　【