地震波法和电磁波法超前地质预报应用对比浅谈

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1、地震波法和电磁波法超前地质预报应用对比浅谈　　摘要：油竹山隧道通过地段岩溶发育、岩体破碎，地质条件非常复杂，是贵阳至广州快速铁路控制性工程之一。施工中超前地质预报采用了TSP203即地震波法与地质雷达即电磁波等方法。预报过程中，发现TSP203预报系统在判断前方破碎带和软弱层时，效果较好，可作为超前预报长距离预报的首选；地质雷达在预报前方溶洞、富水的断裂和裂隙时，效果较好，可作为超前短距离地质预报的首选。本文对比TSP203与地质雷达超前地质预报方法在油竹山隧道工程中的预报结果，分析影响TSP203与地质

2、雷达超前地质预报方法的适用性因素。关键词：超前地质预报；TSP203；地质雷达；适用性ComparisonofApplicationofTSPandSwedishGeologicalRadarofAdvanceGeologicalForecastingLiYongbao(ChinaRailwayTunnelSurvey&designinstitute,co.,LTD,Tianjin,300133)中图分类号：P642文献标识码：A0引言9在隧道施工阶段开展超前地质预报工作对确保施工安全和施工质量具有十分重

3、要的作用。超前地质预报为施工建设提供施工前方的地质条件成为确定工程对策、工程措施的关键，是工程施工安全的前提，是控制和合理运用工程投资的重要因素。TSP203超前地质预报预测具有距离较长、精度较高、快速、经济等优点[1]。地质雷达预报距离较短、精度较高、成本低等优点。本文分析油竹山隧道进口DK81+676～DK81+776段TSP203与地质雷达超前地质预报方法的预报结果，分析影响TSP203与地质雷达超前地质预报方法适用性因素[2]。提高超前地质预报方法对不良地质体探测预报的精确度和分析描述的准确性，为

4、其在岩溶多变地质环境中超前预报积累了经验。1工作原理1.1TSP超前地质预报系统工作原理9TSP超前地质预报系统工作原理是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道掘进前方及周围临近区域的地质状况，属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计的震源点（设计为24个炮点，通常布置在隧道左或右边墙）由少量炸药激发产生，当地震波遇岩石波阻抗差异界面（如断层、破碎带和岩性变化等）时，一部分地震信号反射回来，一部分信号投射进入前方介质。反射的地震波信号被高灵敏度的地震检波器接收，数据通过TSPwin软件

5、处理，再通过地质解译，从而了解隧道前方不良地质体（软弱带、破碎带、岩溶、断层、含水等）发育位置及规模［3］。TSP203超前地质预报系统原理图如图1所示。图1TSP203超前地质预报系统原理图Fig.1SchematicdiagramTSP2031.2地质雷达工作原理地质雷达（GroundPenetratingRadar，简称GPR）是利用超高频窄脉冲电磁波探测介质分布的一种地球物理勘探方法，其工作原理[4]（如图2所示[5]）是发射天线向隧道掌子面前方发射电磁信号（106Hz～109Hz），在电磁波向掌

6、子面前方传播过程中，当遇到电性差异的目标体（如空洞、裂隙、岩溶等）时，电磁波便发生反射，由接收天线接收反射波。在对地质雷达数据进行处理和分析的基础上，根据雷达波形、电磁场强度、振幅和双程走时等参数便可推断掌子面前方的地质构造。目标体到掌子面的距离按式（1）计算：d＝v△t/2（1）式中：△t—电磁波的双程走时，ns；v—电磁波的传播速度，cm/ns。介质中电磁波的传播速度按式（2）计算：9v＝c0/ε1/2（2）式中：c0—电磁波在空气中的传播速度，30cm/ns；ε—介质相对介电常数，对空气为1，对水为

7、81，对石灰岩为6～7，对花岗岩为4～9。电磁波在介质界面产生反射就是因为两侧介质的介电常数不同，差异越大反射信号越强烈，反之反射信号越差。图2地质雷达工作原理图Fig.2SchematicdiagramofGPR2工程实例2.1工程概况油竹山隧道为贵广铁路穿越黔南山区的重大控制性工程，设计为双线隧道。隧道进口位于贵定打铁乡筷子坡地处苗岭山脉的腹部区，隧区主山体呈东西走向，支脉向南北方向展布，线路与主山体走向一致。隧道区地貌受构造及岩性控制明显，兼有溶蚀、剥蚀类型，属低中山山地地貌。预报段竹油山隧道岩层主

8、要岩性为白云岩（O1h）：灰色、浅灰色、灰白色，中厚层至厚层状，节理较发育，岩质坚硬、性脆。属V级次坚石。测区在大地构造上处川黔经向构造带南段，属南北向构造体系。该构造体系由一系列南北向箱状构造之背斜、紧密向斜及同向压性断层所组成，形成典型的隔槽型褶皱。92.2超前地质预报2.2.1TSP203预报结果根据TSP203记录结果图3、图4，及成果分析原则[6]:①反射振幅越高，反射系数和波阻抗的差别越大。②正反射振幅表明正的反射