地质雷达在长坞岭隧道施工中的综合应用

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1、公路隧道2008年第1期(总第61期)地质雷达在长坞岭隧道施工中的综合应用王林王勇(长安大学公路学院西安710064)摘要本文结合工程实例介绍地质雷达在隧道工程中的综合应用：a．使用低频天线进行隧道超前地质预报和洞顶覆盖层探测的方法；b．使用中高频天线进行隧道初期支护和二次衬砌缺陷检测的方法；C．使用中高频天线进行隧道围岩松动圈测定的方法。关键词隧道地质雷达超前预报无损检测松动圈定反射体距表面的距离(图1)。在隧道工程施工中1概述遇到的掌子面前方不良地质体，如断层、裂隙带、岩隧道工程以其自身具有的改善线形、

2、缩短里程溶、夹层等；在已竣工隧道中的各种病害体，如顶部和行车时间、提高运营效益等方面的优势，已经越来脱空、漏水裂隙等，由于和周围的介质都有很大的电越多地为道路建设者和设计者所公认而被大量采性差异，故都是良好的电磁反射体。这些介电常数纳。在隧道设计施工中，地质问题是首先要克服的的变化，给地质雷达探测提供了基本条件。问题。隧道属线性结构物，穿越山体地质多有变化，3工程实例岩性、构造、地下水分布都会发生变化。由于经济技术等原因，在勘察设计阶段往往是难以全面掌握这3．1工程概况些地质情况及其变化。这就需要在施工阶段

3、开展有长坞岭隧道是安徽省目前为止在建最长的山区效的超前地质预报。3车道隧道，全长769m，为左右分离式曲线隧道。隧道工程中施工条件恶劣，隐蔽工程多，这给隧穿越的地层主要有第四系全新统冲积层(Q4孙)，第道施工质量管理带来不小的难度。大量在建工程和四系全新统残坡积(Q4+d)，元古界木坑组(Pt。一。已建工程的经验表明，隧道初期支护背后空洞、钢拱m)千枚岩、泥质粉砂岩，地质条件较差。施工期间架缺失、二次衬砌厚度不足、钢筋缺失、衬砌脱空等采用了美国劳雷公司的SIR一3000型雷达对其进各种质量问题时有发生。行了

4、全程超前预报、初期支护与二次衬砌的质量检。无论是隧道施工中的地质问题，还是上述施工测，并对局部特征部位进行了爆破后松动圈的确定质量问题，都可以通过借助地质雷达来解决。实践等。证明，在隧道施工过程中配备地质雷达，对隧道施工3．2超前预报大有好处。对不良地质体进行预报是超前预报工作的主要内容，包括断层、富水区、裂隙密集带、岩脉破碎带2地质雷达探测原理等。由于这些不良地质体内介质与周边介质之间存地质雷达是一种对地下或物体内不可见的目标在有较明显的差异，具有良好的测试基础，故预报准或界面进行定位的电磁技术。其工作原

5、理是高频电确性也较高。通过开挖验证，各项不良地质体预报磁波以宽频带脉冲形式，通过发射天线定向发射到准确率都达到90以上。介质中。在介质中传播的入射电磁波，若遇上两种通过施工过程中的超前地质预报，判断掌子面电性不一的介质界面，就会产生反射；界面电性差异前方是否需要加强支护，对预防隧道施工灾害起到越大，即介质中介电常数差异越大，其反射就越强。重要作用。特别是在长坞岭隧道尝试从浅埋段地表反射信号被接收天线接收并处理后，就可以用于判向下进行探测，是一个很好的尝试，值得其它类似工断反射界面的方位与距离，并根据发射电磁

6、波至发程借鉴。图2是在长坞岭隧道右线沿隧道轴线方向射波返回的时间差与介质中电磁波传播的速度来确(K09+034~K09+054)进行扫描的波形图；图3是·39‘公路隧道2008年第1期(总第61期)在长坞岭隧道右线K09+035处从地表垂直隧道轴线扫描的图像。图1探地雷达原理简图逐渐减小，隧道范围及覆盖层以全风化一强风化千枚岩为主，没有明显分层。(5)K09+052处隧道拱顶上覆全风化一强风化千枚岩，隧道上半断面右侧为全风化一强风化千枚岩，左侧局部为弱风化千枚岩。为保证隧道施工安全，该区段由原设计的Ⅳ级一般

7、支护变更为V级加强支护，并采用双层超前小导管加强拱顶支护。隧道开挖后证明上述预报十分准确，采取的措施有效地保证了隧道施工安全。图2沿隧道轴线进行雷达图象3．3初期支护质量检测隧道初期支护检测包括初期支护厚度、钢拱架数量、支护背后空洞及回填情况。长坞岭3车道隧道跨度达到17m，围岩基本以千枚岩为主，施工中容易造成超挖，对超挖部分必须进行回填处理，如果处理不当，将为隧道埋下严重的隐患。通过地质雷达进行扫描，可以在二次衬砌前及时发现存在的缺陷，尽早进行补救，避免埋下隐患。图4是初期支护后面空洞的典型图像。图3垂直

8、隧道轴线沿坡面进行雷达图象通过对图像进行分析，预测：(1)K09+035处拱顶坡积层厚度7．5～8m，拱顶基本位于弱风化千枚岩与坡积层结合部，隧道右拱肩可出现坡积层。(2)K09+037处隧道拱顶坡积层厚度11～12m，隧道拱顶1～2m处于坡积层或全一强风化千图4初支背后空洞枚岩中。3．4二次衬砌质量检测(3)K09+038～K09+045段坡积层厚度大于二次衬砌在隧道中的地位不言而喻，因此保证15m，隧道上半断