地质雷达在隧道地质灾害超前预报中的应用

摘　要:在隧道施工中经常遭遇地质灾害,为了保障施工安全,在隧道开挖的同时需要进行超前地质预报。笔者结合山西某隧道中的雷达应

>> 地质雷达探测技术在隧道地质超前预报中的应用探析 地质雷达在复杂岩溶长大铁路隧道地质超前预报中的应用 地质雷达在隧道超前地质预报中的应用 地质雷达在隧道超前预报中的应用 地质雷达在岩溶隧道超前预报中的应用 探地雷达在岩溶地区隧道地质超前预报的应用分析 地质雷达在隧道超前地质预报的应用 隧道超前地质预报中地质雷达的应用 地质雷达技术在隧道地质超前中的应用 地质雷达超前地质预报方法在隧道施工中的应用研究 地质雷达在齐岳山隧道超前地质预报中的应用研究 地质雷达在隧道施工地质超前预报中的应用 地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用及实例分析 地质雷达在周武山隧道超前地质预报中的应用 地质雷达法在公路隧道超前地质预报中的应用 物探设备在隧道地质超前预报中的综合应用 地质雷达在地质灾害防治中的应用 地质雷达在洞头上隧道超前预报中的应用 探地雷达在岩溶隧道超前地质预报中的应用 地质雷达在软弱围岩隧道超前预报中的应用 常见问题解答 当前所在位置：中国论文网 > 经济法律 > 地质雷达在隧道地质灾害超前预报中的应用 地质雷达在隧道地质灾害超前预报中的应用 杂志之家、写作服务和杂志订阅支持对公帐户付款！安全又可靠！ document.write("作者：未知 如您是作者，请告知我们")

申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 摘　要:在隧道施工中经常遭遇地质灾害,为了保障施工安全,在隧道开挖的同时需要进行超前地质预报。笔者结合山西某隧道中的雷达应用实例,介绍了地质雷达的工作原理及其在隧道超前预报中的应用和技巧。

关键词: 地质雷达; 隧道; 超前预报; 地质灾害

中图分类号： TN95 文献标识码： A 文章编号：

隧道开挖中常常遇到岩溶发育、出现大的空洞，充水或者充泥，有时地下暗河发育；也会遇到构造带，或者岩石破碎，同时地下水发育，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。 1 　地质雷达工作原理

地质雷达俗称探地雷达，它的工作原理为由控制单元向地层发射一组以某一频率为中心的高频电磁波，电磁波在传播的过程中，遇到不同的介质分界面时，一部分电磁波能量会转换成反射波返回地面，另一部分能量则透过界面继续向前传播，再次遇到界面时，又一部分电磁波产生反射返回地面。在电磁波传播的过程当中，当遇到不同的岩层或岩层的节理发育程度不同时，电磁波的反射系数、衰减系数、以及反射波频率是不一样的。雷达天线接收器接收到反射波，并输送到控制单元，将信号进行显示，对电磁反射波所带信息进行分析，就可获得被探地层的层厚、岩层完整性以及岩层含水情况，具体预报原理如图1所示。

地质雷达工作时,利用一个天线发射高频宽频带电磁波,另一个天线接收来自地下界面的反射波。一般来说发射天线和接收天线之间距离都很小,甚至可以合二为一。当地层倾角不大时,反射波的全部路径几乎是垂直地面的,因此也常把接收到反射波的旅行时间称为“双程走时”,在测线不同位置上“双程走时”的变化就反映了地层的构造形态。而通过多条测线的探测,则可了解场地目标体深部的平面分布情况。通过对电磁波反射信号的时频特征、振幅特征、相位特征等进行分析,便能了解地层的特征信息。

点测则是将雷达天线固定在掌子面一点，然后发射电磁波，根据天线接收器采集到的电磁波波形进行具体判断分析。

雷达的探测原理及工作方法见图1 。

图 1 　雷达的探测原理及工作方法 2 　应用实例

文中数据均来自山西省一条隧道 ,笔者将施工预报中遇到的一些典型雷达图像摘录进行研究与分析。此次探测仪器为美国劳雷公司生产的 SIR - 20 型地质雷达 ,天线主频为 100 M Hz 。 2. 1 　岩溶发育的雷达图像

图 2 显示测线掌子面开挖后出露岩层为薄至中厚层状大冶组灰岩 ,层间平直 ,大量粘土充填 ,岩体破碎 ,节理裂隙发育且较多被方解石充填 ,岩体湿润。

图 2雷达实测图像

从图 2 中可见 4～25 m 范围内雷达反射波较强 ,波形杂乱无章 , 存在明显的异常 ,经现场多次测试 ,重复性极好。该地段现场地质情况较差 ,掌子面有大量泥质粘土充填 ,且处于易出现溶蚀的灰岩地段 ,而前方异常区的范围较大 ,结合现场地质情况和雷达反射波图像 ,推断掌子面前方出现溶洞的可能性极高。图 2 所示异常区内波形杂乱 ,相对介电常数不稳定 ,推断该溶洞可能为充填型溶洞 ,且充填物质不均匀。施工单位及时采取了短进尺、强支护等避险措施 ,在后期的开挖中也验证了推断结果 ,避免了事故的发生。 2. 2 　裂隙发育的雷达图像

图 3 显示掌子面开挖后出露岩层为中薄 - 厚层状灰岩 ,层间泥质充填 ,底部岩体较破碎 ,节理、裂隙发育 ,拱顶处岩体完整性相对较好 ,掌子面渗水 ,岩体湿 润程度较高。

图 3 雷达实测图像

此次探测深度约为 35 m ,从图 3 中可以明显看出2～20 m 范围内 ,反射波同相轴错断 ,波形较杂乱 ,反射界面不连续 ,局部雷达波振幅较强 ,推断该处节理、裂隙发育 ,岩体较破碎 ,有泥质充填现象 ,且局部岩体的湿润程度较高(即相对介电常数变化较大) ,导致反射波振幅增大。解释结果与现场掌子面出露情况相符 ,并且在进一步的隧道开挖中也得到了较好的验证。 3 　结语

超前预报应以现场地质调查、钻孔资料和理论分析为手段重点研究岩溶裂隙发育特征、规律及可能含大流量高压地下水的构造、裂隙发育规律，建立岩溶地下水流域单元识别，给出在隧洞涌水情况下潜在的流域袭夺或越流补给规律，预测潜在涌水点的分布与隧洞施工期和运营期涌水量及其动态变化。

雷达图像具有多解性 ,在后期解释时应与测区实际的地质情况相结合 ,注意排除图像中的干扰因素 ,才能做出合理的推断解释 ,达到准确预报的目的。在隧道开挖过程中 ,掌子面常常参差不齐 ,连续测量时雷达无法贴紧掌子面 ,对后期图像会造成较大的干扰 ,造成解释困难 ,在这种情况下最好选择点测方式 ,如果选用连续测量方式 ,应该尽量对掌子面进行清平。 参考文献

[1] 薄会申. 地质雷达技术实用手册[ M ] . 北京:地质出版社 ,2006.

[2] 王梦恕. 对岩溶地区隧道施工水文地质超前预报的意见[J]. 铁道勘查，2004.

[3] 夏照华. 地质雷达在探测地下溶洞中的应用[J]. 西部探矿工程，2005. 作者简介： 1.刘斯坦 (1987-) 男 ，汉族，河南许昌人，长安大学公路学院，岩土工程专业，2011级硕士研究生 2.陈亚沛 (1987-) 女， 汉族，河南许昌人，长安大学公路学院，岩土工程专业，2011级硕士研究生