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基于山岭隧道地质雷达法的研究

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聂田　姚文胜

摘要：随着我国交通事业的飞速发展，山岭隧道已经成为基础建设的重要环节。由于隧道地质条件的复杂多变，前期勘察设计方法、准确性受到种种限制，导致岩溶、断层、破碎带等不良地质带造成的隧道塌方、涌水、突泥灾害事故频发。超前地质预报不仅可以优化设计、指导施工，还能降低施工风险、避免灾害发生。通过结合山头顶隧道的具体实例，分析了隧道超前地质预报地质雷达法的探测原理和探测结果，为今后地质雷达法探测隧道地质预防灾害事故发生积累了经验。

Abstract： With the rapid development of China's transportation industry， mountain tunnels have become an important part of infrastructure construction. Due to the complex and varied geological conditions of the tunnel， the methods and accuracy of the preliminary survey and design were subject to various restrictions， resulting in frequent occurrence of tunnel collapse， gushing water and mud disasters caused by unfavorable geological belts such as karst， faults， and fracture zones. Advance geological prediction can not only optimize design and guide construction， but also reduce construction risks and avoid disasters. By combining the specific examples of the Donghua tunnel， the detection principle and detection results of the Geological Radar method for geological prediction of the tunnel are analyzed， and the experience of geological disaster prevention accidents in the geological radar detection tunnel is accumulated.

關键词：超前地质预报;地质雷达;不良地质

Key words： advanced geological prediction;geological radar;bad geological

中图分类号：U452.1+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2019）28-0189-03

1? 地质雷达探测原理

地质雷达探测法（ground penetrating radar简称GPS）是一种利用波的反射原理的无损检测技术。地质雷达系统主要包括雷达天线（集发射、接受信号于一体）、连接线、笔记本计算机等设备。（见图1）电磁波在通过不同介面时会发生反射，由于介质的导电性、介电常数的差异性，波的路径、电磁波场强度以及波形也会发生变化。根据雷达天线接收回的电磁波特征，既波的旅行时间、幅度、频率和波形等信息，通过雷达软件滤波变换，傅立叶变换，强制增益变化等后处理手段得到波的时间深度图像，推断掌子面前方一定范围内地层的形状和性质。预报的距离根据围岩等级和复杂性综合判定，当岩体较完整的情况下，预报距离可达30m;在岩溶发育地段或者围岩较破碎的条件下，为保证探测准确性，预报距离一般不超过10m;连续预报时两次重叠长度应大于5m。

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计算方法：

通过多次理论研究与实践证明，当已知波在介质中传播的波速v，读取雷达剖面上波的旅行时间可以确定界面深度z 值。电磁波在物体或介质中的传播速度v、波的旅行时间t、界面深度z关系见式（1）：

2? 工程实例

2.1 工程概况

山头顶隧道位于福建省尤溪县山头顶隧道境内，最大埋深 173m，进口均为削竹式洞门，出口均为端墙式洞门。隧道左线起迄桩号Z1K138+199.294～Z1K139+048，长848.706m;右线起迄桩号YK138+172.207～YK139+035，长862.793m，为双洞分离式隧道。

山头顶隧道区上覆第四系土层主要坡残积层（Qe1+d1），下伏基岩为前震旦系稻溪组（Zdx2）变质岩，变质岩以石英片岩为主，隧道进出口变质程度稍有不同，进口及洞段以青灰色深变质石英片岩为主，岩芯见片理化，细小褶皱发育，出口段以浅黄色片岩为主，变质程度稍浅，岩石具片理化，局部中层状层理明显。根据现场地质情况调查，出口左洞桩号ZK138+332的掌子面围岩主要为全-强风化变质石英岩，属于较软岩，岩体破碎，层间结合较差，呈碎块状松散结构，围岩稳定性较差，洞内呈点滴状出水。初步定性判定围岩等级为Ⅴ级。

2.2 数据采集

本次探测对隧道出口左洞进行了超前地质预报，采用GSSI公司生产SIR-20地质雷达进行数据采集，配属100MHZ的屏蔽天线进行了探测。本次探测范围为出口左洞ZK138+332～ZK138+357，有效探测距离为25m。测线主要布置ZK140+332掌子面拱腰（H2）和拱脚（H1），测量方式为连续测量，掌子面测线具体布置图见图2。

2.3 结果分析

通过对收集到的原始数据进行处理滤波、增益、反褶积处理和偏移处理，消除背景及多次波的干扰，增强信号，提高了信噪比。根据波形、频率、幅度等信息处理得到4地质雷达记录图（见图4～图5）。

根据掌子面地质条件和雷达波谱分析：有效预报距离为25m;掌子面前方的ZK138+332～ZK138+357段雷达反射图整体上反射强烈，振幅相对增强，能量团分布较为均匀，同相轴弯曲错段，同相轴间断，波形杂乱。推测该段围岩主要全-强风化变质石英岩，为较软质岩，强度较低，岩体相对破碎，节理裂隙较发育，呈裂隙塊状结构，含少量裂隙水。故综合判定该段围岩等级为Ⅴ级，与原设计相符。

3? 结论

①地质雷达法操作简单，不影响施工，在长距离预报基础上，能进一步探明掌子面前方的地层地质情况，探测精度高，结果准确。②地质雷达探测时天线应与掌子面完全耦合，避开测线附近的金属物等电磁干扰，增强回波的信号强度。③野外收集的数据进行预处理和后处理，滤出无关波，消除背景干扰，降噪处理，得到清晰准确的时间-深度波形图，提高探测准确性。

参考文献：

[1]孙洋，陈建平.基于隧道超前地质预报的围岩动态分级预测方法探讨[J].安全与环境工程，2011（3）：121-125.

[2]张智蔚，孙杨勇，陈强.公路探地雷达技术在隧道检测中的应用探讨[J].公路交通科技（应用技术版），2008（4）：141-143.

[3]吴德胜，吴丰收，李富明，等.综合地质预报方法在铜锣山隧道施工涌水预报中的应用[J].现代隧道技术，2014（6）：167-172，178.

[4]林传年，李利平，韩行瑞.复杂岩溶地区隧道涌水预测方法研究[J].岩石力学与工程学报，2008（7）：1469-1476.

[5]张庆松，李术才，孙克国，等.公路隧道超前地质预报应用现状分析[J].地下空间与工程学报，2008（04）：766-771.

[6]薛翊国，李术才，苏茂鑫，等.隧道施工期超前地质预报实施方法研究[J].岩土力学，2011（08）：2416-2422.

[7]刘志刚，赵勇.隧道隧洞施工地质技术[M].北京：中国铁道出版社，2001.

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