發(fā)布時(shí)間：2022-07-17 09:49:00
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在隧道地質(zhì)超前中的運(yùn)用，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
摘 要：在隧道項(xiàng)目的施工作業(yè)中，施工范圍的水文地質(zhì)以及工程地質(zhì)等情況是影響項(xiàng)目施工質(zhì)量以及施工安全的重要因素，施工范圍的地質(zhì)條件惡劣易引發(fā)多種意外事故。例如，突泥涌水、隧道坍方等，突發(fā)事故的發(fā)生不僅增加隧道施工的困難度，還易導(dǎo)致不良后果，例如工期延誤、設(shè)備損傷、人員傷亡等，嚴(yán)重?fù)p害了隧道項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。本文通過分析雷達(dá)探測技術(shù)在隧道地質(zhì)探測工作中的應(yīng)用，分析雷達(dá)探測技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)探測；雷達(dá)探測技術(shù)；應(yīng)用
隧道地質(zhì)常用的地質(zhì)探測技術(shù)有多種，常見的有瑞雷面波法、地質(zhì)雷達(dá)法以及地震反射波剖面法等，隧道施工中通過多種探測方法以獲取子面工程的地質(zhì)情況，從而對隧道周圍進(jìn)行精確預(yù)報(bào)。隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)主要是借助探測手段掌握施工現(xiàn)場的圍巖級別、圍巖完整度以及不良地質(zhì)特征等情況，對隧道施工的安全進(jìn)行給予指導(dǎo)。地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測方法是用于了解地下介質(zhì)其分布狀況的一種電磁波法。其工作原理是確定受測范圍在無鐵磁性物質(zhì)大量干擾的前提下，采用寬頻脈沖形式的高頻電磁波，借助發(fā)射天線將其送入指定方向的地質(zhì)中，在受到具有電性差異目標(biāo)體或是地層的反射后，回到地面被接受天線所接受。在地下傳播中的高頻電磁波在經(jīng)過介質(zhì)時(shí)，該介質(zhì)的集合幾何形態(tài)以及電性性質(zhì)將會(huì)影響電磁波的波形、磁場強(qiáng)度以及路徑等。所以，經(jīng)過分析、處理以及采集時(shí)域波形，可掌握地下界面以及地質(zhì)體的結(jié)構(gòu)、空間、位置等信息。
1 雷達(dá)探測技術(shù)對斷層破碎帶的地質(zhì)探測
斷層屬于隧道施工過程中的重要地質(zhì)構(gòu)造，而地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)的主要目的則是要明確斷層的規(guī)模、產(chǎn)狀以及空間分布狀況。國內(nèi)有部分隧道均存在不同程度的斷層現(xiàn)象，例如有些隧道常有巖脈斷層、壓扭性斷層以及巖性的接觸斷層等。斷層帶內(nèi)部還發(fā)育有多種巖體，例如角礫巖、糜棱巖等，此外還有地下水以及斷層泥等物質(zhì)，介質(zhì)的均一性偏低且分布不均勻，電性存在明顯差異，斷層兩側(cè)巖體發(fā)育特點(diǎn)通常具有節(jié)理性與褶皺性。斷層的內(nèi)部的電性差異偏大則為地質(zhì)探測作業(yè)提供了良好物理基礎(chǔ)。地質(zhì)雷達(dá)在探測斷層破碎帶的發(fā)育區(qū)時(shí)，自動(dòng)增益的梯度范圍通常控制在8～30dB之間，斷層富水帶自動(dòng)增益的梯度存在更大的變化，斷層破碎帶內(nèi)部雷達(dá)圖形的色彩分布散亂，電磁波具有規(guī)律性差、能量衰減迅速等特點(diǎn)，反射波形雜亂無規(guī)律，幅度變化較大；因?yàn)閿鄬悠扑閹c高效濾波系統(tǒng)均有濾波效果，因此電磁波在斷層破碎帶的穿越過程中，其頻率程度會(huì)因此而發(fā)生巨變，從高頻轉(zhuǎn)變成低頻。
根據(jù)對A隧道進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果（如圖1）發(fā)現(xiàn)，K79+765～K79+771段與K79+776～K79+781段的地質(zhì)雷達(dá)探測波形反射波組呈均勻的低幅水平，該段推斷為完整性較高的變質(zhì)石英砂巖。另外K79+772～K79+776段與K79+782～K79+785段地質(zhì)雷達(dá)探測波形反射波組較強(qiáng)，其緩傾角呈不連續(xù)狀態(tài)，波形紊亂無序，可推斷出該段斷層破碎帶屬于陡傾角的輝綠巖脈。其中，K79+782～K79+785段巖脈掌子面與走向的平行情況基本一致，脈內(nèi)所組成的物質(zhì)及其強(qiáng)度情況較為均一，巖體結(jié)構(gòu)呈鑲嵌、壓碎狀；K79+772～K79+776段的走向和掌子面交角約為20°，厚度分布較為分散，脈內(nèi)巖體的風(fēng)化情況不一致，裂隙發(fā)育呈壓碎、松散結(jié)構(gòu)。
根據(jù)對B隧道進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果（如圖2）發(fā)現(xiàn)，K3+840～K3+847段地質(zhì)雷達(dá)探測波形反射波組呈低幅水平，其中有強(qiáng)反射同相軸存在于一些樁號部位，少數(shù)部位波形較為雜亂，根據(jù)K3+840段掌子面的地質(zhì)情況反映出該段圍巖屬于完整性較高的硅質(zhì)砂巖，其巖體結(jié)構(gòu)主要呈中厚層狀，斷層層面較為發(fā)育，無水。K3+847～K3+860段之間普遍存在有強(qiáng)反射同相軸，圖中波形雜亂無序，變化明顯，系巖體存在增大的物性差異，圍巖質(zhì)越往下越差，探測結(jié)果圖中可明顯看出，電磁波能量在時(shí)間段200～300ns處已相當(dāng)微弱，圖中波形同相軸較為模糊，巖體含水量高，軟弱破碎，電磁波大量能量被吸收。根據(jù)該隧道工程地質(zhì)的整體分布情況以及掌子面調(diào)查情況，可推斷出有斷層存在于K3+847處，K3+847～K3+860段的巖體結(jié)構(gòu)層碎裂、松散狀，圍巖含水量高，破裂。
2 雷達(dá)探測技術(shù)對溶洞的地質(zhì)探測
隧道施工過程中主要的不良地質(zhì)巖體為巖溶，若隧道中存在巖溶，開挖時(shí)極易發(fā)生突水突泥以及坍塌下沉事件，未事先進(jìn)行地質(zhì)探測而盲目的進(jìn)行隧道施工可能會(huì)引起嚴(yán)重的安全事故以及生產(chǎn)事故。施工前對隧道巖體的規(guī)模、空間分布、含水率以及充泥情況等信息進(jìn)行探測是超前預(yù)報(bào)的主要任務(wù)之一。B隧道的進(jìn)出口位置均屬于炭質(zhì)灰?guī)r，該段巖溶發(fā)育較好，隧址中的溶洞主要分布在灰質(zhì)頁巖巖體的下方，以炭質(zhì)頁巖作為隔水層，該地段中的溶洞多無填充物，為空洞，少部分會(huì)存在少許呈流塑狀的紅粘土。B隧道LK3+629～LK3+649段地質(zhì)雷達(dá)探測情況（如圖3），該段范圍內(nèi)存在的異常反射體共有3個(gè)，呈雙曲線型，可推斷出該隧道的溶洞地質(zhì)。
3 雷達(dá)探測技術(shù)對富水帶的地質(zhì)探測
B隧道發(fā)育處為山體內(nèi)部的煤層，之前所經(jīng)歷過的采掘時(shí)間長達(dá)數(shù)百年，山體內(nèi)部具有大量巷道，巷道以下行巷道為主，有嚴(yán)重的積水情況。一些老煤窿延伸到隧道底部的距離甚至長達(dá)一百多米，山體中存在大量煤窿增加了隧道施工的困難度與危險(xiǎn)性。常見的介質(zhì)中，水體的介電相對常數(shù)最大是81，相比基巖介質(zhì)，兩者電性具有顯著性差異。雷達(dá)電磁波在含水破碎帶以及基巖中越過時(shí)，有強(qiáng)反射情況在界面產(chǎn)生，同時(shí)還會(huì)有散射與散射現(xiàn)象、波形紊亂、頻率降低等情況在含水破碎帶內(nèi)部發(fā)生[2]。
B隧道LK3+756～LK3+776段地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果中顯示（如圖4），其中LK3+756～LK3+764段反射波組呈相對低幅水平，少數(shù)部位有強(qiáng)反射同相軸存在，根據(jù)掌子面的地質(zhì)情況分析結(jié)果可推斷出，LK3+756～LK3+764段的圍巖主要為砂巖互層、中層煤層以及薄層，巖體松散、破碎，易發(fā)生坍塌，巖體結(jié)構(gòu)層碎狀，構(gòu)造發(fā)育具有節(jié)理性，圍巖偏破碎狀。此外，LK3+764～LK3+776段水平分布有較多具有強(qiáng)規(guī)律性特質(zhì)的強(qiáng)反射同相軸，同時(shí)使深部的巖體探測受到掩蓋，LK764處出現(xiàn)有雷達(dá)電磁波橫穿隧道柱狀富水帶的異常情況，此處含有豐富的水體，有涌水甚至是突水現(xiàn)象存在的可能，圍巖破碎。
4 雷達(dá)探測技術(shù)對裂隙密集帶的地質(zhì)探測
隧道中的軟弱夾層、巖脈帶以及斷層影響帶等處是存在裂隙密集帶的主要部位，由于具有成分不同且不均勻物質(zhì)存在于裂隙中，與周邊的圍巖形成了差異性電性 。因此，地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)對于巖體中裂隙的探測具有良好的物理基礎(chǔ)。當(dāng)裂隙表面有雷達(dá)電磁波傳到時(shí)，此處界面將會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的反射波，裂面的平直性與連續(xù)性由同相軸是否連續(xù)反映出；裂隙中若存在不均勻的填充物質(zhì)，電磁波在穿越裂隙時(shí)將會(huì)有波形雜亂無序、波幅不穩(wěn)定、散射、繞射等情況產(chǎn)生。
A隧道LK79+745～LK79+765段地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果中顯示（如圖5），LK79+745～LK79+751段反射波組較均勻，呈相對低幅水平與次塊狀，屬于結(jié)構(gòu)呈鑲嵌、破裂狀的變質(zhì)石英砂巖。LK79+751～LK79+765段有多組呈平行、雜亂狀存在的反射波，可推斷出此處地質(zhì)屬于巖脈條帶與裂隙密集帶。
結(jié)語
地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)對探測地質(zhì)的含水性、介質(zhì)分層、溶洞以及斷層等情況的分辨率較高，且地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)的成本低廉，探測效果明顯，在高速公路隧道建設(shè)項(xiàng)目施工中的地質(zhì)探測中具有良好的發(fā)展前景。
摘要：隧道施工的超前預(yù)報(bào)工作是隧道安全施工及管理的重要環(huán)節(jié)，亦是隧道施工的重要技術(shù)保障。本文以廣東梅州至大埔高速公路鹽水坳隧道工程中的預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合工程實(shí)例，對隧道運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的技術(shù)作簡單闡述。
關(guān)鍵詞：公路隧道 地質(zhì)超前預(yù)報(bào) 地質(zhì)雷達(dá)
1 引言
在山嶺公路隧道施工中，隧道工程地質(zhì)對隧道施工的安全性具有十分顯著的影響，因此，預(yù)先掌握隧道掌子面前方的地質(zhì)情況，對保障施工安全，預(yù)防塌方、涌水、突泥等災(zāi)害，優(yōu)化施工工藝和設(shè)計(jì)參數(shù)具有十分重要的意義。隧道施工過程中的超前預(yù)報(bào)工作是隧道施工過程中的一個(gè)重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)合理的施工組織，避免意外事故，保證施工安全和質(zhì)量，加快施工速度，按期完成隧道施工任務(wù)，節(jié)約工程投資的必要保證。
2 隧道工程概況
鹽水坳隧道位于廣東省梅州梅縣與梅州大埔縣交界處，本隧道為小凈距分離式短隧道，起止樁號左線ZK36+596～ZK36+885，長289m；右線K36+610～K36+895，長285m。隧址區(qū)屬于華南褶皺系粵東北-粵中拗掐帶之永梅凹褶斷束內(nèi)，所見晚古生代地層褶皺為過渡型褶曲，上部被上三迭-下侏羅統(tǒng)地層不整合覆蓋，形成于印支運(yùn)動(dòng)，伴有永梅區(qū)域動(dòng)力變質(zhì)巖帶的發(fā)育，并為中、新生代巖漿巖、火山巖、紅色盆地和斷裂所疊加，形態(tài)不完整；隧址區(qū)屬于單斜地層，傾角16～25°，巖性為侏羅系金雞組砂巖、泥巖。
3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法和原理
物探法是目前隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)較為先進(jìn)的方法，主要有聲波測井法、聲波透射法和波反射法，其中以基于波反射法的地質(zhì)雷達(dá)和Tgp最為常用。波反射法主要是利用聲波、超聲波、地震波及電磁波在地層中傳播、反射，然后通過信號采集系統(tǒng)接收反射信號，借助分析軟件解譯隧道掌子面前方反射界面（斷層、軟弱夾層等）距隧道掌子面的距離進(jìn)行預(yù)報(bào)。本文主要介紹地質(zhì)雷達(dá)方法。
地質(zhì)雷達(dá)（Ground Penetrating Radar ，簡稱GPR）方法是一種用于探測地下介質(zhì)分布的廣譜（1MHz—1GHz）電磁技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)用一個(gè)天線發(fā)射高頻電磁波，另一個(gè)天線接收來自地下介質(zhì)界面的反射波。通過對接收的反射波進(jìn)行分析就可推斷地下地質(zhì)情況。
對于不同深度、不同巖性的探測目的層與目的物，在應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)檢測時(shí)，需選擇相應(yīng)頻率的天線和適當(dāng)?shù)膬x器參數(shù)。要探測到較深的地質(zhì)情況，就必須選用相對較低頻率的天線，本工程檢測選用了100MHz天線。
在掌子面上布設(shè)測線或測點(diǎn)，由天線向地層中發(fā)射一定強(qiáng)度的高頻電磁波，電磁波在傳播過程中遇到與周圍電阻抗有差異的地層或目標(biāo)體時(shí)，部分能量反射回來，被接收天線所接收，通過分析雷達(dá)圖像特征，預(yù)測前方圍巖情況。該方法分辨率較高，方向性較好，能夠分辨出較小規(guī)模的地質(zhì)異常，能及時(shí)預(yù)報(bào)出掌子面附近的破碎帶、溶洞及賦水等不良地質(zhì)情況。地質(zhì)工程師根據(jù)區(qū)域地質(zhì)知識和經(jīng)驗(yàn)，綜合分析判斷，對掌子面前方的地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)測，并對地質(zhì)預(yù)報(bào)儀及地質(zhì)雷達(dá)探測出的地質(zhì)現(xiàn)象做出合理的解釋。
現(xiàn)場預(yù)報(bào)時(shí)，采用SIR-3000型地質(zhì)雷達(dá)沿掌子面進(jìn)行測試，每次預(yù)報(bào)范圍10～35米。
4 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的具體應(yīng)用
掌子面里程K36+820，圍巖由強(qiáng)風(fēng)化砂巖組成，巖體破碎呈塊～塊碎狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙較發(fā)育，強(qiáng)度及穩(wěn)定性差，整體穩(wěn)定性較差，本次采用了連續(xù)線測及點(diǎn)測試方法，測線、測點(diǎn)布設(shè)見下圖
圖1雷達(dá)測線及測點(diǎn)布設(shè)圖 圖2 雷達(dá)測試波形圖
本次雷達(dá)預(yù)報(bào)探測范圍K36+820～K36+855段計(jì)35米，從點(diǎn)測及線測結(jié)果來看：本測段范圍內(nèi)雷達(dá)反射波波幅及相位變化不大，預(yù)計(jì)該段圍巖特征與目前掌子面基本相似，巖體破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，強(qiáng)度及穩(wěn)定性差，受構(gòu)造影響嚴(yán)重，拱頂巖體組合受震動(dòng)易掉塊、坍塌，巖塊結(jié)合性較差，整體穩(wěn)定性較差。相比較而言，距目前掌子面5～15米（即K36+825～K36+835）范圍雷達(dá)電磁波反射較強(qiáng)，反射界面較多，預(yù)計(jì)本段范圍內(nèi)節(jié)理、裂隙極發(fā)育，呈碎～碎狀結(jié)構(gòu)，層理明顯，圍巖較破碎，含水量稍大或存在夾層，圍巖整體穩(wěn)定性較差。拱頂層面組合受震動(dòng)易掉塊、坍塌，應(yīng)根據(jù)炮孔鉆進(jìn)情況謹(jǐn)慎掘進(jìn)，并注意加強(qiáng)支護(hù)，做好施工安全監(jiān)控。
5 結(jié)語
目前，鹽水坳隧道已經(jīng)貫通，由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平的限制，期望在施工前的勘測設(shè)計(jì)階段，將所有可能存在的不良地質(zhì)問題搞清楚是極其困難的。為了保證隧道快速、安全、經(jīng)濟(jì)、順利進(jìn)行，避免或者盡可能的減少地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生，隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是強(qiáng)有力的保證。本文就鹽水坳隧道工程的特點(diǎn)只簡單闡述了地質(zhì)雷達(dá)方法，對于不同的隧道工程，應(yīng)根據(jù)隧道工程自身的地質(zhì)特點(diǎn)及問題選用合適的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，以針對工程的特點(diǎn)滿足其準(zhǔn)確性及針對性。
摘要：湖北恩施地處溶蝕發(fā)育山區(qū),在隧道施工中經(jīng)常遭遇地質(zhì)災(zāi)害,為了保障施工安全,在隧道開挖的同時(shí)需要進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。結(jié)合宜萬鐵路云霧山隧道中的雷達(dá)應(yīng)用實(shí)例,介紹地質(zhì)雷達(dá)的工作原理及其在隧道超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用和技巧。
關(guān)鍵詞:地質(zhì)雷達(dá)；巖溶隧道；超前預(yù)報(bào)；地質(zhì)災(zāi)害；準(zhǔn)確性
一、工程概況
云霧山隧道全長6640m，是宜萬鐵路的重點(diǎn)工程，是宜萬線八座Ⅰ級風(fēng)險(xiǎn)隧道之一，隧道地處低中山區(qū)越嶺地段，地形起伏大，地形陡峻，區(qū)內(nèi)受地形、地質(zhì)及構(gòu)造等各種條件的影響，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，溶洞、暗河、漏斗及巖溶洼地等隨處可見。有5條地下暗河穿越其間，設(shè)計(jì)日最大涌水量為16141m3，設(shè)計(jì)有突水、突泥、巖爆、天然氣、溶洞等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害。
為了更好的探測隧道開挖面前方圍巖情況，確保施工人員及設(shè)備安全，我們運(yùn)用了目前國內(nèi)最先進(jìn)的物探方法之地質(zhì)雷達(dá)超探測法。
二、地質(zhì)雷達(dá)探測的特點(diǎn)：
地質(zhì)雷達(dá)探測具有分辨率高、定位準(zhǔn)確、快速經(jīng)濟(jì)、靈活方便、剖面直觀、實(shí)時(shí)圖像顯示等優(yōu)點(diǎn)，近年來在公路路基檢測、隧道超前預(yù)報(bào)、襯砌厚度檢測、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)工作等方面，發(fā)揮著越來越重要的作用。美中不足的是由于巖土層對電磁波的吸收較大，導(dǎo)致地質(zhì)雷達(dá)的探測距離較短，因此雷達(dá)更常用于工程檢測方面。但在巖溶發(fā)育山區(qū)，容易發(fā)生涌水事故，含水性的預(yù)報(bào)又是難中之難，而地質(zhì)雷達(dá)在探測地下水方面有其獨(dú)到之處，加之巖溶山區(qū)隧道開挖的推進(jìn)速度較慢，用雷達(dá)進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào),完全可以滿足施工需求。在實(shí)際工程應(yīng)用中，地質(zhì)雷達(dá)對巖溶發(fā)育預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，也受到了相關(guān)單位的普遍認(rèn)可,值得研究與推廣。
三、地質(zhì)雷達(dá)工作原理：
地質(zhì)雷達(dá)（GroundPenetratingRadar ，簡稱GPR）方法是一種用于探測地下介質(zhì)分布的廣譜（1MHz—1GHz）電磁技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)用一個(gè)天線發(fā)射高頻電磁波，另一個(gè)天線接收來自地下介質(zhì)界面的反射波。通過對接收的反射波進(jìn)行分析就可推斷地下地質(zhì)情況。
四、針對影響地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的主要原因制定對策如下表：
1 掌子面周邊有金屬物質(zhì) 非開挖工作期探測 不受金屬物質(zhì)磁場影響 退平臺后探測
2 掌子面殘留有泥或水 加大雷達(dá)的疊加次數(shù)和信號強(qiáng)度 不受泥或水工作影響 同上
3 雷達(dá)參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確 探測前根據(jù)不同圍巖設(shè)置相應(yīng)參數(shù) 避免參數(shù)不準(zhǔn)確 將探測儀放置在探測點(diǎn)半小時(shí)，確保儀器內(nèi)部參數(shù)穩(wěn)定
4 數(shù)據(jù)分析不準(zhǔn)確 請相關(guān)地質(zhì)專家對檢測人員培訓(xùn)并幫助分析 準(zhǔn)確分析采集數(shù)據(jù) 認(rèn)真對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確保結(jié)論接近現(xiàn)場實(shí)際
摘要：隧道修建過程中，由于地下巖石、水文等地質(zhì)條件不明確，常常發(fā)生一些意外事故。發(fā)生坍方、突然涌水等突發(fā)事故，不僅造成嚴(yán)重的人員傷亡，而且還使工期延誤，及其設(shè)備損傷。使隧道的修建困難重重。還降低了隧道修建的經(jīng)濟(jì)效益。因此，超前預(yù)測在隧道修建工程中非常重要。它對隧道修建的工期，安全，質(zhì)量，投資等有非常重要的作用。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)探測為隧道的修建提供有用的資料，減少隧道修建過程中的不安全因素，也是隧道能安全且快速修建的關(guān)鍵性因素。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)；隧道地質(zhì)；應(yīng)用
隧道超前預(yù)測現(xiàn)在越來越受到修建隧道工程實(shí)施的關(guān)注，其重要原因是隧道修建過程中安全問題越來越受到關(guān)注。但隧道地質(zhì)超前最重要的應(yīng)用技術(shù)是地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對隧道超前預(yù)測非常重要。故我們此篇文章重要討論其應(yīng)用。
超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的目的及任務(wù)
1.1目的
為隧道的修建提供有用的資料，減少隧道修建過程中的不安全因素，使隧道能安全經(jīng)濟(jì)并且快速的修建成功。
1.2任務(wù)
1.2.1對沒有修建的地段進(jìn)行圍巖地質(zhì)條件的探測
對未修建的但是將要修建的地段，我們探測的內(nèi)容有：是否有地下水的存在，溶巖溶洞是否發(fā)育，巖性變化的情況，是否存在斷層和發(fā)育有破碎帶等。
1.2.2預(yù)報(bào)有可能會(huì)發(fā)生的災(zāi)難性突發(fā)狀況
例如在地下儲藏有害氣體的大量溢出。由于巖土的不穩(wěn)定導(dǎo)致的塌方。地下儲藏有地下水。這些都會(huì)對隧道施工造成嚴(yán)重后果。要通過雷達(dá)技術(shù)分析判斷，避免事故發(fā)生。
2.地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前預(yù)報(bào)的基本理論
地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在隧道超前預(yù)測中至關(guān)重要，但是其原理卻是非常簡單，即就是物理中的電磁波反射原理。電磁波在巖體巖土介質(zhì)中傳播，由發(fā)射天線發(fā)出一束電磁波脈沖。電磁波在地下傳播，由于波有反射性質(zhì)，當(dāng)傳播的電磁波遇到物質(zhì)時(shí)，即就是介質(zhì)，會(huì)在物質(zhì)與物質(zhì)的分界面發(fā)生電磁波反射。反射的波會(huì)被接收天線所接收，由接收天線處理。
3.地質(zhì)雷達(dá)的探測方法和步驟
3.1準(zhǔn)備工作
由于地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的原理是電磁波反射原理，所以所有能干擾電磁波的物件，都會(huì)對探測造成一定影響。我們在應(yīng)用電磁波的時(shí)候首先排除地面干擾電磁波的物體。例如一些有磁性的物體或者是金屬。
3.2測線布置
測線的布置應(yīng)該是越密越精確，但是有些時(shí)候由于地質(zhì)條件有些點(diǎn)測不出。一般情況下我們布置測線是按照‘十’字形布置。但有時(shí)我們也按照‘井’字形布置。在有些崎嶇不平的地方一般是一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)的探測，點(diǎn)數(shù)一般為5到12個(gè)。兩點(diǎn)間的距離一般為0.5到1米。
3.3數(shù)據(jù)采集及處理
為了使數(shù)據(jù)更加精確，明確介質(zhì)條件，都要對原始的雷達(dá)波進(jìn)行一系列處理。對平均道的抽取。對時(shí)間要靜校正、增益。壓制干擾波，突出有效波。
3.4數(shù)據(jù)分析與解釋
地質(zhì)超前預(yù)測是應(yīng)用雷達(dá)技術(shù)來探測未施工地段的巖體情況，做到防患于未然。這里所謂的“防患”就得根據(jù)雷達(dá)探測的數(shù)據(jù)資料來分析隧道可能發(fā)生的事故。數(shù)據(jù)資料在雷達(dá)技術(shù)上用圖像顯示出來。所以我們根據(jù)雷達(dá)顯示的圖像異常的形態(tài)，特征，還有電磁波的衰弱情況來分析我們看不到的巖體的性質(zhì)以及地質(zhì)特征。若是存在特殊異常體，則電磁波反射信號強(qiáng)。若是巖體質(zhì)量差則反映在雷達(dá)上電磁波衰弱，這是根據(jù)巖石對電磁波的吸收性來決定的。掌子面跟未施工地段的地下特征差異越大，反射波則能量則越強(qiáng)。可以根據(jù)這些異常做出有用的地質(zhì)解釋。
4.地質(zhì)雷達(dá)在隧道超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用
4.1對不利于施工的地質(zhì)體的探測
溶洞帶，含水帶，富有裂隙帶，斷層以及破裂帶，巖土疏松帶。這些地質(zhì)巖體帶不利于施工，更不利于隧道的修建，我們要利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，結(jié)合掌子面的附近地質(zhì)水文，地質(zhì)工程情況將這些不利于施工的地質(zhì)帶的位置基本上確定。確定這些不良地質(zhì)帶后，根據(jù)具體情況下做出不同的施工方案，以此避免在施工過程中發(fā)生意外。
4.2探測未知巖溶
喀斯特是巖溶的另一個(gè)地貌名稱,指的是一些可溶性巖石收到水中化學(xué)物質(zhì)的溶蝕，水的物理沖刷作用，所形成的具有一定空間的溝，槽，和一些空洞。巖溶發(fā)育的必不可少的條件是可溶性巖石，例如碳酸鹽巖，含有化學(xué)成分的可流通的水等。下滲的地表水以及流動(dòng)的地下水，對溶巖非常重要。巖溶與圍巖性質(zhì)差異很大，所以其地質(zhì)雷達(dá)圖像很容易判斷其異常。在溶洞內(nèi)大量充填圍巖碎塊，水，空氣，上覆巖石，這些充填物與稱為“槽”的可溶性巖石之間的物質(zhì)差異很大。由于介質(zhì)的多樣性，以及物質(zhì)的差異性，而在溶巖中形成電性界面。我們只要探測出這個(gè)電性界面就探測出了巖溶的位置。同樣，由于介質(zhì)的多樣性，電磁波的反射波圖像隨著溶巖溶洞的具體情況而發(fā)生相應(yīng)的變化一般情況是在橫向上變化。
若存在強(qiáng)反射包圍弱反射，則說明可能是溶洞存在的雷達(dá)圖像。強(qiáng)反射是溶洞側(cè)壁反射的，并且常常有弧形的繞射現(xiàn)象。溶洞內(nèi)的物質(zhì)為填充物，填充物的反射為弱反射，具有高頻，低幅，波形密集的特征。但是，如果填充物為水，局部的波可變強(qiáng)。
4.3富水帶探測
含有大量水的巖體區(qū)域，如果沒有被預(yù)測出來，在隧道施工過程中將會(huì)釋放出大量的水，這將影響隧道的施工進(jìn)程和施工安全。
如果巖體中含有水，則會(huì)影響巖體巖石介質(zhì)的介電常數(shù)，從而影響反射波的波形，傳播時(shí)間等。具體是，巖石中含水時(shí)，巖石的介電常數(shù)增大，在介質(zhì)中具體表現(xiàn)為電磁波的傳播速率降低，時(shí)間變長，在反射波形圖像中則可能出現(xiàn)的是異常的正峰。另一方面，還產(chǎn)生強(qiáng)反射和繞射現(xiàn)象。還會(huì)由于出現(xiàn)散射現(xiàn)象而使波形紊亂。不僅如此，頻率也發(fā)生變化，由高頻迅速的變?yōu)榈皖l。
4.4探測斷層破碎帶
斷層破碎帶由于存在裂隙，這是由外來物質(zhì)充填到裂隙中，外來物質(zhì)和原巖性質(zhì)差異大，所以介質(zhì)常數(shù)差異也大。同時(shí)在裂隙中也可能有大量的水充填，這也影響介質(zhì)常數(shù)，裂隙中地下水的存在，使得斷層附近以及破碎帶附近穩(wěn)定性差。破碎帶空隙多，所以含水多。電磁波在穿過破碎帶時(shí)，由于破碎帶的膠結(jié)情況不同巖石性質(zhì)不同，而使得波形比較亂。具體表現(xiàn)在地質(zhì)雷達(dá)的圖像中則表現(xiàn)為：頻率變化，偶爾出現(xiàn)斷面波，地層發(fā)育有反射波，錯(cuò)短的同相軸，振幅能量明顯增強(qiáng)，有時(shí)有繞射波。破碎帶兩側(cè)的物質(zhì)差異構(gòu)造差異，使得具有波阻抗差異。由于這些波阻抗差異，使得電磁波在通過界面時(shí)電磁波的電磁能能量增強(qiáng)同時(shí)波幅增大。
4.5裂隙密集帶的探測
斷裂的兩巖體，它們沒有發(fā)生明顯的錯(cuò)動(dòng)，即就是節(jié)理，也稱之為裂隙。裂隙的發(fā)育對巖體的穩(wěn)定性有很大的影響。對巖體的強(qiáng)度也有很重要的作用。由于裂隙中可充填不同物質(zhì)，導(dǎo)致介質(zhì)常數(shù)不同，與周圍圍巖形成電性差異。當(dāng)電磁波傳播到裂隙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的界面反射波。由于裂隙內(nèi)充填的物質(zhì)具有不均一性，直接表現(xiàn)在雷達(dá)圖像中就是，會(huì)有散射、繞射、波形雜亂等特征，波幅變化大。同相軸連續(xù)，反映了裂面的平直。
小結(jié)
雖然地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是目前一種既方便又快捷而且還精確的探測技術(shù)，但是地質(zhì)雷達(dá)所得到的資料有時(shí)候具有多解性，我們在對探測地區(qū)進(jìn)行分析的時(shí)候，最好將地質(zhì)雷達(dá)探測資料與掌子面的地質(zhì)情況性質(zhì)相結(jié)合，得到更加全面更加有效更加精確的結(jié)果。
