隧道工程地質(zhì)雷達檢測分析
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【摘要】通過實際工程應用，介紹地質(zhì)雷達的特點、原理和探測解析方法；在隧道工程的超前地質(zhì)探測預報以及隧道結構檢測的應用中，證明了地質(zhì)雷達的實用性、先進性及其實際應用中的重要作用。
【關鍵詞】公路隧道；地質(zhì)雷達；檢測；超前預報；應用
1、工程概況
小北山二號隧道為長隧道，按左、右線分離布設。左線隧道起訖里程ZK19+571～ZK21+091，長1520m，揭陽端洞口采用削竹式，洞口設計標高30.353m，惠來端洞門采用削竹式，洞口設計標高17.398m，坡高0.5%～-1.317%，隧道最大埋深約209m。右線隧道起訖里程ZK19+599～ZK21+081，長1482m，揭陽端洞口采用削竹式，洞口設計標高30.493m，惠來端洞門采用削竹式，洞口設計標高17.490m，坡度0.5%～-1.321%，隧道最大埋深約212m。隧道位于丘陵地區(qū)，山體地形陡峭，山體植被較發(fā)育，山體發(fā)育花崗巖孤石，大小不一。隧址區(qū)基底主要為燕山期花崗巖，局部見輝綠巖巖脈，覆蓋層由粘土、全～強風巖組成，基巖由中~微風化巖組成。隧址區(qū)地下水類型主要為潛水，含水層主要為第四系松散層的孔隙及中～微風化巖的風化裂隙。
2、地質(zhì)雷達的發(fā)展及其應用
隨著社會的高速發(fā)展，有很多的方便加上很多的儀器可以在巖土勘察中使用，重要的方法有彈性波法及其電磁波法。在實際工程當中經(jīng)常使用的電磁波法就是地質(zhì)雷達，隧道地震探測儀比較適合遠距離宏觀的地質(zhì)問題探測；并且地質(zhì)雷達方法可以結合高頻電磁波而進行非?？斓臒o損傷探測，因此頻段非常高的話可以在隧道結構當中進行檢測。公路的隧道工程埋深、規(guī)模以及數(shù)量隨著時間的增加而不斷地變多，而在施工的過程當中也遇到了很多復雜的工程地質(zhì)條件。雖然說在設計以前都作了非常詳細地質(zhì)勘察，但是在隧道實際的開挖施工當中，還會有非常多的問題發(fā)生的。從這些方面就可以很好地說明，在隧道施工過程當中的圍巖穩(wěn)定性狀況以及一些掌子面前方的實際情況，并且做出及時地超前預報。當隧道發(fā)生一些事故或者竣工以后，應該結合現(xiàn)行的規(guī)范上面要求以及隧道本身的結構特性，不但應該在隧道的表面進行觀測以及凈空斷面進行測量，需要的時候還應該采用地質(zhì)雷達進行一些更深入的檢測，例如圍巖的密實完整穩(wěn)定的情況、鋼拱架的分布情況、有無離析以及蜂窩麻面、襯砌混凝土的均勻一致性以及相對應的完整性以及襯砌有效厚度等等。經(jīng)過實際的情況可以證明，地質(zhì)雷達技術可以在隧道的施工當中作出非常詳細的超前地質(zhì)預報。現(xiàn)在，地質(zhì)雷達檢測技術已經(jīng)發(fā)展到了單點探測以及連續(xù)探測的實時自動成圖。而國外的國家探地雷達基本上是單脈沖雷達，其工作的頻率在50到2G赫茲，最為代表性的國家是美國和加拿大。我們國家所生產(chǎn)的一系列地質(zhì)雷達，結合地下工程的超前預報的特點，采用的是脈沖調(diào)制式，這個的探測距離非常大，而且分辨率也非常高，其工作的頻率大約在160到220兆赫茲，其探測的距離可以達到40到60米，可以很好地適應超前地質(zhì)預報以及部分的工程檢測。
3、探測的原理以及方法
結合設計的圖紙以及設計的任務書按照規(guī)定進行開展地質(zhì)超前預報的工作，其預測應該是沿著隧道縱向三十米的范圍以內(nèi)對一些不安全的地質(zhì)問題進行檢查，對前面的地層巖性變化以及水文地質(zhì)特征（軟弱巖層的分布、斷層發(fā)育及其影響帶、水的賦存情況等）進行探測，對隧道圍巖的級別進行分析，并列出一些施工的建議，確保隧道施工的安全，減少一些不必要的損失，為動態(tài)的設計提供所需要的地質(zhì)參數(shù)，從而可以更好地為隧道施工進行服務。本次的地質(zhì)預報使用的是地質(zhì)雷達系統(tǒng)，運用了空氣耦合型100兆赫茲的天線，結合探測的前方巖石的特點以及現(xiàn)場施工的條件，對距離30米左右進行詳細地探測。而這次預報的工作面位于ZK19+735里處的地方，使用一些點測的方式，使用一系列的方法對工作面的正前方進行詳細地預測。
4、數(shù)據(jù)的處理以及得出來的結果
對實際測量出來的資料用一系列的軟件進行處理分析，再結合現(xiàn)場的巖性所具體的實際情況，選擇一個比較適合的相對介電常數(shù)，進而得出來一些成果，在成果的解釋當中，開始的時候，假如發(fā)現(xiàn)了有非常明顯的反相位反射波組出現(xiàn)的話，就應該巖性變壞的一個表現(xiàn)；假如發(fā)現(xiàn)了有非常明顯的正相位強波反射波組出現(xiàn)的話，就應該是巖層巖性變好的一個表現(xiàn)，結合反射波反射強度的實際大小就可以區(qū)分反射界面前方介質(zhì)的一系列的特征。依據(jù)雷達數(shù)據(jù)處理結果并結合地質(zhì)資料分析得出以下預報結果：（1）掌子面為強風化花崗巖，上方自穩(wěn)能力差，中部伴隨嚴重掉塊，局部潮濕明顯，推斷圍巖級別為Ⅴ級。（2）掌子面右側(cè)前方4~10m（ZK19+739~ZK19+745）區(qū)域反射信號強烈，同相軸紊亂，推測此區(qū)域與掌子面情況類似，有明顯破碎帶，圍巖完整性差，推斷圍巖級別為Ⅴ級。（3）掌子面前方10~15m（ZK19+745~ZK19+750）區(qū)域反射信號衰退穩(wěn)定，同相軸平穩(wěn)但仍存在斷開處，推測此區(qū)域巖性略微好轉(zhuǎn)，但依舊破碎且含水，推斷圍巖級別為IV級。（4）掌子面前方15~30m（ZK19+750~ZK19+765）區(qū)域信號較弱，加大增益后發(fā)現(xiàn)同相軸較為連續(xù)，推測此區(qū)域巖性好轉(zhuǎn)，級別應為IV級。依據(jù)結果給出的建議：（1）ZK19+735掌子面圍巖為強風化花崗巖，自穩(wěn)能力差，局部潮濕明顯，中部掉塊嚴重，應嚴格控制進尺，加強支護，預防坍塌。（2）掌子面前方10m區(qū)域圍巖與掌子面情況相似，穩(wěn)定性差，破碎帶明顯，容易坍塌。嚴格控制進尺，及時做好初期支護工作并保證強度，防止掉塊與坍塌，同時做好排水工作。（3）掌子面前方20m區(qū)域后，巖性有所好轉(zhuǎn)。建議采用上下臺階方法，并嚴格控制進尺，及時做好初期支護工作并保證強度，防止掉塊與坍塌，同時做好排水工作。
5、結束語
地質(zhì)雷達在隧道工程施工或者是后期的運營過程當中，可以很好地對工程的質(zhì)量進行詳細地檢測，可以更嚴格地控制工程的質(zhì)量，更好地檢查工程的缺陷。假如說天線的頻率特性以及工作的方法有一定的影響，而地質(zhì)雷達在對介質(zhì)參數(shù)的探測當中，還存在很多的爭議，那么經(jīng)過不斷地完善以及發(fā)展，地質(zhì)雷達在隧道工程檢測當中一定有一個非常重要的角色。綜上所述，應用地質(zhì)雷達在地質(zhì)超前預報當中可以精準地探測預報隧道施工當中危害的工程施工安全的相關地質(zhì)災害。而地質(zhì)雷達可以探測出來隧道的結構中重要的施工缺陷，可以為有問題的隧道提供一些非?？煽康囊罁?jù)，這樣就可以提高工作的效率，并且節(jié)省一些資金。
作者：邱雪峰 單位：廣東省航運規(guī)劃設計院有限公司
