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摘要:通過平頂山隧道超前地質(zhì)預報，介紹了地質(zhì)雷達的參數(shù)設置、測線布置及數(shù)據(jù)采集，并通過對數(shù)據(jù)的分析和解釋預測了未開挖掌子面的地質(zhì)情況。與此同時，還總結(jié)了影響地質(zhì)雷達預報效果的因素，可為其他類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞:超前地質(zhì)預報，地質(zhì)雷達，公路隧道

1概述

隨著國家大力倡導基礎設施建設，越來越多的隧道工程進入規(guī)劃建設。然而在建設過程中由于地質(zhì)情況的復雜多變，因隧道建設范圍內(nèi)地質(zhì)資料掌握不足而導致的安全事故時有發(fā)生。如“6•21臨滄隧道突泥涌水事故”“9•14西雙版納隧道坍塌事故”等［1］。上述一系列事故充分說明了在隧道施工過程中，準確、及時、有效的超前地質(zhì)預報工作，對避免重大地質(zhì)災害，保證隧道施工安全起著不可替代的作用［2］。目前，常用的超前地質(zhì)預報方法有:地質(zhì)雷達法、TSP法、TRT法等［3］。其中地質(zhì)雷達法具有效率高、精度高、抗干擾、操作便捷等優(yōu)點［4］，在短距離精確探測中得到了廣泛應用。本文以平頂山隧道為工程背景，對超前地質(zhì)預報進行了介紹。

2實際應用

2．1工程概況平頂山隧道位于山東省煙臺市境內(nèi)，設計為分離式隧道。隧址范圍內(nèi)圍巖主要為下元古界粉子山群崗崳組云母片巖，風化程度包括全風化～未風化，風化深度大。隧址區(qū)分布有三條構(gòu)造破碎帶及三塊風化破碎區(qū)，三條構(gòu)造破碎帶均對隧道構(gòu)成不利影響。三塊風化破碎區(qū)主要分布在隧道進口，其中兩塊對隧道造成了不利影響。隧址區(qū)主要發(fā)育兩組構(gòu)造節(jié)理，其中第二組對隧道的穩(wěn)定性造成不利影響。隧址區(qū)的主要地下水為基巖風化裂隙水，該含水層分布于整個工作區(qū)。故隧道超前地質(zhì)預報的主要內(nèi)容是正確分辨出破碎帶、破碎區(qū)的范圍及不同巖性的接觸帶、同一巖性的風化程度和涌水問題等。限于篇幅，本文僅介紹平頂山北線BK1+028的地質(zhì)雷達探測情況。

2．2地質(zhì)雷達探測方法及結(jié)果分析2．2．1參數(shù)選擇為了達到預報的最好效果，準確預測掌子面前方地質(zhì)，在進行超前地質(zhì)預報時采用近距離較微觀的預報方式。采用儀器為美國勞雷公司最新的SIR4000型地質(zhì)雷達，并把隧道的每次探測深度定為30m，且前后搭接5m，測試結(jié)果當天反饋，以便快速指導施工。具體地質(zhì)雷達參數(shù)設置見表1。2．2．2測線布置在進行超前地質(zhì)預報時，由于開挖方法的不同，測線的布置靈活多樣。一般沿掌子面的豎直、水平方向布置。由于平頂山隧道出口采用臺階法施工，根據(jù)實際情況，在掌子面布置1測回，2條測線，具體布置見圖1。2．2．3采集數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的采集選用時間模式，時間模式是在數(shù)據(jù)采集時，系統(tǒng)在每一秒鐘記錄定量的掃描信息，其數(shù)據(jù)密度依賴于天線在掌子面上的移動速度。數(shù)據(jù)采集時由2個人將100MHz天線豎立貼近掌子面，并按布置好的測線沿掌子面勻速前進，在每條測線的開始和結(jié)束打一條標記用以區(qū)分測線的位置。2．2．4結(jié)果分析完成現(xiàn)場采集后，后續(xù)數(shù)據(jù)采用專業(yè)分析軟件RADAN7對雷達信號進行分析處理。在測試資料的解釋中首先要通過RADAN7對現(xiàn)場測試的雷達圖像進行編輯數(shù)據(jù)塊、距離歸一化、濾波、偏移歸位、反褶積、希爾伯特變換等一系列后處理，然后對圖像中異常的形態(tài)、特征及電磁波的衰減情況進行解釋。反射信號強則說明前方存在異常的形態(tài)和特征，電磁波衰減則說明前方圍巖質(zhì)量較差當圍巖較破碎或含水率較大時對電磁波的吸收較強，衰減較快［5］。由于隧道內(nèi)地質(zhì)情況錯綜復雜，為了提高地質(zhì)預報的準確度減少誤判，在進行地質(zhì)預報的結(jié)果分析中不能只考慮采集到的數(shù)據(jù)，還要結(jié)合掌子面的地質(zhì)狀況、地質(zhì)勘探資料以及區(qū)域地質(zhì)狀況進行綜合判斷?？v觀本次平頂山隧道北線BK1+028地質(zhì)雷達圖像，結(jié)合相應的地質(zhì)分析，在測線長度和探測深度范圍內(nèi)，可得如下結(jié)論:本次預報范圍內(nèi)圍巖屬強風化云母片巖，巖體破碎主要呈碎塊狀，雷達電磁波反射界面較強，結(jié)合掌子面圍巖情況，推斷掌子面前方圍巖破碎，裂隙發(fā)育，圍巖完整性差，穩(wěn)定性差，地下水不發(fā)育，其中BK1+016～BK1+012附近節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體破碎，施工時應特別注意。在之后的開挖過程中，證實了預報結(jié)果與實際情況基本吻合。其中圖2，圖3為BK1+028處測線1和測線2的地質(zhì)雷達探測成果圖。

3地質(zhì)雷達預報效果的影響因素

1)在原始數(shù)據(jù)采集過程中，由于隧道掌子面爆破后清渣不干凈凹凸不平，在探測過程中天線與掌子面貼合不夠緊密，可能會造成探測圖像的偏差，從而導致在對圖像進行解釋時無法準確定位不良地質(zhì)體的位置，造成結(jié)果不能實際反映真實地質(zhì)情況。2)在原始數(shù)據(jù)采集過程中，隨身攜帶的手機、對講機，或隧道臺車、挖掘機就在采集工作面附近，這些因素的出現(xiàn)很可能會產(chǎn)生干擾信號，使形成的圖像雜亂無章，從而導致無法辨識有效信號，降低了原始數(shù)據(jù)的有效性和可靠性。3)由于參與人員缺乏相應的知識，在不考慮實際的情況下，僅僅照本宣科按默認內(nèi)置參數(shù)進行數(shù)據(jù)的采集和處理，可能會造成預報結(jié)果不真實或有效性大大降低，甚至造成錯報。

4結(jié)語

地質(zhì)雷達作為一種高效、便捷且快速的超前地質(zhì)預報手段，對探明掌子面前方不良地質(zhì)體如斷層、含水帶、裂隙破碎帶、溶洞等的分布狀況有良好的效果，且能夠做到當天預報，當天出結(jié)果，是及時指導施工、保證隧道安全的關(guān)鍵所在。為了增加超前地質(zhì)預報的精確度，在進行數(shù)據(jù)采集時要盡量減少外界的干擾，并根據(jù)實際情況合理選擇儀器的參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理時要正確使用分析軟件，并在解釋過程中要結(jié)合隧道掌子面描述［6］，進行反復的研究，從而提高量化處理的水平得到有效、精確的預報結(jié)論。

參考文獻:

［1］杜添．基于地質(zhì)雷達的米倉山隧道超前地質(zhì)預報應用研究［D］．成都:西南石油大學，2017．

［2］楊軍．敘大鐵路巖溶隧道超前地質(zhì)預報方法及工程應用［D］．成都:成都理工大學，2012．

［3］關(guān)義柱．廣樂高速英德段隧道施工超前地質(zhì)預報的應用研究［D］．成都:西南交通大學，2013．

［4］王先義，趙歡，黃華東．地質(zhì)雷達探測原理及在工程中的應用［J］．安徽建筑，2013，20(3):108-110．

［5］夏才初，潘國榮．土木工程監(jiān)測技術(shù)［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001．

［6］牟友兵，王智文．地質(zhì)雷達在隧道超前地質(zhì)預報中的研究與應用［J］．江西建材，2016(3):195-197．

作者：董昌帥 葛顏慧 劉友博 單位：山東交通學院