隧道工程地質(zhì)雷達(dá)檢測分析

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【摘要】通過實(shí)際工程應(yīng)用，介紹地質(zhì)雷達(dá)的特點(diǎn)、原理和探測解析方法；在隧道工程的超前地質(zhì)探測預(yù)報以及隧道結(jié)構(gòu)檢測的應(yīng)用中，證明了地質(zhì)雷達(dá)的實(shí)用性、先進(jìn)性及其實(shí)際應(yīng)用中的重要作用。

【關(guān)鍵詞】公路隧道；地質(zhì)雷達(dá)；檢測；超前預(yù)報；應(yīng)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(shè)。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(shè)計(jì)標(biāo)高30.353m，惠來端洞門采用削竹式，洞口設(shè)計(jì)標(biāo)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(shè)計(jì)標(biāo)高30.493m，惠來端洞門采用削竹式，洞口設(shè)計(jì)標(biāo)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(qiáng)風(fēng)巖組成，基巖由中~微風(fēng)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(fēng)化巖的風(fēng)化裂隙。

2、地質(zhì)雷達(dá)的發(fā)展及其應(yīng)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(shí)際工程當(dāng)中經(jīng)常使用的電磁波法就是地質(zhì)雷達(dá)，隧道地震探測儀比較適合遠(yuǎn)距離宏觀的地質(zhì)問題探測；并且地質(zhì)雷達(dá)方法可以結(jié)合高頻電磁波而進(jìn)行非?？斓臒o損傷探測，因此頻段非常高的話可以在隧道結(jié)構(gòu)當(dāng)中進(jìn)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(dāng)中也遇到了很多復(fù)雜的工程地質(zhì)條件。雖然說在設(shè)計(jì)以前都作了非常詳細(xì)地質(zhì)勘察，但是在隧道實(shí)際的開挖施工當(dāng)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(dāng)中的圍巖穩(wěn)定性狀況以及一些掌子面前方的實(shí)際情況，并且做出及時地超前預(yù)報。當(dāng)隧道發(fā)生一些事故或者竣工以后，應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)行的規(guī)范上面要求以及隧道本身的結(jié)構(gòu)特性，不但應(yīng)該在隧道的表面進(jìn)行觀測以及凈空斷面進(jìn)行測量，需要的時候還應(yīng)該采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行一些更深入的檢測，例如圍巖的密實(shí)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(yīng)的完整性以及襯砌有效厚度等等。經(jīng)過實(shí)際的情況可以證明，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)可以在隧道的施工當(dāng)中作出非常詳細(xì)的超前地質(zhì)預(yù)報?，F(xiàn)在，地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了單點(diǎn)探測以及連續(xù)探測的實(shí)時自動成圖。而國外的國家探地雷達(dá)基本上是單脈沖雷達(dá)，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(dá)，結(jié)合地下工程的超前預(yù)報的特點(diǎn)，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(dá)到40到60米，可以很好地適應(yīng)超前地質(zhì)預(yù)報以及部分的工程檢測。

3、探測的原理以及方法

結(jié)合設(shè)計(jì)的圖紙以及設(shè)計(jì)的任務(wù)書按照規(guī)定進(jìn)行開展地質(zhì)超前預(yù)報的工作，其預(yù)測應(yīng)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(jìn)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(jìn)行探測，對隧道圍巖的級別進(jìn)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(shè)計(jì)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(jìn)行服務(wù)。本次的地質(zhì)預(yù)報使用的是地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)，運(yùn)用了空氣耦合型100兆赫茲的天線，結(jié)合探測的前方巖石的特點(diǎn)以及現(xiàn)場施工的條件，對距離30米左右進(jìn)行詳細(xì)地探測。而這次預(yù)報的工作面位于ZK19+735里處的地方，使用一些點(diǎn)測的方式，使用一系列的方法對工作面的正前方進(jìn)行詳細(xì)地預(yù)測。

4、數(shù)據(jù)的處理以及得出來的結(jié)果

對實(shí)際測量出來的資料用一系列的軟件進(jìn)行處理分析，再結(jié)合現(xiàn)場的巖性所具體的實(shí)際情況，選擇一個比較適合的相對介電常數(shù)，進(jìn)而得出來一些成果，在成果的解釋當(dāng)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(yīng)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(qiáng)波反射波組出現(xiàn)的話，就應(yīng)該是巖層巖性變好的一個表現(xiàn)，結(jié)合反射波反射強(qiáng)度的實(shí)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(dá)數(shù)據(jù)處理結(jié)果并結(jié)合地質(zhì)資料分析得出以下預(yù)報結(jié)果：（1）掌子面為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，上方自穩(wěn)能力差，中部伴隨嚴(yán)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(qiáng)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(yīng)為IV級。依據(jù)結(jié)果給出的建議：（1）ZK19+735掌子面圍巖為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，自穩(wěn)能力差，局部潮濕明顯，中部掉塊嚴(yán)重，應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)尺，加強(qiáng)支護(hù)，預(yù)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(yán)格控制進(jìn)尺，及時做好初期支護(hù)工作并保證強(qiáng)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(yán)格控制進(jìn)尺，及時做好初期支護(hù)工作并保證強(qiáng)度，防止掉塊與坍塌，同時做好排水工作。

5、結(jié)束語

地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程施工或者是后期的運(yùn)營過程當(dāng)中，可以很好地對工程的質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)地檢測，可以更嚴(yán)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(dá)在對介質(zhì)參數(shù)的探測當(dāng)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(dá)在隧道工程檢測當(dāng)中一定有一個非常重要的角色。綜上所述，應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)在地質(zhì)超前預(yù)報當(dāng)中可以精準(zhǔn)地探測預(yù)報隧道施工當(dāng)中危害的工程施工安全的相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害。而地質(zhì)雷達(dá)可以探測出來隧道的結(jié)構(gòu)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(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司