地質(zhì)雷達(dá)在高速公路隧道裂隙水探測(cè)中的應(yīng)用

王 進(jìn) 泉

(中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410117)

地質(zhì)雷達(dá)在高速公路隧道裂隙水探測(cè)中的應(yīng)用

王 進(jìn) 泉

(中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410117)

介紹了地質(zhì)雷達(dá)的作用及特點(diǎn)，結(jié)合昌寧高速雩山隧道地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)成果，闡述了地質(zhì)雷達(dá)的工作原理及實(shí)際探水情況，結(jié)果表明昌寧高速雩山隧道地下水發(fā)育，多處存在裂隙水，施工難度較大。

地質(zhì)雷達(dá)，高速公路，隧道，裂隙水

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，各種基礎(chǔ)設(shè)施迎來了建設(shè)的高峰期，并且我國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家，對(duì)于隧道的需求越來越大。在隧道的施工中也暴露出越來越多的工程地質(zhì)問題，如隧道的塌方、突涌水等。隧道出現(xiàn)的這些地質(zhì)災(zāi)害往往給隧道施工帶來巨大的隱患和危險(xiǎn)，而水害則是隧道施工中最常見的一種地質(zhì)災(zāi)害。

對(duì)于地下水的超前預(yù)報(bào)，可采用的方法也較多。目前多采用的方法有TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，地質(zhì)雷達(dá)、瞬變電磁的方法。地質(zhì)雷達(dá)作為一種短距離的探測(cè)方法，其同其他方法相比具有探測(cè)方便，探測(cè)精度高等特點(diǎn)。目前地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)得到了巨大的發(fā)展，成為最好的探水方法之一，已廣泛應(yīng)用于地下水的探測(cè)中。本文根據(jù)昌寧高速雩山隧道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，針對(duì)多個(gè)洞段存在滲漏水的情況，開展地質(zhì)雷達(dá)超前探水，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，地質(zhì)雷達(dá)是一種有效探測(cè)地下水的方法，可起到指導(dǎo)施工的作用。

1 探地雷達(dá)的工作原理

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是當(dāng)今國(guó)際上最先進(jìn)的地球物理勘探手段之一，具有儀器便攜、無損探測(cè)等特點(diǎn)。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的基本原理如圖1所示。由發(fā)射天線發(fā)出的短脈沖電磁波進(jìn)入探測(cè)巖體內(nèi)，電磁波遇到介電常數(shù)差異體，會(huì)產(chǎn)生反射波。產(chǎn)生的反射波被接收天線接收后，再經(jīng)過相應(yīng)的處理，形成地質(zhì)雷達(dá)解譯偽彩色圖。通過對(duì)解譯圖的分析就可以判斷地下異常體的性質(zhì)。

2 地質(zhì)雷達(dá)探水原則

地質(zhì)雷達(dá)探水的基本原則主要利用介質(zhì)之間介電常數(shù)的差異性來進(jìn)行探測(cè)。一般巖石的介電常數(shù)為8左右，而水的介電常數(shù)為81，所以在探測(cè)時(shí)遇到水會(huì)表現(xiàn)為明顯的強(qiáng)反射。探水的原則可總結(jié)為以下幾點(diǎn)：1)巖石和水的介電常數(shù)差異很大，表現(xiàn)為明顯的強(qiáng)反射。2)在反射界面上發(fā)生相位反轉(zhuǎn)，相位相反。3)電磁波通過含水體后，能量衰減大，高頻成分衰減的更明顯。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

雩山隧道為一分離式隧道，隧道長(zhǎng)度為5 420 m，凈空寬×高為10.75 m×5 m。隧道地形地貌為中低山丘陵地貌，隧道洞身最高點(diǎn)高程約1 160 m，地形起伏大，山勢(shì)較陡峻，隧道進(jìn)出洞口地形較陡，植被發(fā)育，出洞口風(fēng)化層厚。該隧道區(qū)內(nèi)地表沖溝常年流水，水量較豐富，受季節(jié)影響大。

根據(jù)隧道區(qū)內(nèi)的地形地貌和水文地質(zhì)條件，區(qū)內(nèi)地下水主要為構(gòu)造裂隙水，主要接受大氣降水垂直向下滲透補(bǔ)給，水文地質(zhì)條件較復(fù)雜。據(jù)鉆孔揭露隧道區(qū)內(nèi)鉆孔水位在鉆進(jìn)過程中變化較大，故隧道區(qū)內(nèi)地下水主要沿節(jié)理裂隙運(yùn)動(dòng)，連通性較好。區(qū)內(nèi)地下水一般沿基巖裂隙、構(gòu)造破碎帶等在地勢(shì)低洼處排泄。

3.2 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)及參數(shù)設(shè)置

雩山隧道開挖至YK191+613時(shí)，隧道掌子面出現(xiàn)多個(gè)滲水點(diǎn)，為探查掌子面前方的含水情況，采用美國(guó)SIR 3000地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行了超前探水。雷達(dá)主要參數(shù)設(shè)置如下：采用100 MHz雷達(dá)屏蔽天線，采樣窗口長(zhǎng)度可達(dá)400 ns，有效探測(cè)深度20 m，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量采用連續(xù)測(cè)量。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

由于巖體結(jié)構(gòu)對(duì)地質(zhì)雷達(dá)電磁波的影響較大，在現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)結(jié)束之后，需要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，以減少干擾對(duì)現(xiàn)場(chǎng)正確識(shí)別的影響，處理后的雷達(dá)解譯偽彩色圖如圖2所示。

從圖2可以看出，在掌子面前方8 m和18 m出現(xiàn)兩處強(qiáng)反射，相位發(fā)生反轉(zhuǎn)，能量衰減快，初步判斷這兩處為裂隙富水帶。實(shí)際開挖后出現(xiàn)股流水，邊墻出現(xiàn)不同程度的滲水。可見預(yù)報(bào)情況和實(shí)際出水情況較吻合。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)昌寧高速雩山隧道多次地質(zhì)雷達(dá)裂隙水的現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1)地質(zhì)雷達(dá)是一種有效的短距離超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，可有效的預(yù)報(bào)掌子面前方的不良地質(zhì)，從而保證隧道的安全施工。

2)地質(zhì)雷達(dá)在裂隙水探測(cè)中表現(xiàn)的反射信號(hào)為很強(qiáng)的正反射，波形的振幅發(fā)生反轉(zhuǎn)，其富水巖體對(duì)地震波的能量有很強(qiáng)的吸收作用，強(qiáng)度衰減快。

3)地質(zhì)雷達(dá)在現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)過程中受施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響較大，特別是有大型的金屬。為保證地質(zhì)雷達(dá)在裂隙水探測(cè)中的精度，建議在探測(cè)過程中，需將掌子面附近的臺(tái)車至少移出30 m遠(yuǎn)。

[1] 李大心.探地雷達(dá)方法與應(yīng)用[M].北京：地質(zhì)出版社，1994.

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Application of geological radar in highway tunnel groundwater detection

Wang Jinquan

(ChinaRailwayNo.5BureauGroup,theFirstEngineeringCo.,Ltd,Changsha410117,China)

The paper introduces roles and features of geological radar, describes its working principles and actual water detecting conditions by combining with geological radar detection achievement of Chang-Ning highway Yushan tunnel. Results show that: there exists much fissure water and construction difficulty in Chang-Ning highway Yushan tunnel groundwater development.

geological radar, highway, tunnel, fissure water

2015-05-29

王進(jìn)泉(1985- )，男，工程師

1009-6825(2015)22-0178-02

TU195

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