地質雷達在高速公路隧道裂隙水探測中的應用

王 進 泉

(中鐵五局集團第一工程有限責任公司，湖南 長沙 410117)

地質雷達在高速公路隧道裂隙水探測中的應用

王 進 泉

(中鐵五局集團第一工程有限責任公司，湖南 長沙 410117)

介紹了地質雷達的作用及特點，結合昌寧高速雩山隧道地質雷達探測成果，闡述了地質雷達的工作原理及實際探水情況，結果表明昌寧高速雩山隧道地下水發育，多處存在裂隙水，施工難度較大。

地質雷達，高速公路，隧道，裂隙水

隨著我國經濟和社會的快速發展，各種基礎設施迎來了建設的高峰期，并且我國是一個多山的國家，對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問題，如隧道的塌方、突涌水等。隧道出現的這些地質災害往往給隧道施工帶來巨大的隱患和危險，而水害則是隧道施工中最常見的一種地質災害。

對于地下水的超前預報，可采用的方法也較多。目前多采用的方法有TSP超前地質預報，地質雷達、瞬變電磁的方法。地質雷達作為一種短距離的探測方法，其同其他方法相比具有探測方便，探測精度高等特點。目前地質雷達技術得到了巨大的發展，成為最好的探水方法之一，已廣泛應用于地下水的探測中。本文根據昌寧高速雩山隧道現場實際情況，針對多個洞段存在滲漏水的情況，開展地質雷達超前探水，現場應用結果表明，地質雷達是一種有效探測地下水的方法，可起到指導施工的作用。

1 探地雷達的工作原理

地質雷達技術是當今國際上最先進的地球物理勘探手段之一，具有儀器便攜、無損探測等特點。地質雷達探測的基本原理如圖1所示。由發射天線發出的短脈沖電磁波進入探測巖體內，電磁波遇到介電常數差異體，會產生反射波。產生的反射波被接收天線接收后，再經過相應的處理，形成地質雷達解譯偽彩色圖。通過對解譯圖的分析就可以判斷地下異常體的性質。

2 地質雷達探水原則

地質雷達探水的基本原則主要利用介質之間介電常數的差異性來進行探測。一般巖石的介電常數為8左右，而水的介電常數為81，所以在探測時遇到水會表現為明顯的強反射。探水的原則可總結為以下幾點：1)巖石和水的介電常數差異很大，表現為明顯的強反射。2)在反射界面上發生相位反轉，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 工程應用

3.1 工程概況

雩山隧道為一分離式隧道，隧道長度為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，隧道洞身最高點高程約1 160 m，地形起伏大，山勢較陡峻，隧道進出洞口地形較陡，植被發育，出洞口風化層厚。該隧道區內地表沖溝常年流水，水量較豐富，受季節影響大。

根據隧道區內的地形地貌和水文地質條件，區內地下水主要為構造裂隙水，主要接受大氣降水垂直向下滲透補給，水文地質條件較復雜。據鉆孔揭露隧道區內鉆孔水位在鉆進過程中變化較大，故隧道區內地下水主要沿節理裂隙運動，連通性較好。區內地下水一般沿基巖裂隙、構造破碎帶等在地勢低洼處排泄。

3.2 地質雷達探測及參數設置

雩山隧道開挖至YK191+613時，隧道掌子面出現多個滲水點，為探查掌子面前方的含水情況，采用美國SIR 3000地質雷達進行了超前探水。雷達主要參數設置如下：采用100 MHz雷達屏蔽天線，采樣窗口長度可達400 ns，有效探測深度20 m，現場測量采用連續測量。

3.3 現場應用

由于巖體結構對地質雷達電磁波的影響較大，在現場探測結束之后，需要對采集到的數據進行后處理，以減少干擾對現場正確識別的影響，處理后的雷達解譯偽彩色圖如圖2所示。

從圖2可以看出，在掌子面前方8 m和18 m出現兩處強反射，相位發生反轉，能量衰減快，初步判斷這兩處為裂隙富水帶。實際開挖后出現股流水，邊墻出現不同程度的滲水。可見預報情況和實際出水情況較吻合。

4 結語

本文通過對昌寧高速雩山隧道多次地質雷達裂隙水的現場探測，得出以下幾點結論：

1)地質雷達是一種有效的短距離超前地質預報的方法，可有效的預報掌子面前方的不良地質，從而保證隧道的安全施工。

2)地質雷達在裂隙水探測中表現的反射信號為很強的正反射，波形的振幅發生反轉，其富水巖體對地震波的能量有很強的吸收作用，強度衰減快。

3)地質雷達在現場探測過程中受施工現場環境的影響較大，特別是有大型的金屬。為保證地質雷達在裂隙水探測中的精度，建議在探測過程中，需將掌子面附近的臺車至少移出30 m遠。

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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

王進泉(1985- )，男，工程師

1009-6825(2015)22-0178-02

TU195

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