溫永華，鄧 超

(1.江西交苑公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中心;2.江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

1 工程概況

贛州至大余高速公路(三益至梅關(guān)段)總長58.494km，是江西省進(jìn)入廣東的又一通道。路線起源于南康市三益，途經(jīng)鄧坑里、寨背、新棚下、鵝灣里、石灰窯下、王貴棚下、壕塘、龍珠園、梅山村洋坑，設(shè)置隧道穿越大梅關(guān)進(jìn)入南雄市梅嶺鎮(zhèn)紅梅村與韶關(guān)路段連通。路線基本呈北東走向，沿章江大致平行延伸，雙向四車道，路基寬度26.0m，瀝青混凝土、水泥混凝土路面。車?yán)锼淼朗且蛔舷滦蟹蛛x的四車道高速公路中隧道。隧道左線里程樁號(hào)為K44+645～K45+283，長638m:右線里程樁號(hào)為K44+660～K45+316，長656m。隧道區(qū)處于由震旦系砂質(zhì)板巖構(gòu)成的構(gòu)造剝蝕低山區(qū)，隧道進(jìn)、出洞口皆位于山腰地帶。隧道通過地段地層結(jié)構(gòu)簡單，表層均為第四系全新統(tǒng)殘坡積碎石土，下部為震旦系(Z12)千枚狀板巖及寒武系(∈lnj)砂質(zhì)板巖組成。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育。

2 地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法及原理

地質(zhì)雷達(dá)電磁波技術(shù)其原理是利用高頻電磁波(主頻為數(shù)百兆赫茲)以寬頻帶短脈沖的形式，在隧道掌子面通過發(fā)射天線傳播到掌子面前方圍巖內(nèi)部，經(jīng)過不同的層面(或目的體)反射后返回至掌子面，被接收天線所接收，并將接收到的信號(hào)經(jīng)過數(shù)字處理，形成直觀的圖象顯示出來。這些數(shù)字信號(hào)和圖象同時(shí)儲(chǔ)存在雷達(dá)主機(jī)中，再通過傳輸卡或磁帶機(jī)將雷達(dá)主機(jī)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，利用計(jì)算機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行分析、處理，從而判斷掌子面前方圍巖分布情況。本次超前預(yù)報(bào)就是利用地質(zhì)雷達(dá)電磁波技術(shù)確定地下介質(zhì)分布情況。其工作原理如圖1所示。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理圖

脈沖波的行程為:

式中:t為 脈沖波走時(shí)(ns，1ns=10-9s);z為反射體深度，m;x為T與R的距離，m;v為雷達(dá)脈沖波速，m/ns。

目的層深度的計(jì)算式為:

相對(duì)于探地雷達(dá)所用的高頻電磁脈沖而言，巖石介質(zhì)是以位移電流為主的低損耗介質(zhì)。在這類介質(zhì)中，反射系數(shù)和波速主要取決于介電常數(shù)

式中:“r”為反射系數(shù)，“ν”為速度，“ε”為相對(duì)介電常數(shù)，“с”為光速常數(shù)，下角標(biāo)“1、2”分別表示上、下介質(zhì)。空氣的相對(duì)介電常數(shù)為1，水的相對(duì)介電常數(shù)為81，水泥及巖石的相對(duì)介電常數(shù)為幾到十幾。

3 短程跟進(jìn)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)步驟

3.1 設(shè)置雷達(dá)參數(shù)

雷達(dá)天線使用低頻100MHz天線，探測(cè)范圍10m左右，一般采用連續(xù)測(cè)量，由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，該次采用點(diǎn)測(cè)，點(diǎn)距離為0.5～2m;時(shí)窗w=400ns。

3.2 布設(shè)測(cè)線

使用地質(zhì)雷達(dá)作超前預(yù)報(bào)時(shí)，以掌子面前方為探測(cè)目標(biāo)，以拱頂為中心，車?yán)锼淼烙揖€進(jìn)口K44+789測(cè)線的具體布置見圖2所示。

圖2 雷達(dá)測(cè)線布置示意圖

3.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用美國GSSI公司開發(fā)的RADAN3探地雷達(dá)處理解釋軟件。

3.4 提供地質(zhì)預(yù)報(bào)信息

根據(jù)雷達(dá)探測(cè)剖面圖，如圖3所示。在掌子面前方10m范圍內(nèi):反射雜亂，同相軸不連續(xù)(在2.5～5.0m處同相軸連續(xù)性很差)，振幅較強(qiáng)，無明顯界面。

圖3 雷達(dá)圖像

4 結(jié)束語

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果，并結(jié)合掌子面的情況，推測(cè)掌子面前方10m范圍內(nèi)地質(zhì)情況為:圍巖節(jié)理發(fā)育，較為破碎，局部富水，圍巖初步定為Ⅳ級(jí)。

［1］陳建峰.隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)比較［J］.地下空間，2003，(1).

［2］李勇，孫喜峰，李廷.隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法［J］.地質(zhì)與資源，2004，(2).