文/劉勝紅 云南省公投工程檢測有限公司 云南昆明 650000

隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，高速公路和鐵路在交通運輸建設(shè)中的地位越來越高，這也帶動了隧道工程建設(shè)的發(fā)展。隧道建設(shè)質(zhì)量安全保障是隧道工程中非常注重的環(huán)節(jié)，為此，需要利用超前探測技術(shù)對隧道地質(zhì)進行探測分析。目前常用的超前地質(zhì)預(yù)報方法有紅外探水、探地雷達、TSP隧道超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)、瞬變電磁法、地質(zhì)分析預(yù)報法等。探地雷達在地質(zhì)探測中具有很好的探測效果，有著快速、高效、精確、實時成像等優(yōu)點，是非常有發(fā)展前景的探測技術(shù)。在對隧道進洞淺埋段進行超前探測時，探地雷達是比較理想的技術(shù)。

1、探地雷達的探測原理

探地雷達方法是利用發(fā)射天線向地下介質(zhì)發(fā)射廣譜、高頻電磁波，當電磁波遇到電性（介電常數(shù)、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率）差異界面時將發(fā)生折射和反射現(xiàn)象，同時介質(zhì)對傳播的電磁波也會產(chǎn)生吸收、濾波和散射作用。用接收天線接收來自地下的反射波并做記錄，采用相應(yīng)的雷達信號處理軟件進行數(shù)據(jù)處理，然后根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)圖像結(jié)合工程地質(zhì)及地球物理特征進行推斷解釋，對掌子面前方的工程地質(zhì)情況（圍巖性質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、圍巖完整性、地下水和溶洞等情況）做出預(yù)測。

2、探地雷達的參數(shù)

探地雷達主要采用高頻率、短脈沖、寬頻帶、高速度進行采樣工作。儀器配置有主機、天線、電池波發(fā)射機、電池波接收機、計算機、電池等。以美國GSSI-3000型雷達為例，其主要技術(shù)指標為：

2.1 主機

量程:50～2975ns；發(fā)射脈沖重復(fù)頻率:115kHz；掃描速度:56次/s；采樣:128，256，512點/s；增益控制范圍:0～80dB；動態(tài)范圍:128dB；濾波:用戶可選；檢測模式:連續(xù)；轉(zhuǎn)換:16位；數(shù)據(jù)傳輸:以太網(wǎng)接口；輸入電源:12V；充電電池：10.5～13V；電池容量:6.5Ah；消耗電流:0.7A；尺寸:35cm×30cm×5.5cm；重量:3.0kg。

2.2 天線

天線采用的是100MHz屏蔽天線。類型:藕極，空氣耦合；發(fā)射器輸出:200V；接收器敏感性:50mV；探測深度:20m(75M)；尺寸:95cm×12cm×4cm；重量:2～7kg。

2.3 軟件

軟件具有采集和分析功能，同探測雷達系統(tǒng)相匹配。

3、工程實例

以荷包沖1號隧道作為地質(zhì)雷達超前探測的地點。該隧道洞口段埋深較淺，地形比較平緩，洞頂邊仰坡多處裂縫，截水溝局部存在破損。隧址區(qū)主要巖性為灰?guī)r，淺埋段巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育，強風化，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄～中厚層狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)面間為黏土充填，掌子面潮濕，局部位置滲水，巖體完整性差、自穩(wěn)能力弱。

3.1 探測過程

探地雷達在對隧道口進行超前探測時，多采用“兩橫兩豎”或“一橫三豎”的布線方式。在對荷包沖1號隧道進行探測時，布線要盡可能靠近掌子面圓心位置。結(jié)合現(xiàn)場施工和檢測條件，一般在最長的測線上對隧道圍巖進行數(shù)據(jù)采集，為后期分析中發(fā)現(xiàn)異常問題提供便利。

在對掌子面進行探測時，盡量保持掌子面的平整，給天線的移動提供平穩(wěn)的條件，否則會導(dǎo)致信號出現(xiàn)異常。對于采集中出現(xiàn)的干擾信號如金屬器件、?？寇囕v等反射的信號做好記錄，否則會被認為是探測到的地質(zhì)異常體。

雷達發(fā)射的電磁波會被介質(zhì)反射回來，雷達接收后在可對其進行處理分析，最后以脈沖反射波形顯示出來。隧道內(nèi)的復(fù)雜環(huán)境和各種干擾導(dǎo)致電磁波被反射和吸收的程度不同，天線接收后的電磁波形比較雜亂，振幅也降低。此時不易直接判斷掌子面前方的地質(zhì)情況，需要進行濾波和去噪等處理，最后得到地質(zhì)雷達的測線剖面圖。

3.2 探測結(jié)果分析

通過地質(zhì)雷達的探測，結(jié)合測線剖面解譯成果和地勘資料可知：距掌子面0.8～2m范圍的電磁波反射同相軸錯斷、振幅強、頻率中等，推測該段落受開挖擾動影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，為開挖擾動區(qū)；距掌子面2～4m范圍的電磁波反射同相軸較連續(xù)、振幅較弱、頻率中等，推測該段落巖體節(jié)理、裂隙較發(fā)育，完整性較差，具有一定自穩(wěn)能力；距掌子面4～5.5m范圍的電磁波反射同相軸錯斷、振幅很強、頻率中等偏低，推測此處溶蝕裂隙、巖溶發(fā)育，頻率偏低表明溶蝕裂隙或溶洞為黏土充填；距掌子面6m～20米范圍的電磁波反射同相軸基本連續(xù)、振幅較弱、頻率中等，說明本段落圍巖完整性較好，局部發(fā)育節(jié)理、裂隙，開挖后支護不及時可能出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象。

3.3 工程措施建議

從地質(zhì)雷達探測結(jié)果分析，進口處的截水溝和洞頂邊仰坡都已經(jīng)出現(xiàn)開裂和局部破壞。應(yīng)對地表截水溝進行修復(fù)，同時新增排水溝；洞頂邊仰坡出現(xiàn)的裂縫應(yīng)在施工過程中進行加固和修補，建議對淺埋破碎帶地表巖土體進行地表注漿加固，讓淺埋段圍巖的穩(wěn)定性得到提高。對于局部滲水區(qū)段，在掘進過程中，可以采用縮小鋼拱架間距的處理措施，增強初期支護的承載能力。對于巖體裂隙發(fā)育地段，應(yīng)在拱腳加設(shè)鎖腳錨桿，增強拱架間縱向連接鋼筋，并嚴格按照設(shè)計施作超前支護。

結(jié)語：

地質(zhì)雷達探測技術(shù)對隧道超前探測中具有重要的作用，能夠?qū)π枰綔y地段的地質(zhì)構(gòu)造做出定性的判斷，結(jié)合單位工程的設(shè)計及勘察資料綜合進行解譯，更容易排查隧道施工過程中易出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)雷達探測技術(shù)成本較低、易操作、干擾小，是現(xiàn)階段隧道工程超前探測應(yīng)用中比較理想的探測方法。但這項探測技術(shù)受到環(huán)境和操作技術(shù)水平的影響較大，依然需要在實踐中不斷創(chuàng)新，為隧道的超前探測提供可靠的數(shù)據(jù)，為工程施工安全提供有力的參考。