劉友 康星

摘 要：巖溶的超前探測(cè)對(duì)可溶巖地區(qū)隧道施工意義重大。地質(zhì)雷達(dá)法是一種快速高效、分辨率高、成本低的超前探測(cè)方法，非常適合于巖溶的超前探測(cè)。本文主要介紹了地質(zhì)雷達(dá)的基本原理，地質(zhì)雷達(dá)超前探測(cè)方法，以及在地質(zhì)雷達(dá)法在中冕公路小相嶺隧道施工巖溶超前探測(cè)中的應(yīng)用效果分析，以期為今后該地區(qū)類似地質(zhì)條件的隧道巖溶探測(cè)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá);超前探測(cè);巖溶

中圖分類號(hào)：U452.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

在碳酸鹽巖等可溶巖發(fā)育的地區(qū)，巖溶是隧道建設(shè)最大的風(fēng)險(xiǎn)源?，F(xiàn)有的技術(shù)手段在地勘階段對(duì)隧道穿越地層的圍巖狀況難以作出準(zhǔn)確全面的評(píng)價(jià)。隧道掌子面前方是否發(fā)育巖溶的不確定性，一旦鉆遇巖溶，極易引起突泥、涌水、塌方等災(zāi)害，對(duì)施工安全、質(zhì)量、工期等均會(huì)造成不同程度的影響。因此，巖溶的超前探測(cè)對(duì)可溶巖發(fā)育地區(qū)的隧道施工具有十分重要的指導(dǎo)意義。

地質(zhì)雷達(dá)作為一種成熟的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段，具有分辨率高、掃描速度快、圖像直觀便于解譯等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各類不良地質(zhì)體的預(yù)報(bào)當(dāng)中[1]。近年來(lái)，地質(zhì)雷達(dá)在巖溶隧道超前探測(cè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，取得了良好的應(yīng)用效果，積累了大量的工程經(jīng)驗(yàn)[2-4]。無(wú)論是填充型巖溶還是空溶腔，由于溶腔內(nèi)的物質(zhì)與周圍圍巖存在明顯的物性差異，在溶腔輪廓面處電磁波均有強(qiáng)烈反射，因此地質(zhì)雷達(dá)法非常適合于巖溶的超前探測(cè)。在前期中長(zhǎng)距離物探預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，通過地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)物探異常區(qū)段進(jìn)行短距離超前探測(cè)，進(jìn)一步確定異常體的大小及空間展布特征，結(jié)合已開挖段落的巖性特征，對(duì)異常進(jìn)行綜合判斷解譯，必要時(shí)再增加超前鉆孔，可對(duì)掌子面前方巖溶作出較為全面的預(yù)報(bào)，為隧道施工提供必要的參考信息。

本文主要介紹了地質(zhì)雷達(dá)的基本原理，地質(zhì)雷達(dá)超前探測(cè)方法，以及在中冕公路小相嶺隧道施工巖溶超前探測(cè)中的應(yīng)用效果。

1 地質(zhì)雷達(dá)的基本原理

地質(zhì)雷達(dá)是一種利用高頻脈沖電磁波來(lái)探測(cè)目標(biāo)地質(zhì)體位置及展布特性的地球物理方法，其探測(cè)原理如圖1所示。由發(fā)射天線向掌子面前方發(fā)射高頻脈沖電磁波，經(jīng)地質(zhì)異常體或巖性界面等反射，再由接收天線接收反射電磁波信號(hào)，再經(jīng)后期專業(yè)軟件處理分析，即可了解掌子面前方地質(zhì)異常體的位置及展布特征。

地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行超前探測(cè)的先決條件是目標(biāo)地質(zhì)體（地質(zhì)異常體）與周圍圍巖存在介電常數(shù)的差異，介電常數(shù)差異越大，反射波信號(hào)越強(qiáng)，信噪比越高，探測(cè)效果越理想。無(wú)論是空溶腔還是填充性溶腔，溶腔內(nèi)外均存在較大的介電常數(shù)差異，當(dāng)填充物含水時(shí)，這種差異更為明顯，探測(cè)效果更好。

2 地質(zhì)雷達(dá)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作方法

2.1 現(xiàn)場(chǎng)采集參數(shù)設(shè)定

地質(zhì)雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的設(shè)定直接關(guān)系到數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量，對(duì)后期數(shù)據(jù)處理和分析有重要的影響。結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，地質(zhì)雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)采集采用美國(guó)勞雷SIR-400主機(jī)，100 MHz頻率的屏蔽天線，采樣點(diǎn)數(shù)1 024點(diǎn)/道，采樣時(shí)窗600 ns，介電常數(shù)取7，探測(cè)距離約30 m。

2.2 測(cè)線布設(shè)方式

地質(zhì)雷達(dá)法超前預(yù)報(bào)的測(cè)線布設(shè)一般采用水平方式，探測(cè)時(shí)保證天線與掌子面密貼，探測(cè)方向水平向前，宜采用點(diǎn)測(cè)方式，道間距約20 cm，若推測(cè)掌子面前方地質(zhì)情況復(fù)雜，可增加水平測(cè)線數(shù)量，或采用“井”字形的測(cè)線布設(shè)方式。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

3.1 隧道概況

小相嶺隧道位于涼山彝族自治州北部喜德縣以北的喜德、越西兩縣交界的小山一帶。為二級(jí)公路，長(zhǎng)3 426 m，屬特長(zhǎng)公路隧道。設(shè)平行導(dǎo)洞一座，長(zhǎng)3 383 m。據(jù)地勘資料，隧道穿越地層巖性主要為砂巖、粉砂巖、泥巖、頁(yè)巖等。隧道穿越地層下伏灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，地表巖溶不甚發(fā)育，多為溶隙、溶孔。

3.2 超前探測(cè)情況

中冕中路小相嶺隧道K20+350掌子面為震旦統(tǒng)燈影組白云質(zhì)灰?guī)r，淺灰色，厚層狀結(jié)構(gòu)，弱風(fēng)化，圍巖較完整，巖體堅(jiān)硬，左側(cè)拱腰節(jié)理裂隙稍發(fā)育，少量泥質(zhì)充填，掌子面干燥。圍巖等級(jí)為Ⅲ級(jí)。其超前探測(cè)地質(zhì)雷達(dá)成果如圖2所示。

據(jù)設(shè)計(jì)文件，掌子面前方30 m巖性均為白云質(zhì)灰?guī)r，Ⅲ級(jí)圍巖。

由雷達(dá)圖像結(jié)合掌子面圍巖情況，掌子面前方2 m～7 m（K20+352～ K20+357）范圍從掌子面左側(cè)至右側(cè)有一組較為連續(xù)的反射同向軸，推測(cè)為溶蝕裂隙，右側(cè)反射能量強(qiáng)，有多組反射波信號(hào)，推測(cè)裂隙更為發(fā)育，且可能含裂隙水。掌子面前方11 m～18 m（K20+361～ K20+368）范圍內(nèi)反射波同相軸連續(xù)，能量強(qiáng)，推測(cè)為充填型溶蝕溶腔，溶腔內(nèi)部含水或泥質(zhì)，且極可能有水壓。以上兩組溶蝕通道在隧道右側(cè)界限外可能連通。

根據(jù)以上探測(cè)成果，我單位建議增加超前地質(zhì)鉆孔進(jìn)一步探明掌子面前方地質(zhì)情況。我單位在掌子面中部施做超前鉆孔。鉆孔資料顯示，當(dāng)鉆至掌子面前方4.8 m（K20+354.8）時(shí)，鉆遇夾泥破碎帶。鉆至掌子面前方11.4 m（K20+361.4）時(shí)，鉆頭突進(jìn)，有承壓水涌出，夾大量泥質(zhì)。以上情況基本印證了地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果。

后經(jīng)開挖驗(yàn)證，掌子面2 m～7 m（K20+352～ K20+357）

為溶蝕裂隙，夾泥質(zhì)。掌子面前方11 m～18 m（K20+361～ K20+368）為溶蝕溶腔，泥質(zhì)、塊石充填，含承壓水。開挖結(jié)果與超前探測(cè)結(jié)果基本一致。

4 結(jié)論與分析

（1）地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)于巖溶超前探測(cè)有較好的效果，但地質(zhì)雷達(dá)法屬于物探方法，是一種間接探測(cè)方式，結(jié)果解譯一定要結(jié)合地質(zhì)資料，以地質(zhì)資料作為成果解譯的基礎(chǔ);

（2）地質(zhì)雷達(dá)法存在多解性，必要時(shí)要采用多種預(yù)報(bào)手段相結(jié)合的方式綜合分析，才能較為準(zhǔn)確預(yù)報(bào)掌子面前方的地質(zhì)情況;

（3）地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)不良地質(zhì)體具體位置的探測(cè)可能存在一定誤差，這是因?yàn)榈貙訃鷰r的介電常數(shù)隨巖性變化而變化，準(zhǔn)確取值較為困難，所以地質(zhì)雷達(dá)法提供的不良地質(zhì)體的里程樁號(hào)難免存在一定偏差。

參考文獻(xiàn)：

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