趙俊杰，李 妮

(1.山西省交通建設工程質(zhì)量檢測中心(有限公司)，山西 太原 030032；2.晉能集團晉華宮礦，山西 大同 037000)

1 地質(zhì)雷達技術(shù)的超前地質(zhì)預報基本原理

在隧道工程建設中，隧道掌子面前方的圍巖情況十分復雜，時常遇到不良地質(zhì)體，如巖溶發(fā)育、斷層破碎和地下水資源富集等，可能會使隧道產(chǎn)生突泥突水、坍塌及巖爆等災害。對此，隧道工程建設初期，通常都會開展地質(zhì)勘察工作，然而，由于受到成本、條件和技術(shù)等方面的限制或影響，地勘結(jié)果可能和實際狀況存在明顯偏差。由此可見，在隧道工程建設中開展超前地質(zhì)預報工作是十分重要且必要的。就目前來看，對基于地質(zhì)雷達技術(shù)的超前地質(zhì)預報工作進行的研究有很多，比如對典型地質(zhì)現(xiàn)象雷達圖像和現(xiàn)場實際情況實施對比，取得了顯著的成果，但對圖像振幅、頻率和地質(zhì)情況之間的關系的分析還有待于進一步深入，怎樣根據(jù)波形圖對地質(zhì)現(xiàn)象進行識別還需要進行完善。

地質(zhì)雷達是由發(fā)射天線向介質(zhì)持續(xù)發(fā)射高頻電磁波，如果發(fā)射出去的電磁波遇到在電性上存在明顯差別的界面，則會產(chǎn)生折射與反射，并且介質(zhì)本身也會對電磁波進行散射、吸收與濾波，此時利用接收天線對反射波進行接收與記錄，并借助專門的處理軟件開展數(shù)據(jù)信息處理，以處理之后的圖像為依據(jù)，并結(jié)合現(xiàn)有的工程地質(zhì)報告和各類地球物理特征等完成推斷解釋，最終對掌子面前方地質(zhì)情況進行準確預測。

2 地質(zhì)雷達技術(shù)的超前地質(zhì)預報方法和步驟

2.1 前期準備

在正式采用地質(zhì)雷達技術(shù)開展探測工作之前，應先對探測場地實施全面清理，使掌子面盡可能保持平整，同時確保周邊環(huán)境對探測的正常開展是有利的，然后對地質(zhì)雷達設備進行安裝與連接，并對其功能進行相應的調(diào)試，以保證各項功能使用正常。做好前期準備工作是確保地質(zhì)雷達預報工作順利完成，并取得理想的探測結(jié)果的關鍵，必須引起相關人員的高度重視，按照相關規(guī)定完成各項準備工作。

2.2 測線布置

在確認現(xiàn)場檢測環(huán)境達到良好，同時地質(zhì)雷達的各項功能均保持正常狀態(tài)以后，方可開始測線布置工作。對于測線布置，其方式可謂多種多樣，但必須嚴格遵循可以探測掌子面前方開挖斷面實際地質(zhì)情況的基本原則，通常在沒有特殊規(guī)定的情況下采用十字形的測線布置方式，也就是將隧道的拱頂作為中心，然后在橫向與豎向分別布置測線；此外還可以采用類似于等號的測線布置方式，按照從左到右和從右到左的方向分別布置測線。無論采用何種測線布置方式，都要注意在圍巖條件相對較差的地方對測線予以適當加密處理，確保測線布置滿足探測基本要求，保證探測結(jié)果的全面性和真實性，為之后的地質(zhì)超前預報奠定良好基礎。

2.3 數(shù)據(jù)采集

在完成了各項前期準備工作并將測線布置完成且通過檢查合格后，方可開始數(shù)據(jù)采集，在實際的數(shù)據(jù)采集過程中，雷達信號主要有三種觸發(fā)方式：第一種為測距輪方式，該方式要求掌子面必須保持光滑和平整，確保測距輪能在掌子面上自由滾動；第二種為時間觸發(fā)方式，即數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以一定時間間隔自動發(fā)出電磁波，同時對發(fā)出的電磁波的反射信號進行采集；第三種為點觸發(fā)方式，即利用電腦鍵盤生成并發(fā)送指令，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收到指令后，工作人員每操作一次鍵盤雷達天線即向外發(fā)射一次電磁波，并采集一次電磁波反射后的數(shù)據(jù)，之后按照固定的間隔距離對屏蔽天線進行移動，采用相同的方式再次采集數(shù)據(jù)。該方式適合開挖掌子面平整度較差且不容易處理的情況。數(shù)據(jù)采集方式的選擇一方面要明確不同采集方式的特點和性質(zhì)，然后充分考慮現(xiàn)場實際情況，保證所選數(shù)據(jù)采集方式的適宜性對數(shù)據(jù)采集準確性和流暢性有重要作用。

2.4 參數(shù)選取

根據(jù)以往工作經(jīng)驗，地質(zhì)雷達以由IDS公司研發(fā)的RIS-K2型最為常用，其主要參數(shù)包括：(1)天線頻率為80 mHz；(2)點之間的距離為0.10 m；(3)

采樣點數(shù)為1 024；(4)時窗為600 ns。具體的疊加次數(shù)、記錄時間和采樣頻率等均可根據(jù)隧道實際情況進行調(diào)整，并在超前地質(zhì)預報工作開展初期予以標定。

2.5 數(shù)據(jù)處理與解譯

在數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，應立即對采集到的數(shù)據(jù)予以后處理，常用的處理軟件為Reflexw，數(shù)據(jù)后處理步驟為：(1)減平均值，并去除偏移的信號；(2)靜校正；(3)去除水平信號并進行背景去噪；(4)增益；第五步為帶通濾波；(5)去除毛刺噪聲，并取滑動平均。

由于地質(zhì)雷達技術(shù)的應用已經(jīng)達到比較普遍的程度，所以為基于地質(zhì)雷達的圖像解譯工作提供了一些寶貴經(jīng)驗。然而，考慮到不同隧道工程的地質(zhì)情況不盡相同，而且往往隧道中的地質(zhì)情況十分復雜，所以只從雷達波形這一個角度對隧道圍巖進行解譯往往是不準確的，需要充分結(jié)合現(xiàn)場觀察結(jié)果、現(xiàn)有地勘資料和圖像解譯三者進行分析，以此提高解譯與預報結(jié)果的準確性。圖像解譯實際上是對完成后處理的波形圖實施深入分析與解讀，需判斷的參數(shù)包括波形、波速、振幅、振頻與相位變化，此外還應確定同相軸是否保持連續(xù)和電磁波能量實際吸收狀況。

2.6 開挖驗證

將隧道開挖至之前地質(zhì)預報的里程后，需要對之前得到的圖像解譯結(jié)果予以驗證，具體的驗證方法為對比預測結(jié)果和現(xiàn)場開挖后的各項地質(zhì)情況，這實際上是一個不斷累積相關經(jīng)驗的過程。如果預測的結(jié)果和現(xiàn)場開挖后的情況基本相符，則說明基于地質(zhì)雷達技術(shù)的超前地質(zhì)預報方法合理可行，能實現(xiàn)對隧道開挖掌子面之前地質(zhì)情況的準確預報，為下一步的開挖施工提供可靠參考依據(jù)，之后的施工都可以運用這一方法。

3 結(jié) 語

綜上所述，在隧道工程超前地質(zhì)預報工作中引入地質(zhì)雷達是一種先進可行的做法，能在順利完成地質(zhì)預報的基礎上，保證預測結(jié)果的真實性與完整性。基于地質(zhì)雷達的隧道超前地質(zhì)預報工作需嚴格按照前期準備、測線布置、數(shù)據(jù)采集、參數(shù)選取、數(shù)據(jù)處理與解釋、開挖驗證的步驟進行，并在實際工作中加強管控，保證探測過程順利完成和探測結(jié)果的真實性與準確性，為之后的預測預報奠定良好基礎。