地质雷达在高速公路隧道裂隙水探测中的应用

地质雷达在高速公路隧道裂隙水探测中的应用
王进泉
【摘要】介绍了地质雷达的作用及特点，结合昌宁高速雩山隧道地质雷达探测成果，阐述了地质雷达的工作原理及实际探水情况，结果表明昌宁高速雩山隧道地下水发育，多处存在裂隙水，施工难度较大。

%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.
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2015(000)022
【总页数】2页(P178-178,179)
【关键词】地质雷达;高速公路;隧道;裂隙水
【作者】王进泉
【作者单位】中铁五局集团第一工程有限责任公司，湖南长沙 410117
【正文语种】中文
【中图分类】TU195
随着我国经济和社会的快速发展，各种基础设施迎来了建设的高峰期，并且我国是一个多山的国家，对于隧道的需求越来越大。

在隧道的施工中也暴露出越来越多的
工程地质问题，如隧道的塌方、突涌水等。

隧道出现的这些地质灾害往往给隧道施工带来巨大的隐患和危险，而水害则是隧道施工中最常见的一种地质灾害。

对于地下水的超前预报，可采用的方法也较多。

目前多采用的方法有TSP超前地
质预报，地质雷达、瞬变电磁的方法。

地质雷达作为一种短距离的探测方法，其同其他方法相比具有探测方便，探测精度高等特点。

目前地质雷达技术得到了巨大的发展，成为最好的探水方法之一，已广泛应用于地下水的探测中。

本文根据昌宁高速雩山隧道现场实际情况，针对多个洞段存在渗漏水的情况，开展地质雷达超前探水，现场应用结果表明，地质雷达是一种有效探测地下水的方法，可起到指导施工的作用。

地质雷达技术是当今国际上最先进的地球物理勘探手段之一，具有仪器便携、无损探测等特点。

地质雷达探测的基本原理如图1所示。

由发射天线发出的短脉冲电
磁波进入探测岩体内，电磁波遇到介电常数差异体，会产生反射波。

产生的反射波被接收天线接收后，再经过相应的处理，形成地质雷达解译伪彩色图。

通过对解译图的分析就可以判断地下异常体的性质。

地质雷达探水的基本原则主要利用介质之间介电常数的差异性来进行探测。

一般岩石的介电常数为8左右，而水的介电常数为81，所以在探测时遇到水会表现为明
显的强反射。

探水的原则可总结为以下几点：1)岩石和水的介电常数差异很大，表现为明显的强反射。

2)在反射界面上发生相位反转，相位相反。

3)电磁波通过含水体后，能量衰减大，高频成分衰减的更明显。

3.1 工程概况
雩山隧道为一分离式隧道，隧道长度为5 420 m，净空宽×高为10.75 m×5 m。

隧道地形地貌为中低山丘陵地貌，隧道洞身最高点高程约1 160 m，地形起伏大，山势较陡峻，隧道进出洞口地形较陡，植被发育，出洞口风化层厚。

该隧道区内地表冲沟常年流水，水量较丰富，受季节影响大。

根据隧道区内的地形地貌和水文地质条件，区内地下水主要为构造裂隙水，主要接受大气降水垂直向下渗透补给，水文地质条件较复杂。

据钻孔揭露隧道区内钻孔水位在钻进过程中变化较大，故隧道区内地下水主要沿节理裂隙运动，连通性较好。

区内地下水一般沿基岩裂隙、构造破碎带等在地势低洼处排泄。

3.2 地质雷达探测及参数设置
雩山隧道开挖至YK191+613时，隧道掌子面出现多个渗水点，为探查掌子面前方的含水情况，采用美国SIR 3000地质雷达进行了超前探水。

雷达主要参数设置如下：采用100 MHz雷达屏蔽天线，采样窗口长度可达400 ns，有效探测深度20 m，现场测量采用连续测量。

3.3 现场应用
由于岩体结构对地质雷达电磁波的影响较大，在现场探测结束之后，需要对采集到的数据进行后处理，以减少干扰对现场正确识别的影响，处理后的雷达解译伪彩色图如图2所示。

从图2可以看出，在掌子面前方8 m和18 m出现两处强反射，相位发生反转，
能量衰减快，初步判断这两处为裂隙富水带。

实际开挖后出现股流水，边墙出现不同程度的渗水。

可见预报情况和实际出水情况较吻合。

本文通过对昌宁高速雩山隧道多次地质雷达裂隙水的现场探测，得出以下几点结论：1)地质雷达是一种有效的短距离超前地质预报的方法，可有效的预报掌子面前方的不良地质，从而保证隧道的安全施工。

2)地质雷达在裂隙水探测中表现的反射信号为很强的正反射，波形的振幅发生反转，其富水岩体对地震波的能量有很强的吸收作用，强度衰减快。

3)地质雷达在现场探测过程中受施工现场环境的影响较大，特别是有大型的金属。

为保证地质雷达在裂隙水探测中的精度，建议在探测过程中，需将掌子面附近的台
车至少移出30 m远。

【相关文献】
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