地质雷达在汶马高速鹧鸪山隧道超前地质预报中的应用

地质雷达在汶马高速鹧鸪山隧道超前地质预报中的应用

在修建隧道的过程中经常会遇到涌突水，大变形等地质灾害问题。这些问题严重威胁着施工人员的人身安全，也影响着施工进度，因此对隧道进行超前地质预报是非常重要的。本文主要依托汶马高速鹧鸪山隧道，使用地质雷达对鹧鸪山隧道可能发生的涌突水，破碎带等进行预报，以指导隧道现场的安全施工。

标签：超前地质预报地质雷达隧道地质灾害

1前言

随着大量公路和铁路的修建，许多地区在修建过程中较高的桥隧比是在所难免的。例如贵广高铁贵州段桥隧比高达92%。在桥梁和隧道的建设过程中，隧道施工工程中遇到的安全隐患最多，例如涌突水，大变形等；位于宜万铁路上的齐岳山隧道通过15条断层、3条暗河，施工管段均为可溶岩地层，设计最大涌水量74.3万立方米/天。

在隧道施工中遇到的这些灾害可能会严重威胁现场人员的生命安全及施工进度，并且还会损坏施工设备，因此在隧道的施工中及时对隧道展开超前地质预报工作是十分必要的。

根据施工前的勘察资料，新建汶马高速鹧鸪山隧道可能存在大变形、涌突水等病害。因此，本文以汶马高速鹧鸪山隧道为依托，对地质雷达对鹧鸪山隧道的探测结果进行分析。

2地质雷达的工作原理

地质雷达由一体化主机、天线及配套软件等部分组成。地质雷达是利用超高频窄脉冲电磁波探测介质分布的一种地球物理勘探仪器。地质雷达采用的是时间域脉冲雷达，将宽频带的脉冲电磁波发射到地下介质中，通过接受反射信号达到探测地下目标的目的，雷达系统向被探测物发射电磁波脉冲，电磁脉冲穿过介质表面，碰到目标物或不同介质的界面而被反射回来，根据电磁波的双程走时，分析确定探测目标的形态及结构特性。

3地质雷达的探测方法

在探测之前，首先应该根据掌子面的实际地质情况布设测线。在掌子面上布设的测线主要有十字形和井字形布置。掌子面往往会因为隧道的爆破开挖而不平整，因此在用地质雷达探测时，有条件的话，应对掌子面进行平整处理。两横两竖或一横三竖的布线方式是比较常用的测线布设方式。在实际的环境下可以根据现场的情况灵活布置测线，其原则就是尽可能靠近掌子面轴心位置，使测线距离尽可能长、尽可能多地采集数据。

4地质雷达探测的工程实例

4.1工程概况

建设中的鹧鸪山隧道位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县与马尔康县交界处。左线全长8815m，最大埋深约1289m；右线全长8785m，最大埋深1288m。在建的鹧鸪山隧址区地处川西高原东北部的邛崃山脉北端，属高山、高原过渡的侵蚀深切高山峡谷地貌。隧址区出露的地层主要岩性由炭质千枚（板）岩、粉砂质千枚（板）岩等组成。隧址区内断层、断裂发育，断裂带内岩体破碎，破碎带宽度大，沿带内各断裂可见大量的碎裂岩、糜棱岩，形成强烈的挤压破碎带。因此围岩易产生大变形，并可能发生涌突水等地质灾害，将来隧道施工很可能受到影响。因此，在施工过程中对隧道进行超前地质预报是很有必要的。

4.2探测过程

采用美国GSSI公司的SIR-20探地雷达对鹧鸪山隧道右线进口端进行超前地质预报。SIR-20探地雷达精度高，性能稳定、可靠。主要工作技术参数为：100Hz 屏蔽天线，每次扫描的采样点数：500；每秒钟的扫描数：100；相对介电常数：7。此次探测的掌子面里程桩号为K180+125，预测前方22米的不良地质情况。

由于掌子面条件较差，因此本次测量工作沿隧道掌子面布置1条测线，测量时由两位测量人员手持天线紧贴掌子面由探测起点移动到探测终点（如图1）。

4.3探测结果及分析

采用前述方法，对探测数据进行处理后，获得的主要结果（如图2）所示。图2为探地雷达顶部横向测线解译所得的波形图。图中纵坐标标识数字为根据电磁波传播双程走时计算出的视深度。本次探地雷达探测范围为22m，预报里程范围K180+125—K180+147。

综合地质和物探的结果分析：（1）本次预报段内围岩主要为碳质千枚岩，围岩片理十分发育，整体性差。岩体强度极低，有明显的软化现象；（2）预报段内地下水发育，整体为淋雨状出水，局部有股状水，围岩破碎，地下水更发育，可能出现股状出水，千枚岩软化严重，开挖时候容易出现局部坍塌和整体较大的塌方。

5结语

通过使用地质雷达对汶马高速鹧鸪山隧道进行的实地探测，总结出了地质雷达的以下特性：

（1）地质雷达在对隧道进行超前地质预报时，其操作灵活，探测时能对掌子面不同区域进行探测。此外地质雷达分辨率高、图像容易识别、探测速度快、对施工影响小的优点也是当今隧道工程大量使用它的一个重要原因；

（2）地质雷达探测的距离较短，一般为15～30 m，对于长大隧道需要进行长期多次分段的探测，因此将地质雷达与TSP等其他长距离探测手段相结合，对隧道进行探测，更能提高探测的快速性与准确性。

总的来说，地质雷达和其它探测仪器设备一样都有自己的优缺点，我们在实际的超前地质预报过程中应充分利用地质雷达的特性对隧道可能出现的病害作出预报，以指导隧道的安全施工。