地质雷达在山岭公路隧道超前地质预报中的应用

地质雷达在山岭公路隧道超前地质预报中的应用（精选6篇）

篇1：地质雷达在山岭公路隧道超前地质预报中的应用

地质雷达探测技术在隧道地质超前预报中的应用

在各类隧道施工过程中,隧道周围及工作面前方的工程地质和水文地质情况对隧道施工的`质量和安全关系重大,不良地质条件极容易引起隧道坍方、突泥涌水,不仅在技术上给隧道施工带来极大的困难,也常常因突发事故导致人身伤亡、设备损失、工期延误,从而造成巨大的经济损失.本文介绍了地质雷达技术在隧道地质超前预报中的应用成果.

作 者：刘基 李前国 Liu Ji Li Qianguo 作者单位：广东核力工程勘察院,广东广州,510800刊 名：地质装备英文刊名：EQUIPMENT FOR GEOTECHNICAL ENGINEERING年，卷(期)：200910(3)分类号：P634关键词：地质雷达 隧道 超前预报 应用

篇2：地质雷达在山岭公路隧道超前地质预报中的应用

TSP超前地质预报系统及其在隧道超前地质预报中的应用

本文分析了隧道施工过程中会常常遇见的一些问题;介绍了TSP超前地质预报系统及其工作原理;结合TSP超前地质预报系统在沪蓉西主干线扁担垭隧道现场应用阐述了其应用的可行性、合理性及其带来的经济性.

作 者：杜文哲 王磊 作者单位：深圳市南华岩土工程有限公司,广东・深圳,518020刊 名：科协论坛(下半月)英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY ASSOCIATION FORUM年，卷(期)：2009“”(7)分类号：P2关键词：TSP 隧道 超前地质预报

篇3：地质雷达在山岭公路隧道超前地质预报中的应用

公路隧道设计的基本依据是隧道工程地质勘察报告,而隧道施工的基本依据是隧道施工设计图[1]。由于客观地质条件的复杂性和多样性,受勘察手段、勘察技术水平的局限性和经费、工期、地形条件等各方面因素的制约,通常隧道工程地质勘察报告和隧道实际地质情况不能完全吻合,有时偏差很大。因此,在公路隧道施工过程中,由于掌子面前方地质情况不明,在掘进开挖过程中往往出现塌方、突水、突泥等险情。近年来,随着地球物理探测技术的提高,地质雷达探测技术被应用于公路隧道施工中的超前地质预报,取得了较好的效果。

地质雷达利用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标或地下界面进行扫描,以确定其内部形态和位置的电磁技术,其理论基础为高频电磁波理论,利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式由地面通过发射天线送入地下,经地下不连续体或目标体反射后返回地面为接收天线所接收,反射电磁波经过一系列的处理和分析之后可以得到探测介质的有关信息(比如:节理、裂隙、断裂等解译)[2]。

2 地质雷达在实际操控中的参数选取和图谱解释的相应原则

2.1 重要参数选取[3]

测量类型:geophysical surveys Config(uration)Name;天线类型:100 MHz;Samp/Scan采样点数/扫描:512;Scans/Sec(扫描/秒):153;DielConstant介电常数:元宝山隧道取12(全-强风化凝灰岩),古博岭隧道(弱风化凝灰质砂岩、泥质粉砂岩)取7,横山隧道(潮湿强-弱风化晶屑凝灰岩)取10;自动增益级别:0.5。

2.2 图谱解释的相应原则

(1)全风化岩石:岩体极破碎不完整,多风化成泥质含量高的砂土状。

地质雷达波阻抗连续性差,介质电磁波高频反射信号很微弱,这是由于含泥质成分对高频信号强烈吸收造成的,以低频反射为主,这种类型数据的图谱分析,主要集中在中低频附近,而波数域范围较窄。

(2)强风化岩石:岩体破碎不完整,多风化成碎块状和少量块状。

地质雷达波阻抗连续性断断续续,这是由于破碎岩石之间的相互干涉造成的散射现象,但是波的频率成分没有出现奇变,较单一,这种类型岩层对电磁波散射严重。这种类型的数据的图谱分析,主要集中在80 MHz附近,而波数域范围较广,说明该部位的信号受到岩体吸收影响较小,极大拓宽了波数域的范围,由于低频成分也表现出一定的能量,初步能反映出该处岩体较破碎。

(3)弱风化岩石中的破碎带(断裂带):地质雷达波阻抗连续性较差,这是由于破碎带(断裂带)的岩石破损严重,破坏了波阻抗的连续性,但波的频率成分没有出现奇变,较单一,这种类型破碎带(断裂带)对电磁波高频能量吸收少,由于破碎带(断裂带)范围较小,因此散射现象不明显。这种类型的数据的图谱分析,主要集中在80 MHz附近,而波数域范围较窄(相对破碎带),说明该部位的信号受到岩体吸收影响较小,散射不明显,由于低频成分也表现出一定的能量,初步能反映出该处岩体较破碎[4]。

3 地质雷达在隧道超前地质预报中的具体应用

在隧道施工超前地质预报过程中,现场探测采用美国劳雷公司生产的SIR20型地质雷达,运用100 MHz天线采用点测(Point)方法进行探测。本文选取几个代表性的断面进行预报和图像分析。

3.1 元宝山隧道左洞

(1)隧道掌子面地质情况和地质雷达探测布线

掌子面里程为ZK21+282。掌子面上部为全风化凝灰岩,厚5 m,灰黄色,风化呈含少量砂粒的粘性土状,局部残留少量原岩碎块;下部为强风化凝灰岩,厚3~5 m,灰黄、浅灰、暗紫色,风化强烈,节理裂隙极发育,裂面见铁锰质浸染,岩体破碎,呈碎块状和少量块状;地下水主要为松散孔隙水和基岩裂隙水,水量贫乏,隧道开挖有滴水、淋水现象(见图1)。隧道围岩级别为V级,设计衬砌类型为SA5-JQ。地质雷达布线见图2。

(2)地质雷达探测图谱分析

测线1、测线2的地质雷达测试图像见图3、图4。

(3)图谱解释和超前地质预报

由测线1图谱分析可知,探测的有效预报距离约为25 m。掌子面前方约4 m范围内(1区)地质雷达记录回波能量相对较强;结合掌子面地质观察,表明该段围岩为全风化凝灰岩,风化成砂土状,局部夹有极少量强风化碎岩块,潮湿。掌子面前方17~25 m范围内(3区)地质雷达记录回波能量相对较弱;结合掌子面地质观察,表明该段围岩以强风化凝灰岩为主,局部夹有全风化凝灰岩(2区),含弱基岩风化裂隙水,隧道开挖时有少量滴水、淋水现象。

由测线2图谱分析可知,探测的有效预报距离约为25 m。掌子面前方约4 m范围内(1区)地质雷达记录回波能量相对较强;结合掌子面地质观察,表明该段围岩为全风化凝灰岩,风化成砂土状,局部夹有极少量强风化碎岩块,潮湿。掌子面前方4~25 m范围内(2区)地质雷达记录回波能量呈强弱交替;结合掌子面地质观察,表明该段围岩为全风化和强风化凝灰岩互层,以强风化为主,含弱基岩风化裂隙水,隧道开挖时有少量渗水、滴水。

隧道开挖时实际地质情况与上述分析和预报结果基本吻合。

3.2 古博岭隧道左洞

(1)隧道掌子面地质情况和地质雷达探测布线

掌子面里程为ZK37+207。掌子面为凝灰质砂岩、泥质粉砂岩,强风化,青灰色,节理裂隙发育,裂面见铁锰质浸染,岩体破碎,呈碎块状和少量块状;掌子面左侧见一断层破碎带,宽约1 m。地下水主要为基岩裂隙水,水量贫乏,隧道开挖有滴水、渗水现象(见图5)。隧道围岩级别为V级,设计衬砌类型为SA5。地质雷达布线见图6。

(2)地质雷达探测图谱分析

测线1、测线3的雷达测试图像见图7、图8。

由测线1图谱分析可知:探测的有效预报距离约为20 m。掌子面前方约4 m范围内(1区)地质雷达记录回波能量相对较强;结合掌子面地质观察,表明该段围岩为强风化凝灰质砂岩、泥质粉砂岩。测线1左侧约2 m处地质雷达记录回波能量较强,形成以一定的倾角且往掌子面前方延伸的反射波组,可连续追踪,频率变化不大,为多组异常波并排出现,判断为一小断层,小断层破碎带宽约1 m,断层带岩体极破碎、潮湿,有少量滴水。掌子面前方4~25 m范围内(2区)地质雷达记录回波能量呈相对较弱,表明该段围岩为弱风化凝灰质砂岩、泥质粉砂岩。

由测线3图谱分析可知:探测的有效预报距离约为25 m。掌子面前方约4 m范围内(1区)地质雷达记录回波能量相对较强;结合掌子面地质观察,表明该段围岩为强风化凝灰质砂岩、泥质粉砂岩。掌子面前方4~25 m范围内(2区)地质雷达记录回波能量相对较弱,表明该段围岩为弱风化凝灰质砂岩、泥质粉砂岩。

通过预报后隧道开挖跟踪地质调查发现,实际地质情况与上述分析和预报结果基本吻合,断层往隧道轴线方向延伸6 m后消失。

3.3 横山隧道右洞

(1)隧道掌子面地质情况和地质雷达探测布线

掌子面里程为K56+459。掌子面为强风化角砾、晶屑凝灰岩,节理裂隙发育,岩体破碎;中部见一小断层,小断层破碎带宽约0.5 m,断层带岩体极破碎、潮湿;地下水主要为基岩风化裂隙水,水量贫乏;隧道开挖时在破碎岩体处会有滴水、淋水现象(见图9)。隧道围岩级别为V级,设计衬砌类型为SA5。地质雷达布线见图10。

(2)地质雷达探测图谱分析

测线1、测线4雷达测试图像见图11、图12。

由测线1、4图谱分析可知:探测的有效预报距离约为25 m。掌子面前方约3 m范围内地质雷达记录回波能量相对较强;结合掌子面地质观察,表明该段围岩为强风化角砾、晶屑凝灰岩,有少量滴水。掌子面前方7~8 m范围内地质雷达记录回波能量较强,可连续追踪,频率变化不大,形成一定宽度的反射波组,判断为一小断层,小断层破碎带宽约0.5 m,断层带岩体极破碎、潮湿,有少量滴水。掌子面前方14~16 m范围内地质雷达记录回波能量相对较强,表明该段围岩为强风化角砾、晶屑凝灰岩,含弱基岩风化裂隙水,隧道开挖时有少量滴水、琳水现象。其余段地质雷达记录回波能量呈相对较弱;表明该段围岩为弱风化角砾、晶屑凝灰岩。

隧道开挖时实际地质情况与上述分析和预报结果基本吻合。断层往隧道轴线方向延伸15 m进入隧道拱顶。

4 结语

工程实例表明,地质雷达在绍诸高速公路隧道施工超前地质预报中,能有效地探测到各种不良地质现象,及时修正设计,指导施工,保证隧道施工安全,是一种操作简便、对施工干扰少的、可行的预报手段和方法。地质雷达探测结果的影响因素较多,如掌子面的平整度、天线的布设方向和位置、电缆线干扰、大型机械设备启动干扰、天线在测量过程中的抖动干扰等,所以在公路隧道施工超前地质预报工作中,应根据工程的实际情况选择地质雷达测量参数,并结合地质勘察资料、掌子面地质观察、地质雷达探测结果等进行综合分析[5]。

参考文献

[1]李勇,孙喜峰,李延.隧道施工地质超前预报方法[J].地质与资源,2004,13(2):119-122.

[2]茹瑞曲,戚筱俊.地质雷达探测技术的应用研究[J].工程地质学报,1996,4(2):51-56.

[3]王洪勇.综合超前地质预报在圆梁山隧道中的应用[J].现代隧道技术,2004,41(3):57-61.

[4]刘录刚.超前地质预报在雁门关隧道施工中的综合应用[J].西部探矿工程,2004,16(4):111-113.

[5]杨智国.地质超前预报在桃花铺一号隧道TBM施工中的应用[J].铁道工程学报,2004,(1):65-68.

篇4：地质雷达在山岭公路隧道超前地质预报中的应用

关键词：北凹山隧道 超前地质预报 雷达图像 围岩分级

引言

汾阳至邢台高速公路山西境内平遥至榆社段隧道工程众多，地质条件复杂，施工难度大，工期紧。断层破碎带、软弱夹层、富水带、溶洞等不良地质体给隧道施工造成极大的困难。因此在隧道施工过程中，提前探测隧道前方的地质变化，为施工提供相对准确的地质资料，及时调整施工工艺是非常重要的。

地质雷达凭借其具有速度快，成本低，分辨率高，无损伤性探测，经济方便等特点，在隧道工程的地质超前预报中具有广阔的应用前景。

1、工程概况

1.1概述

北凹山隧道位于榆社县河峪乡牛村和箕城镇桑家沟之间，左线全长1554米；右线全长1427米。地面海拔高程1168～1314米，相对高差146米，北凹山隧道洞身最大埋深157.8米[1]。北凹山隧道采用上下行分离4车道设计标准，设计行驶速度80公里/小时，有效净宽10.25m，净高5.00m。

1.2工程地质条件

北凹山隧道穿越构造剥蚀中山区，地形起伏较大，沟壑纵横；微地貌为基岩山梁、陡坎、冲沟缓坡；总体上具上陡下缓、局部有小型缓坡、平台分布的特征。隧址区基岩裸露，其出露地层为中生界三叠系中統铜川组（T2t）砂岩、泥岩，二马营组（T2e）砂岩、泥岩，第四系全新统（Q4）松散堆积层。

隧址区地层主要有砂泥岩互层组成，节理裂隙发育，层间粘结力差，潜水位埋藏深，含水层岩性为三叠系砂岩、砂质泥岩。

1.3不良地质问题

1.3.1断层破碎带

位于隧道里程K72+110处有发育断层，断层走向30°，倾向120°，倾角80°，宽度5米，断距10—20米，上下盘均为三叠系二马营组砂岩、泥岩。

1.3.2软弱夹层

北凹山隧道岩性以砂岩泥岩互层为主，中厚层构造，中风化，呈块～块碎状结构，受构造影响，节理、裂隙较发育，层理明显。

1.3.3富水带

在北凹山隧道个别地段，存在砂岩碎石夹土状结构，节理裂隙较发育，呈碎裂状结构；此地质条件易产生裂隙水渗漏，围岩含水量较高，形成富水带。

2、雷达测线布置及参数设置

2.1测线的布置

为详细了解掌子面前方岩层的分布状况，并结合雷达天线发射电磁波的特征，水平方向和垂直方向各布置2条测线[2]。具体布置情况如图1所示。

2.2参数的设置

探地雷达的参数设置主要有：（1）天线频率f，探测深度随着天线中心频率的减少而增大，取f为100MHz；（2）时窗W，时窗选择主要取决于最大探测深度与地层电磁波速度，取W为610ns；（3）采样率 ，采样率是记录反射波采样点之间的时间间隔，采样速度至少要达到无线中心频率的3倍，故 为512samp/scan；（4）介电常数 描述了介质的极化特性，该隧道岩性主要为砂岩泥岩互层，故 定为6.8。

参数具体情况见表1：

3、不良地质体的探测结果

3.1断层破碎带

断层为当岩层受力破裂后，破裂两侧岩体发生了明显位移的断裂构造。在北凹山隧道里程为K72+110～K72+115段计5米，高度20多米的范围内，存在断层破碎带。由于断层破碎带引起的雷达图像震波，雷达波形图在该处的变化异常明显，呈同相轴断错的特征。具体情况见图2：

3.2软弱夹层

软弱夹层在雷达测试图像中的显现特征主要有：当雷达电磁波传播到软弱夹层时，会产生较强的界面反射波；在穿越软弱夹层的过程中会产生绕射、散射、波形杂乱、波幅变化大。具体情况见图3：

3.3富水带

在北凹山隧道个别地段，存在砂岩碎石夹土状结构，节理裂隙较发育，此地质条件易产生裂隙水渗漏，围岩含水量较高，易形成富水带。

富水带在雷达测试图像中的显现特征主要有：雷达反射波在该处出现强反射，波形紊乱，电磁波衰减速度加快，会产生一强反射面。具体情况见图4：

4、北凹山隧道的围岩分级

隧道围岩分级其主要依据是把握岩性和岩体结构，并结合施工中地质问题作为修正。岩性的判别上主要是判定岩石坚硬程度，并着重考虑岩石风化程度；岩体结构方面，主要观察其结构是否属于散体结构、碎裂结构、镶嵌结构、次块状结构、块状结构和整体结构。

根据北凹山隧道的实际工程特点，结合岩石的坚硬程度、完整性和声波纵波速度进行围岩基本分级，并考虑断裂破碎带、软弱夹层、富水带等因素进行修正。具体情况见表2：

从表2可以看出，北凹山隧道实际施工过程中围岩级别要比勘察设计阶段所预测的情况稍差一些，稳定性较差的Ⅵ、Ⅴ级围岩所占隧道长度比例大大增加。可见，根据探地雷达的探测结果，为施工提供相对准确的地质资料，及时调整施工工艺，减少和预防了工程事故的发生。

参考文献：

[1]山西交科公路勘察设计院．汾阳至邢台高速公路平榆段北凹山隧道设计文件[R]．2008.10．

[2]杨川福．探地雷达在攀田高速公路隧道施工中的应用研究[D]．西安：长安大学公路学院，2008．

[3]长安大学平榆高速公路隧道监控第三项目部．平榆高速公路工程地质超前预测报告[R]．2010

[4]周德存．地质雷达在基岩完整性探测中的应用[J]．西部交通科技，2006，5：58-60.

篇5：地质雷达在山岭公路隧道超前地质预报中的应用

TSP203在鹰嘴岩隧道超前地质预报中的应用

在大量隧道工程中,由于对工作面前方地质情况了解不清,给隧道施工带来很大的盲目性.TSP系统就是专门针对上述问题而设计.本文分析探讨了TSP系统的原理,介绍了施工时的现场布置,并选取鹰嘴岩隧道施工为实例来验证该系统的.准确性和有效性.

作 者：殷瑞华 徐义贤 Yin Ruihua Xu Yixian  作者单位：殷瑞华,Yin Ruihua(中国地质大学,地球物理与空间信息学院,武汉,430074;中交翔路勘察设计有限公司,武汉,430050)

徐义贤,Xu Yixian(中国地质大学,地球物理与空间信息学院,武汉,430074)

刊 名：工程地球物理学报 英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ENGINEERING GEOPHYSICS 年，卷(期)：2009 06(3) 分类号：P631.4 关键词：TSP   掌子面   地质超前预报  

篇6：地质雷达在山岭公路隧道超前地质预报中的应用

阐述了地质雷达的`基本原理及其数据采集工作,并结合四川某隧道的现场实测资料,基于不同介质之间的介电常数差异,介绍了地质雷达在检测公路隧道各项内容中的具体应用,实践证明该技术方法是切实可行的.

作 者：王允 董晓明 刘君奎 WANG Yun DONG Xiao-ming LIU Jun-kui  作者单位：王允,WANG Yun(余姚市交通设计院,浙江,余姚,315400)

董晓明,DONG Xiao-ming(长安大学公路学院,陕西,西安,710064)

刘君奎,LIU Jun-kui(赤峰市交通局公路管理处,内蒙古,赤峰,024000)

刊 名：山西建筑 英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)：2009 35(16) 分类号：U456 关键词：地质雷达   公路隧道   检测   介电常数