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1、 地质雷达在沪昆铁路隧道超前预报中的应用研究马金彪 Summary：本文针对在地质条件复杂、特别是岩溶地区的沪昆高速铁路朱砂堡隧道进行超前地质预报，对其应用的地质雷达法在实际工程中的预报结果进行分析，并结合实际开挖情况，对比分析其预报的适用范围及准确性；Keys：高速铁路；隧道；超前预报；对比分析1引言“十二五”以来，随着科技与经济的不断发展，高速铁路建设步入新的阶段。但在地质条件复杂、特别是岩溶地区，为保证铁路隧道开挖的安全，隧道超前预报研究和工作成为必要。本文主要针对沪昆铁路朱砂堡隧道开展的地质雷达预报方法进行分析研究，并结合实际工程开挖情况，对比分析地质雷达预报方法的适用性范围及准确性，
2、对指导生产实践具有一定的理论和实践意义。2地质雷达方法原理简述地质雷达通过电磁波的发射与反射波的接收来来进行主要探测的工作，工作时由发射机激发电磁波，并通过发射天线向隧道围岩及掌子面前方输送电磁波，而天线作为电磁波的传播载体紧贴测试面沿测线匀速移动，当电磁波在介质中遇到有电性差异的介面时，会发生反射与散射，此时接收器便可通过接收天线接收到来自电性差异介面的反射波，再通过主机进行转译和计算，最后由专门的数据分析系统进行处理，得到雷达探测剖面图，结合掌子面素描情况对探测距离内的地质情况作出符合雷达图像特征的解释。工作原理示意图如1所示：因此，根据上述两式即可计算得到目标体（一般指不良地质体）的深度
3、z，并通过由介面电性差异得到的雷达探测图像判断目标体的性质。特别地，一般一台雷达会配置各种不同频率的天线，运用地质雷达进行探测预报时，为保证探测结果的精度和可达到的有效深度，要结合工程实际情况选择合适频率的天线。3地质雷达在朱砂堡隧道中的应用及分析结果朱砂堡隧道运用地质雷达技术对隧道XK0+056XK0+041部分进行了超前地质预报5-7，采用的由美国GSSI公司生产的SIR-3000型地质雷达，该雷达数据采集精度较高，预报效果可以更好的满足要求；数据采集时，采用工作频率为100MHz屏蔽天线，系统增益200dB，采样间隔0.5ns，采样点数512，介电常数采用8，设定的预报距离15m，施工开
4、挖面里程为XK0+056，地质预报的主要任务包括以下三个方面：a.超前探测地层、软弱层的位置；b.超前探测断层破碎带的位置、宽度等；c.超前探测岩溶洞穴的位置、充填情况，预报富水带的具体位置。1）地质素描情况（1）掌子面地质素描开挖揭示岩性为深灰色灰岩，弱风化，中薄层状，岩层产状8约为：N65E/20S。节理较发育，主要发育两组优势节理，J1：N70W/90，节理间距0.20.4m，节理延伸长度0.51.0m，节理面粗糙，微张，局部泥质充填；J2：N25E/90，节理间距0.20.4m，节理延伸长度0.20.5m，节理面粗糙，微张，无填充。岩体较破碎，围岩稳定性较差，掌子面潮湿，岩溶弱发育，主
5、要以溶孔、溶隙形式出现，掌子面素描图如图2所示。3）雷达图像分析及成果解释如图5为雷达探测典型图，雷达介电常数采用8，对四条测线的雷达数据进行处理分析，显示出如下特征【9-11】：测线1、雷达图像同相轴连续性局部有间断，存在电性差异，局部存在反射界面，波形振幅局部存在一定变化；测线2、雷达图像同相轴连续性局部有间断，存在电性差异，局部存在反射界面，波形振幅局部存在一定变化；测线3、雷达图像同相轴连续性局部有间断，介质不均一，局部存在反射界面，波形振幅局部存在明显变化；测线4、雷达图像同相轴连续性局部有间断，介质不均一，局部存在反射界面，波形振幅局部存在一定变化。从地质雷达的资料来看，雷达图像在
6、XK0+056XK0+041段，同相轴连续性局部有间断，介质不均一，存在电性差异，局部存在反射界面，波形振幅局部存在一定变化。图5雷达探测典型图综合掌子面、洞身地质编录情况及地质雷达分析结果，并考虑测区工程地质和水文地质资料，对掌子面前方15m洞身及周边工程地质和水文地质条件进行综合分析如下：XK0+056XK0+041段出露岩性应为灰岩，弱风化，存在顺层偏压问题，节理较发育，岩体较破碎，围岩稳定性较差，隧道开挖过程中可能出现掉块或局部范围顺层坍塌等现象；地下水以滴水、渗水为主；预测该段岩溶弱发育，主要以溶隙和溶孔为主，不排除岩溶水局部富集的可能，施工中应予以重视。建议围岩级别定为级。开挖过程
7、中须加强支护，施工时应采取相应措施预防出现突泥、突水、掉块、塌方等问题，建议施工过程中加深炮孔和加强水平钻探，验证并确认预测结果，确保施工安全。4）实际开挖情况对XK0+056XK0+041段进行超前预报后，随后展开了隧道开挖掘进的施工工作，从开挖过程及结果可以看到，XK0+056XK0+041段岩性与掌子面相同，节理较发育，岩体较破碎，围岩稳定性较差，隧道开挖过程中可能出现掉块或局部范围顺层坍塌等现象；该段岩溶弱发育，主要以溶隙和溶孔为主，不排除岩溶水局部富集的可能，施工中应予以重视。总之，隧道实际开挖情况与地质雷达超前预报结果基本一致，只是地质雷达对地下水赋存预报方面不够准确，预报分析时应
8、引起注意。4总结本文从介绍地质雷达超前预报方法的基本原理入手，对朱砂堡隧道使用SIR-3000型探地雷达进行超前探测，根据雷达探测图像分析掌子面前方地质情况，得出岩体破碎带及岩溶发育段的存在位置及规模大小的预报结果，并通过预测结果与实际开挖断面地质情况的对比分析，确定该方法在对掌子面前方短距离围岩性质及不良地质体的进行探测的准确性较好。Reference：1钟宏伟，赵凌.我国隧道工程超前预报技术现状分析J.人民长江，2004，35（9）：15-17.2王正成，谭巨刚，孔祥春等.地质雷达在隧道超前预报中的应用J.铁道建筑，2005，2：9-11.3李术才，李树忱，张庆松，等.岩溶裂隙水与不良地质情况超前预报研究J.岩土力学与工程学报，2007，26（2）：217-2244张存亮.隧道超前地质预报方法及应用研究硕士学位论文.西安，西安科技大学，2011.5孙广忠等.军都山隧道快速施工超前地质预报指南M.中国铁道出版社，1990：2-66郭朋超.隧道地质超前预报新技术概述J.铁道建筑技术，2004，2：24-27.7何发亮，李苍松，陈成宗.隧道地质超前预报M.成都：西南交通大学出版社，2006. -全文完-
