殷川
【摘 要】地质雷达作为一种先进的探测、检测手段,能够很好地用于隧道超前地质预报及质量检测中.介绍了地质雷达的工作原理、参数设置及测线布置等问题,结合云湖1号隧道工程实例,阐述了地质雷达在隧道超前地质预报以及衬砌背后脱空、厚度等质量检测中的方法和作用,对具体的施工和质量问题提出建议.总结出了地质雷达在使用时的几点注意事项,可为类似工程做参考.%As a kind of advanced detection means, ground penetrating radar is effectively used in geological fore-cast and quality detection of tunnel. The working principle of the radar, the setting of parameter and the layout of the lines are introduced in general. Combined with the project example of Yunhu No.1 tunnel, the method and effect of ground penetrating radar in geological forecast and quality detection are expounded. Some suggestions for tunnel construction and quality control problems are put forward, which provides the reference for other similar projects.
【期刊名称】《兰州工业学院学报》
【年(卷),期】2015(022)006
【总页数】5页(P72-76)
【关键词】地质雷达;超前地质预报;质量检测
GATAL歌词翻译【作 者】殷川
【作者单位】兰州交通大学 土木工程学院,甘肃 兰州 730070
【正文语种】中 文
【中图分类】TU413.6
随着我国经济的高速发展，新建的公路、铁路隧道在逐年增加.由于施工现场的地质情况相对较复杂，受工程地质勘察时间、经济、技术难度等条件的限制，往往造成勘察设计成果与实际情况不符[1].因此，可以在隧道施工过程中，对掌子面前方地质情况进行超前探测预报，与设计相结合来指导隧道施工，以保证施工的安全进行[2].同时，建成运营中的隧道暴露出来的病害也越来越多，所以，在隧道施工过程中加强施工指导及质量检测显得尤为重
要.地质雷达是近年来一种新兴的地下探测与混凝土构筑物无损检测的新技术，具有快速、高效、无损、连续、分辨率高等优点[3-4]，因此在隧道超前地质预报及质量检测中可以发挥重要作用.
本文结合地质雷达在四川省绵竹至茂县公路绵竹段工程云湖1号隧道超前地质预报及质量检测中的应用，以具体里程的超前预报和部分地段的初支、二衬质量检测为例，通过数据处理分析，对隧道超前地质预报和衬砌病害的具体图像做了介绍，并总结出超前预报及衬砌检测时的一些注意事项,以此指导施工和质量检验，保证施工安全及质量.
1.1 地质雷达使用原理及方法
地质雷达是基于探测区域内物质介电常数的不同，利用发射天线发射高频电磁脉冲波的反射来探测地质目标体的一种物探手段[5].它的基本原理是：由发射天线发射一个电磁波，该电磁波在介质中传播，并被各类介质反射，然后由接收天线接收，雷达检测原理见图1.
地质雷达工作时，其回波走时(电磁波行程所需时间)t为
v.
其中，x为发射、接收天线的间距；z为反射点的法线深度；v为电磁波在地下介质中的波速.由式(1)雷达根据测得的雷达波走时，自动求出反射物的深度z和范围.bbzs
当电磁波遇到介质分界面(如初衬和围岩的界面，初衬和二衬的界面等)或地下异常体(如空洞，脱空，不密实等)时，由于介电常数的差异，反射强弱及波形上会出现明显差异，许多道反射波组合起来，形成一个雷达剖面.
牵引带1.2 地质雷达参数设置
晴天小秘书
探地雷达不同频率天线的测深能力不同，频率越低，探测深度越大，但是分辨率会降低；频率越高，探测深度越浅，分辨率会提高[6].在隧道内检测，需采用屏蔽天线.
本文超前预报探测工作使用瑞典MALA地球科学公司(Sweden MALA Geoscience Inc)生产的RAMAC CUII型探地雷达，探测时，使用发射频率为100 MHz的屏蔽天线.在衬砌质量检测中使用瑞典MALA公司产的RAMAC/GPR型地质雷达，采用新型的X3M主机，用800 MHz屏蔽天线检测初期支护，用500 MHz屏蔽天线检测二次衬砌.具体测试参数见表1.
2.1 工程概况
云湖1号隧道全长3 554 m，是四川省绵竹至茂县公路绵竹段工程(8.13灾后重建工程)的一座特长隧道，为双向行车隧道，隧道起讫里程为K9+750到K13+305.云湖1号隧道所穿越的绵远河左岸山体，地形上为一沿绵远河走向展布的山体，其山脊走向北西至南东向，地形陡峭.隧道进口处下段地形相对较缓，地形坡度25～35°，上段为岩质陡坡，坡度60～65°，局部近直立；出口处上下段均为悬崖绝壁，坡度65～75°.由于受强烈的构造挤压作用，山脊高耸.隧道穿越山脊顶部最高高程为1 980 m，隧道进口绵远河河床高程752 m，岭谷相对高差达1 228 m，属中山构造剥蚀地貌.
根据区域地质资料及野外地质调查，隧址区出露地层复杂，主要有第四系全新统崩积、第四系全新统崩坡积、第四系全新统冲洪积、第四系全新统泥石流规程以及二叠吴家坪、二叠系龙谭组、二叠系阳新组、二叠系梁山组、石炭系总长沟组及泥盆系沙窝子组、泥盆系观雾山组.
2.2 雷达数据采集及测线布置
在进行超前预报数据采集前，首先观察掌子面，结合设计资料，作出掌子面素描和地质条件，然后连接主机与100 MHz雷达屏蔽天线，设置采样参数，在现场施工人员配合下进行
数据采集.地质雷达探测时，在掌子面距隧道拱顶约4.5 m处布置一条水平测线.
在衬砌质量检测时，先将主机、电脑及对应天线联接，手持天线贴住衬砌(或路面)砼表面，然后开机并设置好各采样参数开始采样，采样时手持天线顺着测线匀速(5 km/h)移动，在检测拱腰和拱顶时，在检测作业车上搭设钢管架平台以满足作业高度的要求.初期支护检测时沿隧道纵向共布置5条测线，以便使检测结果能全面地反映隧道的质量情况，其中左边墙、左拱腰、拱顶、右拱腰、右边墙各布置1条测线共5条测线.二次衬砌沿拱顶、隧道中线两侧起拱线位置、仰拱中线左侧(或右侧)1 m、仰拱中线右侧(或左侧)4 m共布置5条测线(无仰拱段落设置3条).衬砌测线横断面布置示意如图2.
3.1 超前预报数据处理及解释单人飞行器
本次超前预报数据采用云湖1号隧道掌子面k11+108处所采集的数据，掌子面围岩以中风化白云质灰岩及灰岩为主，属较硬质岩，受构造影响较严重，节理裂隙较发育，岩体较破碎，岩体层间结合一般，多呈中厚层状及块(碎)石状结构，整个掌子面较干燥，无裂隙水渗出.将地质雷达对掌子面测线所探测得到的原始雷达波进行分析处理，具体分析处理方法是：对其进行移动开始时间静校正，增益，去直流漂移和巴特沃斯带通一维滤波，抽取平
均道及滑动平均等二维滤波处理，压制和剔除干扰波，突出有效波.处理后的雷达波如图3所示.
根据地质雷达探测剖面综合分析如下：
1) 在掌子面前方0～360 ns的区段范围内(构造深度0～18 m，参考波速0.1 m/ns)：该范围内矩形标记处电磁波信号以较均匀中低频为主，同相轴较连续，波形频率变化较有规律，初步推断存在裂隙水；椭圆标记处电磁波信号为较均匀中低频，同相轴连续，波形频率高低变化快，初步推断为软弱泥质夹层.具体位置见图3所示.
2) 在掌子面前方360～560 ns的区段范围内(构造深度18～28 m，参考波速0.1 m/ns)：该整体区域范围内电磁波信号以中低频为主，波形频率高低变化快，同相轴较连续，初步推断该整体范围围岩节理裂隙发育，层间结合差，岩体破碎.具体位置见图3所示.
数字投影仪
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