地质雷达在隧道岩溶超前预报中的试验研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 王华等：地质雷达在隧道岩溶超前预报中的试验研究　地质雷达在隧道岩溶超前预报中的试验研究　王　华　杨军生　王春雷　（１，西南交通大学四川成都６１００３１；２，中铁（洛阳）隧道勘测设计院有限公司）　摘要　以圆粱山隧道岩溶病害地段进行的地质雷达探测实验研究为基础，论述采用三种不　同频率天线对隧道岩溶病害区进行探测实验研究，对其效果进行对比验证分析，阐述了地质雷达　探测技术在岩溶隧道超前预报应用的有效性和可靠性。　关键词地质雷达隧道岩溶　隧道岩溶超前预报的手段有很多种，地质雷达　作为一种新的预报方法，具有速度快、分辨率高、　图像容易识别的优点。地质雷达探测深度主要是由　探测天线的频率来决定的，但在探测深度相同的情　况下，使用不同频率的天线探测效果是不同的，误　差也各异。　１试验部分　实验采用的仪器设备为美国ＧＳＳＩ公司生产的　ＳＩＲ一１０型雷达，它可以多通道、快速、实时显示　探测结果。附属设备有：３５　ＭＨｚ、８０　ＭＨｚ、１００　ＭＨｚ天线、４条连接电缆、１个测距轮、１块１２　Ｖ　电瓶。　１．１试验程序　１．１．１　地质雷达超前预报程序　（１）位置。地质雷达超前预报位置选为圆梁山　隧道正洞ＤＫ３５４＋８６０掌子面。　（２）布线原则。测线垂直异常地质体（或地　质构造的走向），通常在隧道的拱腰、隧道底部附　近及边墙附近各布置一条测线。测线布置图见　图１。　（３）参数选择。选择天线频率分别为３５　ＭＨｚ、　８０　ＭＨｚ、１００　ＭＨｚ天线，选取媒质为灰岩（湿），　其电导率（ｏｒ）为２．５×１０～Ｓ／ｍ，介电常数（占）为　１０，电磁波在介质中的速度（　）为０．１０　ｍ／ｎｓ。　（４）扫描工作。探测人员站在作业平台上，　使天线与掌子面耦合接触，匀速移动天线完成探测　试验。移动速度一般为３～４　ｋｍ／ｈ。　（５）精度认定。地质雷达探测图像的地质解　释分为定性和定量的解释。定性解释依据异常体的　相关信息和特征的反映来确定异常的地质属性。定　量解释则是要确定异常体的埋深及其大小。在研究　过程中可用渐近法和菲涅尔半径法来确定异常体。　１．１．２岩溶病害区的验证试验程序　（１）位置。岩溶病害验证主要是通过超前地　质钻探来实现的，钻探位置为圆梁山隧道正洞　王华，男，博士研究生。　ＤＫ３５４＋８６０掌子面。　（２）仪器选择。选用西安煤炭科学研究院出　产的ＭＫ一５型坑道钻机。　（３）精度认定。在钻探过程中，遇到溶洞采　用取芯钻进来确认溶洞充填物的属性，通过钻杆进　尺确定溶洞在钻进方向的洞径大小，同时通过孔口　水量的大小来判断地下水的赋存情况。　１．２数据采集　（１）地质雷达超前预报的数据采集。首先将　获得的数据传输到计算机，再利用地质雷达专用　ＲＡＤＡＮ软件将原始记录切除首尾废段，按１０　ｍ标　记对记录进行水平均衡，调整测量方向保持一致，　校正零点，然后水平、垂直滤波，识别界面及有效　信号，再输入介电常数，拾取异常区的界面。　（２）验证数据的采集。钻探过程中记录岩层　的岩性、破碎程度、地下水的赋存情况，遇到异常　区域采用取芯钻进。根据岩芯取芯位置、岩性、颜　色、结构、构造、主要成分及其含量、岩芯的完整　程度、风化程度及岩芯采取率，计算钻杆的进尺来　确定异常地层的分界点。　２数据处理和结果讨论　２．１数据分析　２．１．１地质雷达超前预报试验数据分析　（１）地质雷达通过地面天线将电磁波送入地　下，经地层界面或地质异常体界面（溶洞、土洞、　断裂、空隙等）反射回地面，由另一接收天线接　收反射回来的脉冲波信号。脉冲波行程需时ｔ（单　位ａｓ）如（１）式。　Ｖ／４￣　＋Ｘ２　：—其中：Ｚ为地质界面的埋深，　为发射天线与　接收天线的间距，　为电磁波在地下介质中的传播　速度。当地下介质的波速　已知时，可以由仪器　测到ｔ的精确数据。因此，由（１）式可求出反射　体的埋深ｚ为（２）式。　ｚ：　（２）　维普资讯 http://www.cqvip.com 全国中文核心期刊　路基工程　２００７年第１期（总第１３０期）　通常认为发射和接收天线可视为同一天线，则　＝０，ｚ＝≥　（３）　探测图像表明：测线Ｉ、测线Ⅱ、测线Ⅲ，同　样的异常区在３５　ＭＨｚ天线探测图上没有明显的反　应（如图１、图２）；而在８０　ＭＨｚ、１００　ＭＨｚ天线　探测图上反应非常明显（如图３、图４）。　４　图４测线Ｉ　８０　ＭＨｚ探测图像　１００　ＭＨｚ：ｔ＝４００　ｎｓ，Ｖ＝０．１　ｍ／ｎｓ，计算结果表明　掌子面前方２０　ｍ处有异常区。　测线Ⅱ。８０　ＭＨｚ天线：ｔ＝４８５　ｎｓ，Ｖ＝０．１　图１测线布置图　ｍ／ｎｓ，计算结果表明掌子面前方２４．２５　ｍ处有异常　区。１００　ＭＨｚ：￡＝３９０　ｎｓ，Ｖ＝０．１　ｍ／ｎｓ，计算结果　表明掌子面前方ｌ９．５　ｍ处有异常区。　测线Ⅲ。８０　ＭＨｚ天线：ｔ＝４２０　ｎｓ，Ｖ＝０．１　ｍ／ｎｓ，计算结果表明掌子面前方２１．０　ｍ处有异常　区。１００　ＭＨｚ：ｔ＝３６０　ｎｓ，Ｖ＝０．１　ｍ／ｎｓ，计算结果　表明掌子面前方ｌ８．０　ｍ处有异常区。　２．１．２岩溶病害区的验证试验数据分析　为了验证地质雷达探测闭幕试验效果，在隧道　正洞ＤＫ３５４＋８６０处进行了超前水平钻探，钻探结　果表明在掌子面正前方ｌ８．０　ｍ处发育溶洞，在测　线Ⅲ的位置钻孔ＺＫ一２探测到掌子面前方１７．５　ｍ　处发育溶洞，同时开挖结果揭示在掌子面正前方　１８．５　ｍ处发育溶洞，在测线Ⅲ的位置前方１７．９　ｍ　图２测线Ｉ　３５　ＭＨｚ探测图像　处遇到溶洞。超前钻探结果如表１。　表１　隧道正洞ＤＫ３５４＋８６０超前钻探结果表　钻孔编号起始里程孔深／ｍ　钻探结果　图３测线Ｉ　１００　ＭＨｚ探测图像　２．２结果讨论　通过对圆梁山隧道岩溶地段地质雷达探测试验　（２）埋深计算。根据相应测线测得Ｖ、ｔ计算　和岩溶病害区的试验研究，得到以下认识。　异常区位置。　（１）利用地质雷达方法探测隧道岩溶发育情　测线Ｉ。８０　ＭＨｚ天线：ｔ＝５００　ｎｓ，Ｖ＝０．１　况具有速度快、分辨率高、图像容易识别的优点，　ｍ／ｎｓ，计算结果表明掌子面前方２５　ｍ处有异常区。　是一种方便、快捷、行之有效的方法。由于隧道的　维普资讯 http://www.cqvip.com 孙树贤等：真空一堆载联合预压在软基处理中的应用　・１０３－　真空一堆载联合预压在软基处理中的应用　孙树贤李仕东　（鲁东大学土木工程学院山东烟台２６４０２５）　摘要介绍了真空一堆栽联合预压软基处理方法在宁波绕城公路的应用，并和塑排板＋土　工格栅＋堆载预压法的加固效果进行了比较，为类似地区的路基工程提供了软基处理的参考　实例。　关键词　软基处理　真空预压堆载联合　低洼，为湖沼淤积平原，河流纵横，地表多为水　１　引言　田。地下各层典型物理力学指标详见表１。对软基　在宁波绕城公路中，处理软土地基采用了真空　处理有两段：一段采用真空堆载联合预压，另一段　一堆载联合预压法和一般的排水堆载预压。两种方　采用一般堆载预压。　法都用到了塑料排水板，根据Ｔｅｒｚａｇｈｉ一维固结理　表１　主要土层物理力学指标表　论，地基土固结所需的时间ｔ与最大排水距离　有　二次方关系，说明减小最大排水距离日，能有效增　加地基土的固结速率。　对于普通堆载预压，堆载时，地基土由于荷载　作用而产生的附加应力开始由孔隙水压力承担，而　有效应力不变，随着时间推移，孔隙水压力逐渐消　散并全部转化为有效应力，使软土地基达到固结效　３真空一堆载联合预压设计施工　果。堆载预压加固软基的效果取决于堆载的大小和　在ＭＫ１＋８７１一＋９２０段，长４９　ｍ，宽５５　ｍ，　超静孔隙水压力的消散速率。所以预压时间较长。　单块面积约为２　６９５　ｍ　，采用了真空一堆载联合　真空一堆载联合预压，结合了真空预压技术对　预压。　软基进行加固，通过抽真空对加固区施以流体压　３．１施工流程　力，通过砂砾垫层和排水板，作用于深层软基内的　（１）清除表土，整平场地，铺设３０　ｃｍ厚的　水和空气，在短时间内降低软基内的气压，产生的　砂砾垫层。打设竖向塑料排水板后，再铺设２０　ｃｍ　压力差使水和空气通过砂砾垫层和排水板排出，此　砂砾垫层。　时土体达到固结密实效果，气压的降低即为有效应　（２）反开挖后铺设主管和滤管，埋设真空度　力的提高，直到气压达到新的平衡。现结合工程实　探头，挖密封沟，安置主管出膜装置。　例介绍其应用情况。　（３）铺设１０　ｃｍ厚细砂垫层后，铺设一层针　刺无纺土工布，三层真空膜。设置膜上沉降标，测　２工程概况　沉降初值。　宁波里仁堂互通立交工程是宁波绕城公路与甬　（４）安装真空泵，试抽真空，检查膜上和密　金高速公路相交的十字节点，立交采用半定向苜蓿　封沟是否漏气，直到真空度稳定在８０　ｋＰａ以上。　叶形。该立交地质特征单一，表层分布厚０．５—　再铺一层针刺无纺土工布和１０　ｃｍ的细砂垫层。　２．２　ｎｌ软塑或硬塑状粘土、亚粘土，其下为流塑性　（５）真空度稳定在８０　ｋＰａ以上，保持７—１０　大、厚２０—３０　ｎｌ的高压缩性软土。地区地势平坦　天，待地基土达到一定强度后，再继续进行堆载。　３．２材料要求　孙树贤，男，副教授。　（１）目前真空预压都是以竖向塑料排水板代　地质环境条件、介质分布不均匀、电磁波传播速度　然１００　ＭＨｚ天线探测结果效果更好，与实际情况　不均匀等因素的影响，探测结果有一定的误差。在　更接近。同时单纯依靠一种预报方法是不足以准确　满足探测深度的条件下，通过选用不同频率进行探　预报前方地质情况，要与其它的预报方法（超前　测结果叠加可以提高分辨率，特别是针对浅层目标　地质钻探、ＴＳＰ、红外探测等）相结合，综合各种　（埋深３０—５０　ｎ１），这种方法尤其有效。　预报方法的特点，才能保证超前地质预报的准确　（２）在试验选用三种不同频率的天线中，显　性，更好地指导隧道施工。　收稿日期：２００５—１２—２７