梗 堕瞳遵王壅旦 ｅ＆ Ｅ ｇｉ 里 地质雷达在 黄土隧道中做超前地质预报 的 应用研究 孔保林 （青红高速公路管理处，河北邯郸０５６００２） 摘要：超前地质预报是根据地表和已开挖隧道的地质调查和各种探测方法取得的资料，以ｃｌｏｇ质推断法预测开挖工作面 前方一定长度范围内围岩的工程地质和水文地质条件。隧道施工时应根据设计图纸和现场具体情况做好地质超前预报工作． 并及时反馈预报结果，以便修改支护参数或开挖方式，确保施工和营运的安全。 关键词：地质雷达；超前地质预报；隧道；支护；开挖 中图分类号：Ｕ４５２．１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—４７８６（２０１２）１１一叭１２—０２ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｆｏｒｅｃａｓｔ Ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ Ｇｒｏｕｎｄ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｒａｄａｒ ｉｎ Ｌｏｅｓｓ Ｔｕｎｎｅｌ Ｋ０ＮＧ Ｂａｏ—ｌｉｎ （Ｑｉｎｇ—Ｈｏｎｇ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｏｆｆｉｅｅ，Ｈａｎｄａｎ ０５６００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｉｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｔｈａｔ ｔｏ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｈｙｄｒｏ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｌｌ ｒｏｃｋ ｗｉｔｈｉｎ ｃｅｒｔａｉｎ ｒａｎｇｅ ｉｎ ｆｒｏｎｔ ｏｆ ｅｘｃａｖａｔｉｎｇ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄａｔａ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｓｕｒｖｅｙ ｏｎ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ ｅｘｃａｖａｔｅｄ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ ｖａｒｉｏｕｓ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ａｄｖａｎｃｅｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｄｒａｗ－ ｉｎｇ ａｎｄ ｆｉｅｌｄ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｆｅｄ ｂａｃｋ ｉｎ ｔｉｍｅ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｍｅｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｒ ｅｘｃａｖａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｎｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｒａｄａｒ；ａｄｖａｎｃｅｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｏｒｅｃａｓｔ；ｔｕｎｎｅｌ；ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ；ｅｘｃａｖａｔｅ １ 工程概况 为１０３ｍ。隧道总体走向为南西一北东．左、右线 进洞口位于河北省张家口市太师湾村北约０．５ｋｉｎ处， 出洞口位于河北省宣化市南庄子村南２ｋｍ处。隧道 张承高速公路张家口至崇礼段是河北省高速公 路网布局的组成部分，也是张家口市公路网的高速 干线之一，在全省高速公路网中具有举足轻重的地 位。 进口处有通往山顶的简易路，若要利用还需改造； 出口处有从水泉村通往山区的简易路，机械车辆搬 运较方便，若要利用还需改造，施工条件较好。 ２ 地质雷达工作原理 地质雷达（Ｇｒｏｕｎｄ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｒａｄａｒ．简称ＧＰＲ） 方法是一种用于探测地下介质分布的广谱（１ＧＨｚ～ 草帽山隧道隧址区位于张家口一宣化盆地．属 低山丘陵区，为北西一南东向展布的低山．地势总 体中部高、两侧低。分别向南西、北东两侧盆地倾 斜。两侧为山前倾斜平原向盆地区过渡。隧道进口 和出口处地势平缓、开阔。草帽山呈长条带状。山 ２ＧＨｚ）电磁技术。地质雷达是基于地下介质的电性 差异，向地下发射高频电磁波，并接收地下介质反 射的电磁波进行处理、分析、解释的一项工程物探 岭浑圆，山坡平均坡度多在２４。以上，由于开山挖 石等人为作用，有较多陡崖和松散堆积碎石堆。区 内山顶高程为７８１ｍ，山地高程为６７８ｍ，相对高差 技术，其工作原理如图２一ｌ所示 １１２ｆ交通标准化 Ｂｒｉｄｇｅ＆Ｔｕｎｎｅｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ桥梁与隧道工程 ＿Ｌ—————Ｌ、 ， ‘‘ ‘ ‘１器 ｌ 。 ‘‘．．．．，一 —————ｋ、 ‘ ‘［ ｌ 器ｌ ’‘‘‘‘．．． ．．／． ．．．。． ．＼． ． ． 。 ． ．． ． ． ． ． Ｉ． ． ． ． ． ． 一 ． ． 一 ． ． ． ． ． ． ． ． ＼． ． ． ． ． ． ． ． ． 、 ． ． ． ． ． ・介．质．．０ ０． 一 一 一 － ＩＬ＿介： ‘ 一 一 ・ 质一 ．． ・ ・ － ・ 一 ’ ‘ ‘ ’ ‘ ＼， 一 ‘ ’ 一 一 ’ 一 ‘ ・．．＼～—‘ 物体＼／． ．一． ‘．” ‘ ／ 一 一 一 ’一一 ‘ 图３－１ 超前地质预报天线 图２—１ 地质雷达工作原理 ３．２ 超前地质预报内容分析 探地雷达的基本原理是：由发射天线辐射一 个电磁波，当遇到介质分界面或地下异常体时， 该电磁波被反射回来，并被接收天线接收，该记 隧道地质超前预报的主要内容包括：隧道掘进 掌子面前方一定距离范围内围岩级别及岩体的破碎 程度、富水情况、是否存在断层破碎带及软弱夹层 录信号形成一类似于地震记录信号的图像。其工 作过程是：由发射天线送人地下一高频电磁脉冲 波，当其在地下传播过程中遇到不同的目标体（岩 土体、空洞等）的电性介面时，有部分电磁能量被 反射回来，被接收天线所接收，并由主机记录， 得到从发射经地下界面反射回接收天线的双程走 时ｔ。地质雷达方法是由已知条件推断未知情况的 方法，当地下介质的波速已知时，可根据测得的 等水文地质情况；推断隧道掘进掌子面前方一定距 离范围内地质异常体在隧道线路上的具体里程及其 与隧道立体相交的位置、规模等；隧道附近未被揭 露的隐伏地质异常体的分布情况。图３—２是对草帽 山隧道左线Ｋ２＋０２８断面进行的超前地质预报图， 为草帽山左线出口掌子面对着掌子面发射和接收所 采集的雷达剖面图。 草帽山左出口 ０ ０ ｌ ２ ￡ｄ 距离／ｍ ３ Ｚ ●■ ● ４ ｔｔ ５ ６ ７ 口 ｄ —【 ８ 精确ｔ值求得目标体的位置和埋深。根据反射波组 的波形与强度特征，通过同相轴的追踪，可研究地 下介质特征及地下结构。确定反射波组的地质含 义。 ＾ ＊０鲥●ｒ ∞ １００ 一‘ Ｒ 硬‘ 匿职 Ｕ‘‘ 园 抖 眄翱瞄堕■■＾Ｉ 一…………一 。蹑Ｉ、ｎ】ｌ－ ■ｄ■■●●■ ３ 超前地质预报及内容分析 ３．１ 超前地质预报 ２００ 研讳嘲 蹑 — 盈毋硐啊强 一—・ ‘ ｘ 珏 镩 霹； ——∞强 …一 厘 ５ ｃ●Ⅺ【ｆｒ’－－・－一‘一 ０ 窖 ３００ 超前地质预报预测的目的是通过对掌子面附近 不利地质条件的不断查明，以便为针对性措施和有 效施工方案的确定提供依据，并最终实现隧道施工 ４００ 藿 譬 Ｘ ｑ 感赋 翰鳗 酗 ｌ 瞳 的信息化和长期安全，是做好动态设计、动态施工 的重要环节。 ５ｏ０ ｆ 溺ｉ＿Ｉ！Ｉｌ弊嘲 Ｉ 盔 ｛ｉ 祛 滋鞠 黼 幽３－２ 超前地质预报雷达图 超前地质预报是根据地表和已开挖隧道的地质 调查和各种探测方法取得的资料，以及地质推断法 根据图３—２中雷达波形的频率特征由浅入深进 行分析。可见： 预测开挖工作面前方一定长度范围内围岩的工程地 质和水文地质条件。隧道施工时应根据设计图纸和 现场具体情况做好地质超前预报工作．并及时反馈 ａ）２ｍ以上被１００Ｍ天线自身直达波淹没．无法 进行分辨： ｂ）２ｍ以下雷达反射波为低频的多次震荡．现 场观察可知掌子面前方围岩为黄土： ｃ）剖面中间部分频率最低，震荡最为强烈，是 由于掌子面中间部分堆积了部分松散的渣土，根据 预报结果，以便修改支护参数或开挖方式，确保施 工和营运的安全。采用地质雷达进行超前预测预报 时，预测预报距离应控制在３０ｍ以内，每两次预报 位置搭接长度不得小于５ｍ。图３—１所示为超前地质 预报天线。 雷达波多次震荡一直向下延伸这一现象可以推断黄 土含水率较低或基本不含水： ２０１２年６ＦＪ第１１期ｌ１１３
