超前地质预报在车里隧道施工中的应用

温永华，邓 超

(1.江西交苑公路工程试验检测中心;2.江西交通职业技术学院)

1 工程概况

赣州至大余高速公路(三益至梅关段)总长58.494km，是江西省进入广东的又一通道。路线起源于南康市三益，途经邓坑里、寨背、新棚下、鹅湾里、石灰窑下、王贵棚下、壕塘、龙珠园、梅山村洋坑，设置隧道穿越大梅关进入南雄市梅岭镇红梅村与韶关路段连通。路线基本呈北东走向，沿章江大致平行延伸，双向四车道，路基宽度26.0m，沥青混凝土、水泥混凝土路面。车里隧道是一座上下行分离的四车道高速公路中隧道。隧道左线里程桩号为K44+645～K45+283，长638m:右线里程桩号为K44+660～K45+316，长656m。隧道区处于由震旦系砂质板岩构成的构造剥蚀低山区，隧道进、出洞口皆位于山腰地带。隧道通过地段地层结构简单，表层均为第四系全新统残坡积碎石土，下部为震旦系(Z12)千枚状板岩及寒武系(∈lnj)砂质板岩组成。区内断裂构造较发育。

2 地质超前预报方法及原理

地质雷达电磁波技术其原理是利用高频电磁波(主频为数百兆赫兹)以宽频带短脉冲的形式，在隧道掌子面通过发射天线传播到掌子面前方围岩内部，经过不同的层面(或目的体)反射后返回至掌子面，被接收天线所接收，并将接收到的信号经过数字处理，形成直观的图象显示出来。这些数字信号和图象同时储存在雷达主机中，再通过传输卡或磁带机将雷达主机中的数据传输到计算机中，利用计算机对接收到的信号进行分析、处理，从而判断掌子面前方围岩分布情况。本次超前预报就是利用地质雷达电磁波技术确定地下介质分布情况。其工作原理如图1所示。

图1 地质雷达工作原理图

脉冲波的行程为:

式中:t为 脉冲波走时(ns，1ns=10-9s);z为反射体深度，m;x为T与R的距离，m;v为雷达脉冲波速，m/ns。

目的层深度的计算式为:

相对于探地雷达所用的高频电磁脉冲而言，岩石介质是以位移电流为主的低损耗介质。在这类介质中，反射系数和波速主要取决于介电常数

式中:“r”为反射系数，“ν”为速度，“ε”为相对介电常数，“с”为光速常数，下角标“1、2”分别表示上、下介质。空气的相对介电常数为1，水的相对介电常数为81，水泥及岩石的相对介电常数为几到十几。

3 短程跟进地质超前预报步骤

3.1 设置雷达参数

雷达天线使用低频100MHz天线，探测范围10m左右，一般采用连续测量，由于现场条件限制，该次采用点测，点距离为0.5～2m;时窗w=400ns。

3.2 布设测线

使用地质雷达作超前预报时，以掌子面前方为探测目标，以拱顶为中心，车里隧道右线进口K44+789测线的具体布置见图2所示。

图2 雷达测线布置示意图

3.3 数据处理

数据处理采用美国GSSI公司开发的RADAN3探地雷达处理解释软件。

3.4 提供地质预报信息

根据雷达探测剖面图，如图3所示。在掌子面前方10m范围内:反射杂乱，同相轴不连续(在2.5～5.0m处同相轴连续性很差)，振幅较强，无明显界面。

图3 雷达图像

4 结束语

根据地质雷达探测结果，并结合掌子面的情况，推测掌子面前方10m范围内地质情况为:围岩节理发育，较为破碎，局部富水，围岩初步定为Ⅳ级。

［1］陈建峰.隧道施工地质超前预报技术比较［J］.地下空间，2003，(1).

［2］李勇，孙喜峰，李廷.隧道施工地质超前预报方法［J］.地质与资源，2004，(2).