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地质雷达在隧道施工超前地质预报中的应用研究

发布时间:2019-05-23 11:44所属分类:教育论文浏览:1

[摘要]简要介绍了隧道施工中超前地质预报的重要性,以及地质雷达超前地质预报的基本原理。以某隧道为例,采用多个天线的地质雷达对掌子面前方不良地质体进行探测,预报结果与现场开挖验证情况较为吻合,表明通过采用多个天线提高了对掌子面前方不良地质体探

  [摘要]简要介绍了隧道施工中超前地质预报的重要性,以及地质雷达超前地质预报的基本原理。以某隧道为例,采用多个天线的地质雷达对掌子面前方不良地质体进行探测,预报结果与现场开挖验证情况较为吻合,表明通过采用多个天线提高了对掌子面前方不良地质体探测的准确性。

  [关键词]隧道;超前地质预报;地质雷达

四川建筑科学研究

  0前言

  隧道施工过程中,特别是地质条件复杂的工程地质条件下,超前地质预报的应用越来越频繁。隧道施工过程中的溶洞、断层破碎带等不良地质体进行及时、准确地预报,对隧道施工安全有重要意义。地质雷达具有快速、无损、连续探测、探测结果直观等优点,对隧道施工超前地质预报有较好的探测效果。

  1雷达探测原理

  地质雷达[1-2]由主机、天线和数据采集系统等几部分组成。根据电磁波在有耗介质中的传播特性,发射天线向掌子面背后发射电磁波。电磁波在介质中传播时,其传播路径、电磁场强度和波形将随所通过介质的电性和几何形态的变化而变化,地质雷达主机将对此部分的反射波进行适时接收,对接收到的数据进行一系列处理后得到雷达图像,根据得到的雷达图像即可预报掌子面前方的地质情况。

  电磁波在介质中传播时,当遇到存在电性差异的目标体,如溶洞、分界面等时,电磁波发生反射,在对接收到的雷达波进行处理和分析的基础上,根据接收到的雷达波形、强度、双程时间等参数可探测掌子面前方的不良地质体。

  2工程实例

  2.1地质雷达探测结果

  2.1.1天线选择

  本次采用意大利雷达对某隧道掌子面进行超前地质预报探测,中心频率的选择应既能满足分辨率的要求又能满足检测深度的要求。当地质条件复杂,可选择两种及两种以上不同频率的天线进行探测[3]。当多个频率的天线都能满足探测深度的要求时,可选择频率相对较高的天线进行探测。根据探测深度、围岩类型及检测部位的不同,天线中心频率可在40MHz~200MHz之间选择,本次采用200MHz天线、40MHz天线进行探测。

  2.1.2测线布置

  在掌子面上布置1条横向测线,横向测线可以很好的反映掌子面前方范围内各个部位的地质和围岩情况。

  2.1.3地质雷达图像

  地质雷达灰度剖面是地质雷达资料解释的基础,若掌子面后方介质中存在电性差异,就可以在雷达剖面图中找到相应的反射波与之对应。根据相邻道上的反射波对比,把不同道上同一个反射波相同相位连接起来的对比线称为同相轴,雷达剖面图的识别主要是确定具有相同特征的反射波的同相轴。洞穴的反应波形一般是由许多细小的抛物线组成的一块较大区域,与周围波形存在明显差异。对采集的雷达数据进行处理后可得到地质雷达图像。

  定义掌子面里程为DK0+000,据雷达图像分析可知,左侧位置DK0+001~007岩体破碎,存在溶洞不良地质体,右侧位置碎DK0+001~007岩体破碎,存在溶洞不良地质体。

  2.2现场开挖验证

  为验证地质雷达的预报结果,现场对存在溶洞缺陷的掌子面后方土体进行开挖。经过开挖,雷达图像中的缺陷位置与实际地质分布情况一致,地质雷达预报大大提高了对掌子面后方溶洞缺陷的预报效果,经过开挖,雷达图像中的缺陷位置与实际地质情况吻合较好,地质雷达超前预报大大提高了对掌子面后方不良地质体的预报效果,采用地质雷达超前预报可及时、准确地对掌子面前方的地质情况进行预报,对隧道施工安全有重要意义。

  3结语

  对某隧道掌子面进行了超前地质预报探测,掌子面后方存在溶洞不良地质体,后经过开挖,雷达图像中的缺陷位置与实际地质情况吻合较好,地质雷达预报大大提高了对掌子面后方溶洞缺陷的预报效果。地质雷达探测时,中心频率的选择很重要,当地质条件复杂,可选择2种及2种以上不同频率的天线进行探测。根据探测深度、围岩类型及检测部位的不同,本次采用200MHz天线、40MHz天线进行探测。实现了不同频率天线对不同测试深度都有足够的分辨率,效果良好。

  参考文献

  [1]刘金龙,陆伟东,等.混凝土结构缺陷的雷达检测方法研究[J].四川建筑科学研究:2009,35(6):91-93.

  [2]陆伟东,刘金龙,等.混凝土结构厚度的雷达检测[J].无损检测,2009(5):364-366.

  建筑类刊物推荐:《四川建筑科学研究杂志》创刊于1975年,本刊为双月刊,主编:王永维。国内统一刊号:CN11-2103/TN,国际刊号:ISSN1008-1933。《四川建筑科学研究杂志》综合性建筑科学类学术期刊,四川省优秀期刊,核心期刊。本刊的读者对象主要是从事土木建筑工程的科研、设计、施工生产和各单位的基建部门的技术人员,以及大专院校的师生。

  

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