下香坑隧道進(jìn)口地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)6.11

1、下香坑隧道進(jìn)口 地質(zhì)雷達(dá)短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào) DK385+603-DK385+618（下第01號(hào)）報(bào)告石家莊鐵道學(xué)院橋隧施工地質(zhì)技術(shù)研究所2009年6月12日一、前言受中鐵十四局向莆鐵路FJ-3A標(biāo)指揮部委托，對(duì)下香坑隧道進(jìn)口 DK385+603掌 子面前方應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。洞內(nèi)探測(cè)于 2009年6月11日下 午進(jìn)行，6月12日進(jìn)行室內(nèi)資料整理并編制報(bào)告。二、地質(zhì)雷達(dá)原理及方法（一）儀器設(shè)備1、地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)簡(jiǎn)介：探地雷達(dá)是一種寬帶高頻電磁波信號(hào)探測(cè)方法，它是利用電磁波信號(hào)在物體內(nèi)部 傳播時(shí)電磁波的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)的。雷達(dá)組成和工作原理及其探測(cè)方法如下： 地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)主要由以下幾部分

2、組成（圖1所示）：（1） 控制單元：控制單元是整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的管理器，計(jì)算機(jī)（32位處理器）對(duì) 如何測(cè)量給出詳細(xì)的指令。系統(tǒng)由控制單元控制著發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，同時(shí)跟蹤當(dāng) 前的位置和時(shí)間。（2）發(fā)射機(jī)：發(fā)射機(jī)根據(jù)控制單元的指令，產(chǎn)生相應(yīng)頻率的電信號(hào)并由發(fā)射天 線將一定頻率的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁波信號(hào)向地下發(fā)射，其中電磁信號(hào)主要能量集 中于被研究的介質(zhì)方向傳播。（3）接收機(jī)：接收機(jī)把接收天線接收到的電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并以數(shù)字信 息方式進(jìn)行存貯。（4）電源、光纜、通訊電纜、觸發(fā)盒、測(cè)量輪等輔助元件。本次工作使用美國(guó)產(chǎn)的SIR-3000型地質(zhì)雷達(dá)，選用100MHz屏蔽天線。1圖1雷達(dá)系統(tǒng)組成示意圖（二）基

3、本原理探地雷達(dá)（Ground Penetrating Rada，簡(jiǎn)稱GPR）依據(jù)電磁波脈沖在地下傳播的原理進(jìn)行工作。發(fā)射天線將高頻（106109Hz或更高）的電磁波以寬帶短脈沖形 式送入地下，被地下介質(zhì)（或埋藏物）反射，然后由接收天線接收（如圖 2）。由公九深度K和范國(guó),探地當(dāng)達(dá)主妥利用寬帯離頻時(shí)域電備脈沖波的反券探測(cè)目的依W對(duì)達(dá)根搏測(cè)得的雷達(dá)波走時(shí).自動(dòng)求出反射物的圖2雷達(dá)的測(cè)試原理及其探測(cè)方法2根據(jù)電磁波理論，當(dāng)雷達(dá)脈沖在地下傳播過(guò)程中，遇到不同電性介質(zhì)交界面時(shí)， 由于上下介質(zhì)的電磁特性不同而產(chǎn)生折射和反射。使用相應(yīng)雷達(dá)資料處理軟件，進(jìn)行資料處理。對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行了預(yù)處理、增益調(diào) 整、濾波和

4、成圖等方法的處理。最終得到各測(cè)線的成果圖，以此對(duì)隧道前方的地 質(zhì)情況做出預(yù)報(bào)。三、資料整理及分析方法1將每條測(cè)線進(jìn)行編錄整理、歸一化測(cè)線長(zhǎng)度，使得每條測(cè)線的探測(cè)資料具有 統(tǒng)一的道間距、采樣間隔和時(shí)間窗口，再經(jīng)過(guò)基本的信號(hào)濾波等方法對(duì)探測(cè)資料 進(jìn)行數(shù)字化處理，以達(dá)到提高信號(hào)信噪比，剔除干擾信號(hào)的目的。2、通過(guò)對(duì)掌子面圍巖的判定，確定解譯介電常數(shù)。3、編輯圖象所顯示的最適合顏色，以期達(dá)到最好的顯示效果。4、通過(guò)對(duì)電磁波反射波振幅強(qiáng)度的分析，確定圍巖的巖石力學(xué)性質(zhì)及地下水狀 況。3下香坑隧道進(jìn)口地質(zhì)雷達(dá)短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)通知書2009年06月12日一、本次探測(cè)測(cè)線布置：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，掌子面下部、中

5、部各布置一條垂直 于隧道軸線走向的水平雷達(dá)測(cè)線。在拱頂布置兩條垂直于隧道軸線走向的水平測(cè) 線。測(cè)線布置如圖3、4所示。掌子面3.5測(cè)線4測(cè)線1.81.6m 測(cè)線 2左右左右圖3掌子面測(cè)線1和2的布置（剖面圖）圖4拱頂測(cè)線3和4的布置（平面圖）二、本次探測(cè)的技術(shù)參數(shù)確定1、 天線頻率的確定：探測(cè)目的是超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，所以頻率選定100MHz。2、 介電常數(shù)確定：掌子面前方主要為弱風(fēng)化花崗巖，介電常數(shù)確定為&3、每次掃描的樣品數(shù)：1024個(gè)/次4、每秒采集到的掃描數(shù)：64個(gè)/秒三、雷達(dá)探測(cè)具體預(yù)報(bào)結(jié)果（一）下香坑隧道進(jìn)口掘進(jìn)前方（DK385+603-DK385+618）：根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)在隧道掌子面探測(cè)

6、數(shù)據(jù)圖像（見附圖1）分析，在掌子面前方15m（DK385+603-DK385+618）內(nèi)變化如下：在測(cè)線中部 5.6 m15 m電磁波反射發(fā) 育，4 6m測(cè)線3振幅明顯增強(qiáng),同相軸不連續(xù)，推斷掌子面前方 DK385+608.6-DK385+618中部為 含水密集節(jié)理帶，且含水量較大。（二）下香坑隧道進(jìn)口掌子面拱頂上方 15m：根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)在隧道掌子面拱頂探測(cè)數(shù)據(jù)圖像(見附圖2)分析，在掌子面拱頂15 m內(nèi)地質(zhì)情況如下：測(cè)線3在距離左邊墻5.77.95 m的范圍內(nèi)電磁波反射振幅 明顯增強(qiáng)，同相軸不連續(xù)。推斷為富水的密集節(jié)理帶，且向上延伸至少有10 m0測(cè)線4在距離左邊墻6.49.1 m的范圍內(nèi)電

7、磁波反射振幅明顯增強(qiáng)，同相軸不連 續(xù)。推斷為富水的密集節(jié)理帶，且向上延伸至少有10 m。四、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)分析下香坑進(jìn)口掌子面(DK385+603)圍巖為弱風(fēng)化花崗巖，節(jié)理很發(fā)育，比較明顯 的兩組節(jié)理產(chǎn)狀為NWW290 /10 70和NNE20 /290 73，力學(xué)性質(zhì)分別為張 性和壓性，并可見NNE20走向的壓性節(jié)理切割NWW290走向的張性節(jié)理，基 巖裂隙水沿著NWW290走向的密集張性節(jié)理帶成中股狀流出，涌水量 67m3/ho地質(zhì)平面圖上該里程剛好位于一個(gè)馬鞍部位，容易匯水。通過(guò)資料分 析該里程很容易造成塌方和較大涌水地質(zhì)災(zāi)害，建議采取相關(guān)的防護(hù)措施。五結(jié)論及建議(1) 掌子面前方15m (

8、DK385+603-DK385+618)內(nèi)含水密集節(jié)理帶很發(fā)育，特 別是DK385+608.6-DK385+618區(qū)域含水量較大。結(jié)合地質(zhì)分析，節(jié)理的走向多 為NWW290，力學(xué)性質(zhì)為張性，易導(dǎo)水。(2) 下香坑隧道進(jìn)口掌子面拱頂上方 15m范圍內(nèi)存在明顯的富水節(jié)理帶，經(jīng)計(jì)算測(cè)線3和測(cè)線4兩個(gè)富水帶連線與隧道中軸線夾角大約為15.6 與地質(zhì)推斷NWW290走向的張性節(jié)理與隧道中軸線夾角 20接近，說(shuō)明地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)情況和 地質(zhì)分析結(jié)果一致。由計(jì)算推斷該富水帶向掌子面掘進(jìn)方向延伸大約12m的距離，最后從掌子面左側(cè)消失。即 DK385+603DK385+615范圍內(nèi)掌子面拱頂該 富水帶仍然存在。通過(guò)掌子面地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)以及現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況分析獲知，從DK385+595開始，推斷到DK385+618區(qū)域內(nèi)存在一組NWW290走向的明顯富水密集節(jié)理帶，另外， 雷達(dá)探測(cè)的同軸不連續(xù)反映出見 NNE20走向的壓性節(jié)理與NWW290走向張性 節(jié)理相互切割使得圍巖明顯破碎，再加上水的沖刷，很容易造成塌方和大涌水， 掘進(jìn)過(guò)程中，開挖面不易過(guò)大，控制好掘進(jìn)進(jìn)尺，最好采取注漿等措施加固圍