隧道地质雷达斜井11-23

西铁车 2号隧 道 斜 井 DHXJO+665 掌 子 面 处探地雷达法超前地 质 预 报 报 告编 号：No.1施工单位：中铁二十局集团有限公司探测单位：同济大学山西中南部铁路隧道探测组 探测日期：2010 年 11月 22日报告日期：2011 年 11月 23日西 铁 车 2号 隧 道 探 地 雷 达 法 超 前 地 质 预 报 报 告现场操作： 报告编写： 报告审核：同济大学山西中南部铁路隧道探测组二一年十一月二十三日 前言为了给西铁车 2 号隧道施工提供指导性资料，同济大学西铁车隧道探测组于 2010 年 11 月 22 日对西铁车隧道斜井 DKXJO+665 处掌子面进行了探地雷达法物探超前调查，目的是查明沿掌子面深度(前方 ) 30m 范围内是否存在断层、溶洞或松散区等不良地质现象以及水文地质情况，起到确保施工安全、减少地质灾害、降低危害程度的目的，并为工程优化设计提供地质依据和编制竣工文件提供地质资料。本次地质超前预报工作在 DKXJO+665 掌子面处布置探测曲线共 4 条。一、工程与地质概况西铁车 2 号隧道位于沂源县南山村，隧道穿越碌碡崖、涝崮顶等悬崖陡坡及山间河谷区，其里程为 DK1076+119DK1083+970，全长 7851m，进出口线路设计路肩标高分别为 312.205m 和351.968m，洞身最大埋深 234m，最小埋深约 27m。隧道穿越低山丘陵区，冲沟发育，其地面标高处于 296m565m 之间，相对高差最大约 26.9m，自然坡度较陡。隧道穿越的地质岩性以强风化弱风化灰岩为主，其次为粉质粘土、细角砾土、页岩和花岗岩等。该区域存在岩溶、断层等不良地质现象，且地表水埋深仅 0.5m，存在岩溶裂隙水。在隧道 DK1080+356 处设置一斜井，斜井与隧道正洞成 89交角，斜井隧道全长 665m。斜井隧道围岩以 强弱风化灰岩为主，局部夹页岩，该段岩体节理裂隙发育，存在岩溶裂隙水和岩溶较发育。探测里程 DKXJ0+665DKXJ0+635 段地质特征见表 1。表 1 斜井隧道探测里程段地质特征里程范围 地质特征DKXJO+665 DKXJO+635由强风化弱风化灰岩组成，局部岩体破碎，裂隙发育，岩体完整，岩溶较发育。二、探测仪器及其基本原理1、探测仪器使用仪器为中国电波传播研究所开发的最新产品 LTD-2100 探地雷达（见图 1-1） ，配置 100MHz 天线（见图 1-2） 。图 1-1 LTD-2100探地雷达主机 2、基本原理探地雷达工作时，向地下介质发射一定强度的高频电磁脉冲（几十 MHz 至上千 MHz） ，电磁脉冲遇到不同电性介质的分界面时图 1-2 配套 100MHz天线即产生反射或绕射，探地雷达接收并记录这些信号，再通过进一步的信号处理和解释即可了解地下介质的情况。相对于探地雷达所用的高频电磁脉冲而言，通常工程勘察和探测中所遇到的介质都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，如下式：式中： 为反射系数， 为速度， 为相对介电常数， 为光速，下角标分别表示上、下介质。在常见介质中，相对介电常数最小的介质是空气，其相对介电常数为 1。相对介电常数最大的介质是水，其相对介电常数为 81。当电进入地下遇到不同电性介质的分界面时，会出现反射（图 2-1） 。如果是规则的管线或空洞，在雷达剖面上将出现典型双曲线图像（图 2-2） 。图 2-1 探地雷达原理示意图 图 2-2 探地雷达剖面记录示意图c 21r三、探测方法1、野外探测方法依据工程探测目标体的材料特征和结构特征，结合以往经验，选择 100MHz 天线进行探测，该天线通过光纤进行光电隔离传输进行触发，以消除收发机的信号传输干扰，同时将上千伏的高压脉冲馈入天线进行探测。探测时，在布设的测线位置上使天线尽可能的贴近掌子面上移动，以保证天线对掌子面的耦合性；主机由单人操作，随天线均匀移动。根据现场调试分析结果，确定主要参数如下：(1)每道（即每个地面采样点）记录长度 550 ns，2048 个时间采样点；(2)采用 9 点分段增益，由浅至深线性增益；(3)介电常数 7。(4)为了消除外界干扰，选用 5 道平均的方式。2、测线布置在掌子面上布置探测线，见表 2 和附图 1。表 2 测线布置一览表掌子面所处隧道掌子面里程测线条数 测线编号斜井线 DKXJO+665 4 CY-1、CY-2、CY-3、CY-43、执行标准探地雷达探测方法执行的标准为：（1） 中华人民共和国行业标准城市工程地球物理探测规范（JJ7-2007） ；（2） 中华人民共和国水利水电行业标准水利水电工程物探规程 （SL326-2005） 。4、数据处理采用中国电波传播研究所开发的 IDSP5.0 探地雷达处理解释软件对数据进行处理，处理过程包括预处理和处理分析。（1）预处理步骤：修改文件头参数；标记和桩号校正；剖面翻转和道标准化；添加标题、标识等。（2）处理分析步骤：浏览整个剖面，查找明显的异常；频谱分析；滤波去噪；振幅增强；异常特征和面层对应相位分析；剖面修饰等。四、探测结果与结论1、探测结果掌子面开展了 4 条水平测线的地质超前预报探测工作，分析各测线雷达剖面图像，各测线探测分析结果见测线分析结果表（附表1） 。通过综合对比分析得出掌子面探测综合结果，掌子面雷达探测综合结果见雷达探测解释结果表（表 3） 。表 3 地质雷达探测解释结果表掌子面 里程桩号 推断解释结果DKXJO+665DKXJO+655主要由强风化灰岩组成，岩层呈互层状分布。节理裂隙极发育、破碎，围岩强度低，围岩整体稳定性较差，但未见岩溶裂隙水。 DKXJO+655DKXJO+646推测主要由强弱风化灰岩组成，岩层较为均一，节理裂隙发育，强度较前段略有提高，但自稳性差。该区段未见岩溶裂隙水。DKXJO+665DKXJO+646DKXJO+635主要由强弱风化灰岩组成，节理裂隙极发育，局部破碎，围岩强度低，岩体完整性差。但未见岩溶裂隙水。2、结论斜井隧道探测范围围岩整体较差，主要由强弱风化灰岩组成，围岩裂隙极发育，局部呈破碎状。具体为：DKXJO+665DKXJO+655 以及 DKXJO +646DKXJO +635 两段呈强弱风化互层状，其围岩节理裂隙极发育，围岩强度低，且完整性差；DKXJO +655 DKXJO +646 段岩层均一，推断主要由强弱风化灰岩组成，强度低，完整性差。但本次地质超前预报探测段未见岩溶裂隙水和岩溶现象。鉴于此段围岩的上述特点，隧道开挖过程中极有可能引发掉块和坍塌冒顶等工程地质问题，因此施工时应及时进行掌子面封闭并加强支护预防坍塌冒顶问题。附表及附图附表 1 测线分析及异常解释结果表异常中心位置及异常解释编号 剖面线 Y 里程桩号 Z 异常特征 异常解释665656 1.5 局部强反射 围岩破碎，局部存在极破碎带656646 1.5 水平弱反射 岩层均匀推测极破碎1 CY-1646635 1.5 杂反射，水 平反射 存在岩层不均及局部极破碎665654.5 2.5 局部强反射 岩层软硬不均呈层状，局部极破碎654.5645 2.5 水平弱反射 岩层较均匀推测极破碎2 CY-2645635 2.5 杂反射，局部水平反射 岩层软硬不均呈层状，局部裂隙极破碎665654.5 3.5 局部强反射，水平反射 岩层软硬不均，围岩破碎，局部极破碎654.5648.5 3.5 水平弱反射 岩层均匀，推测围岩极破碎3 CY-3648.5635 3.5 杂反射，水 平反射 存在岩层不均及局部极破碎665655 4.5 强反射，水 平反射 存在水平极破碎岩层655647