下香坑隧道进口地质雷达预报6.11.doc

下香坑隧道进口 地质雷达短期超前地质预报 DK385+603-DK385+618 (下第01号) 报 告 石家庄铁道学院桥隧施工地质技术研究所 2009年6月12日8一、前言受中铁十四局向莆铁路FJ-3A标指挥部委托，对下香坑隧道进口DK385+603掌子面前方应用地质雷达进行短期超前地质预报。洞内探测于2009年6月11日下午进行，6月12日进行室内资料整理并编制报告。二、地质雷达原理及方法（一） 仪器设备 1、地质雷达系统简介：探地雷达是一种宽带高频电磁波信号探测方法，它是利用电磁波信号在物体内部传播时电磁波的运动特点进行探测的。雷达组成和工作原理及其探测方法如下：地质雷达系统主要由以下几部分组成（图1所示）：（1）控制单元：控制单元是整个雷达系统的管理器，计算机（32位处理器）对如何测量给出详细的指令。系统由控制单元控制着发射机和接收机，同时跟踪当前的位置和时间。（2）发射机：发射机根据控制单元的指令，产生相应频率的电信号并由发射天线将一定频率的电信号转换为电磁波信号向地下发射，其中电磁信号主要能量集中于被研究的介质方向传播。（3）接收机：接收机把接收天线接收到的电磁波信号转换成电信号并以数字信息方式进行存贮。（4）电源、光缆、通讯电缆、触发盒、测量轮等辅助元件。本次工作使用美国产的SIR-3000型地质雷达，选用100MHz屏蔽天线。图1 雷达系统组成示意图（二）基本原理探地雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR）依据电磁波脉冲在地下传播的原理进行工作。发射天线将高频（106109Hz或更高）的电磁波以宽带短脉冲形式送入地下，被地下介质（或埋藏物）反射，然后由接收天线接收（如图2）。探地雷达主要利用宽带高频时域电磁脉冲波的反射探测目的体。 由公式 雷达根据测得的雷达波走时，自动求出反射物的深度z和范围。 图2 雷达的测试原理及其探测方法根据电磁波理论，当雷达脉冲在地下传播过程中，遇到不同电性介质交界面时，由于上下介质的电磁特性不同而产生折射和反射。使用相应雷达资料处理软件，进行资料处理。对数据文件进行了预处理、增益调整、滤波和成图等方法的处理。最终得到各测线的成果图，以此对隧道前方的地质情况做出预报。三、资料整理及分析方法1、将每条测线进行编录整理、归一化测线长度，使得每条测线的探测资料具有统一的道间距、采样间隔和时间窗口，再经过基本的信号滤波等方法对探测资料进行数字化处理，以达到提高信号信噪比，剔除干扰信号的目的。2、通过对掌子面围岩的判定，确定解译介电常数。3、编辑图象所显示的最适合颜色，以期达到最好的显示效果。4、通过对电磁波反射波振幅强度的分析，确定围岩的岩石力学性质及地下水状况。下香坑隧道进口地质雷达短期超前地质预报通知书2009年06月12日一、本次探测测线布置：根据现场具体情况，掌子面下部、中部各布置一条垂直于隧道轴线走向的水平雷达测线。在拱顶布置两条垂直于隧道轴线走向的水平测线。测线布置如图3、4所示。图3 掌子面测线1和2的布置(剖面图) 图4 拱顶测线3和4的布置(平面图)二、本次探测的技术参数确定1、天线频率的确定：探测目的是超前地质预报，所以频率选定100MHz。2、介电常数确定：掌子面前方主要为弱风化花岗岩，介电常数确定为8。3、每次扫描的样品数：1024个/次4、每秒采集到的扫描数：64个/秒三、雷达探测具体预报结果（一）下香坑隧道进口掘进前方（DK385+603-DK385+618）：根据地质雷达在隧道掌子面探测数据图像（见附图1）分析，在掌子面前方15m（DK385+603-DK385+618）内变化如下：在测线中部5.6 m15 m电磁波反射发育，振幅明显增强, 同相轴不连续，推断掌子面前方DK385+608.6-DK385+618中部为含水密集节理带，且含水量较大。（二）下香坑隧道进口掌子面拱顶上方15m：根据地质雷达在隧道掌子面拱顶探测数据图像（见附图2）分析，在掌子面拱顶15 m内地质情况如下：测线3在距离左边墙5.77.95 m的范围内电磁波反射振幅明显增强, 同相轴不连续。推断为富水的密集节理带，且向上延伸至少有10 m。测线4在距离左边墙6.49.1 m的范围内电磁波反射振幅明显增强, 同相轴不连续。推断为富水的密集节理带，且向上延伸至少有10 m。四、现场地质分析下香坑进口掌子面（DK385+603）围岩为弱风化花岗岩，节理很发育，比较明显的两组节理产状为NWW290/1070和NNE20/29073，力学性质分别为张性和压性，并可见NNE20走向的压性节理切割NWW290走向的张性节理，基岩裂隙水沿着NWW290走向的密集张性节理带成中股状流出，涌水量67m3/h。地质平面图上该里程刚好位于一个马鞍部位，容易汇水。通过资料分析该里程很容易造成塌方和较大涌水地质灾害，建议采取相关的防护措施。五 结论及建议（1）掌子面前方15m（DK385+603-DK385+618）内含水密集节理带很发育，特别是DK385+608.6-DK385+618区域含水量较大。结合地质分析，节理的走向多为NWW290，力学性质为张性，易导水。（2）下香坑隧道进口掌子面拱顶上方15m范围内存在明显的富水节理带，经计算测线3和测线4两个富水带连线与隧道中轴线夹角大约为15.6，与地质推断NWW290走向的张性节理与隧道中轴线夹角20接近，说明地质雷达探测情况和地质分析结果一致。由计算推断该富水带向掌子面掘进方向延伸大约12 m的距离，最后从掌子面左侧消失。即DK385+603DK385+615范围内掌子面拱顶该富水带仍然存在。通过掌子面地质雷达探测以及现场地质情况分析获知，从DK385+595开始，推断到DK385+618区域内存在一组NWW290走向的明显富水密集节理带，另外，雷达探测的同轴不连续反映出见NNE20走向的压性节理与NWW290走向张性节理相互切割使得围岩明显破碎，再加上水的冲刷，很容易造成塌方和大涌水，掘进过程中，开挖面不易过大，控制好掘进进尺，最好采取注浆等措