地质雷达预报技术在隧洞施工中改进技术研究

1、地质雷达预报技术在隧洞施工中应用技术研究科技研发项目立项申请书*年 * 月项目名称：地质雷达预报技术在隧洞施工中应用技术研究实施单位：* 项目部责 人： *起止时间：* * * *一、项目立项背景 1二、现状和发展趋势 1三、预期科研目标 23.1. 技术攻关目标 23.2. 科研成果目标 3四、项目实施方案 34.1. 技术路线 34.2. 研发方式 44.3. 研发进度 44.4. 研发组织 54.5. 经费预算 6科技研发项目立项申请一、项目立项背景* 水电站工程位于* 省的 * 河上， 是一座高水头、长隧洞引水式水电站工程。大量的隧洞工程建设实践表明，受地质勘察精度、经费等诸多条件的限

2、制，根据地质勘察资料做出的设计与实际不符的情况屡有发生，由此引发了一系列的隧洞塌方、涌水、涌泥、涌砂、岩爆、瓦斯爆炸等灾害，从而给隧洞施工造成极大的危害。因此在隧洞施工期间，采取各种技术、手段和方法对隧洞掌子面前方条件进行及时准确的预测至关重要，它能够提前采取预防措施，有效避免灾害的发生，减少因灾害发生的损失，保证了隧洞的正常施工安全。超前地质预报的方法有许多种，其中地质雷达法在隧洞施工中超前地质预报最为先进。地质雷达法( Ground PenetratingRada )是利用发射天线将高频电磁波以脉冲形式由隧道掌子面发射至地层中，经地层界面反射返回隧道掌子面，由另一天线接收反射电磁波信号，进

3、而通过对反射电磁波信号进行处理、分析与解释， 达到预报隧道掌子面前方地质与地下水的目的。其适用条件为目标地质体与围岩的介电常数差异显著，适用于短距离预报，应用范围为探测喀斯特、断层、破碎带、裂隙及地下水。二、现状和发展趋势2.1 研究现状隧洞建设中对工程地质条件的认知和掌握程度是确保快速、安全修建的决定性因素之一。尽管施工前进行了大量的地质勘察工作， 但由于当前勘察技术手段和方法技术的限制，加上地质体的复杂多变，期望在施工前完全查明工程岩体的状态、特性，准确地预测隧洞施工中可能发生地质灾害的位置、性质和规模是十分困难的。因此， 世界各国隧洞工程界都十分重视超前预报工作。隧洞施工超前预报目前已引

4、起国内外隧洞工程界的重视，也做了许多卓有成效的工作，但是由于对不良地质体的认识和判别存在主观偏差，再加上勘测、测试手段的局限性和人为解译的差异性，因此，难以保证超前地质预报的准确和及时。到目前为止还没有一套系统的普遍适用的方法，国内外隧洞工程的重大地质灾害仍时有发生。因此， 准确预报开挖前方的地质条件是隧洞建设者们的迫切要求， 二十世纪八十年代以来世界各国都把这类问题列为重点研究课题。 但是隧洞施工超前预报又是一项复杂而艰难的任务，尚需在工程实践中不断创新、优化、总结、完善和提高，要真正搞好隧洞施工超前预报任重道远。2.2 发展趋势应用地质雷达法进行超前预报，在钻爆施工的隧洞中使用相对较多，

5、如太平驿水电站引水隧洞、海南高速公路东线大茅隧洞等工程中应用，均取得了较好的应用效果。今后的发展趋势主要有以下三点：一、 提高地质雷达图像解释的精确度和准确性；二、 隧道施工定量化超前预报理论与技术，定量化探测目标是实现可靠、准确、实用、有效的预报技术，定量化探测的核心内涵和关键问题是压制多解性的问题和突破定量探水难题；三、 单一的地质雷达法解释成果应结合掌子面的观测、超前钻探探查等方法，可以有效提高预报的可信度。三、预期科研目标3.1. 技术攻关目标3.1.1 拟解决的关键问题、难点(1) 预测围岩级别变化及其稳定性。(2) 预测掌子面前方围岩含水状态及其变化。(3) 预测掌子面前方软弱夹层

6、、岩性变化情况。(4) 预测掌子面前方断层、密集节理带的发育情况。3.1.2 项目完成时需达到的技术指标和水平及考核指标通过地质超前预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置及规模、围岩结构的完整性、含水的可能性，为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据，并为预防隧道涌水、突泥、 顶拱坍塌等可能形成的灾害性事故及时提供信息，使施工单位提前做好准备，保证施工安全，同时还可避免大量施工成本浪费。确保隧道安全、顺利、如期完工，且满足设计要求。对各个阶段的技术经验和解释经验及时分析、归纳和总结,为后续类似工程提供参考。3.2. 科研成果目标省部级科技奖1 项四、项目实施方案(

7、1) . 技术路线拟采用的研究方法如下：(1)对项目现场工区地质条件进行对比试验，以确定方法的适用性、 有效性以及探测距离等，其后选择适用性最强的设备进行后续地质雷达预报工作。(2) 确定雷达探测参数。其有助于避开干扰信号，便于后期数据处理、解译和图像判定。主要的雷达参数包括介电常数、波速、时窗长度等。(3) 在地质雷达测试和开挖后地质编录验证的基础上，建立岩层软弱区、含水带、密集节理带、断层、裂隙密集带等典型地质体与地质雷达图像、波形特征之间的对应关系。(4) 在对地质雷达数据进行处理和分析的基础上，可获得雷达探测图像，推断掌子面前方异常目标体的分布状况，从而实现超前地质预报的目的。4.2.

8、 研发方式本课题拟集中项目部自有技术、生产力量，同时联合设计院及厂家开展相关科研攻关。公司总部、设计院等技术专家为本课题提供技术支持。4.3. 研发进度 * 年 *月 * 年 *月计划研究内容：三个厂商针对* 项目现场工区地质条件进行对比试验，以确定方法的适用性、有效性以及探测距离等，其后选择适用性最强的设备进行后续地质雷达预报工作并确定其雷达探测参数。阶段成果：(1)确定适用于*项目隧洞地质雷达法的设备。(2)确定地质雷达法的预测深度。(3)确定雷达探测参数，主要的雷达参数包括介电常数、波速、时窗长度等。 * 年 *月 * 年 *月计划研究内容：在地质雷达测试和开挖后地质编录验证的基础上，建

9、立岩层软弱区、含水带、密集节理带、断层、裂隙密集带等典型地质体与地质雷达图像、波形特征之间的对应关系。在对地质雷达数据进行处理和分析的基础上，可获得雷达探测图像，推断掌子面前方异常目标体的分布状况，从而实现超前地质预报的目的。阶段成果：(1)* 项目典型地质体的地质雷达图像及波形特征。(2)准确预测隧道掌子面前方岩层软弱区、含水带、裂隙密 集带及断层等发育情况。*年*月*年*月成果总结：分析研究*项目岩层软弱区、含水带、密集节理带、断层、裂隙密集带等典型地质体与地质雷达图像、波形特征之间的对应关系；总结能够提高地质雷达图像解释的精确度和准确性的方 法；总结如何能做到定量化探测及突破定量化探水的

10、难题等。为今后此区域的地质预报工作提供准确依据。4.4. 研发组织(1)研发团队本课题拟集中项目部自有技术、 生产力量，同时联合设计院 及厂家开展相关科研攻关。公司总部、设计院等技术专家为本课 题提供技术支持。(2)研发仪器设备(3)研发办公(实验)场地场地为*项目所有施工隧道(总里程*Km )项目组研究人员序 号姓名年龄学历现从事专业职称所在单位在本项目中承担 工作1项目管理工程师项目经理2技术管理教高技术总负责3技术管理工程师技术管理4工程地质高工技术管理序 号姓名年龄学历现从事专业职称所在单位在本项目中承担 工作5工程地质工程师项目开发6工程地质工程师项目开发7工程地质工程师项目开发8工程地质工程师项