地質(zhì)雷達(dá)與TSP在隧道超前地質(zhì)預(yù)報中的使用對比分析

1、地質(zhì)雷達(dá)與TSP在隧道超前地質(zhì)預(yù)報中的使用對比分析摘要：現(xiàn)如今我國基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展非常迅速，隧道工程也在蓬勃興起，人們對隧道的地質(zhì)和質(zhì)量問題也逐漸重視起來。地質(zhì)雷達(dá)勘察是最近幾年應(yīng)用較多的方法，其特點在于分辨率高、效率高。本文就對地質(zhì)雷達(dá)儀器和TSP法進(jìn)行對比分析，明確兩種技術(shù)的優(yōu)缺點，并分析了在今后的工程中如何使兩種儀器相互印證，提高地質(zhì)檢測的準(zhǔn)確程度。關(guān)鍵詞：隧道；地質(zhì)雷達(dá)；TSP；對比在隧道地質(zhì)檢測工作中，重點在于掌握掌子面附近的圍巖信息，能夠?qū)Σ煌膰鷰r狀況使用不同的施工工法。現(xiàn)如今比較常見的兩種探測工具分別為TSP和地質(zhì)雷達(dá)儀器，這兩種儀器的使用范圍越來越廣，本文就對兩種儀器進(jìn)行對比，

2、分析兩者的長處、彌補(bǔ)存在的短處，推動隧道地質(zhì)檢測工作更好的開展。1、工程實例某隧道為上下行分離的高速公路隧道，隧道左線起訖長度為3289米，右線起長度為3238米。左線掘進(jìn)到ZK32+280處時掌子面拱頂?shù)奈恢贸霈F(xiàn)涌水，由于渠道掘進(jìn)方向為反坡段，掌子面同渠道的孔口之間相距15m,積水不能及時的排除，導(dǎo)致隧道中存在少量積水，掌子面位置的積水最深能夠到達(dá)1.3米，最終導(dǎo)致隧道暫停施工。本隧道左線掌子面圍巖的材料為風(fēng)化崗巖，比較堅硬，大多節(jié)理寬度低于1毫米，結(jié)構(gòu)面為閉合狀。節(jié)理2組的間距為0.55米左右，隧道的走向為265度。通過對隧道的實際情況進(jìn)行嚴(yán)格的勘察能夠看出，這段圍巖為三級圍巖，為了了解掌

3、子面附近的地下水狀況，同時了解地質(zhì)構(gòu)造，該工程中分別使用了TSP和地質(zhì)雷達(dá)儀器對圍巖進(jìn)行檢測。2、TSP、雷達(dá)儀器技術(shù)分析2.1 TSP儀器2.1.1 TSP探測儀在本工程中使用的探測儀為TSP203系統(tǒng)，該儀器的主要構(gòu)成部分包括記錄單元、接收單元、爆炸裝置等。2.1.2 TSP操作在進(jìn)行檢測之前要先在隧道的墻邊布設(shè)一條側(cè)線，沿著測線的走向布置一些炮點，以此激發(fā)小型人工地震。通常情況下采集數(shù)據(jù)能夠在任意邊墻上進(jìn)行，如果斷層最先出現(xiàn)在隧道的右邊則炮點就應(yīng)布置在隧道的右側(cè)；為了更加清晰的探測到隧道圍巖可以使用一個炮點剖面兩個接受單元；對于一些比較復(fù)雜的隧道，可以在隧道的兩邊使用兩個炮點刨面進(jìn)行檢測

4、。2.2 雷達(dá)儀器技術(shù)2.2.1工作原理使用地質(zhì)雷達(dá)測試儀進(jìn)行地質(zhì)的檢測，首先由發(fā)射天線向地下介質(zhì)發(fā)射高頻電磁脈沖波，由接受天線接受反射波，通過反射波的幅度和波形來分析介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，地質(zhì)雷達(dá)檢測過程中使用的天線頻率為100MHz。通過電磁波反射系數(shù)公式能夠求得隧道圍巖內(nèi)介質(zhì)的位置以及構(gòu)造，進(jìn)而對圍巖進(jìn)行判斷，為隧道的施工提供強(qiáng)有力的理論依據(jù)。2.2.2設(shè)備構(gòu)成本工程中使用的是美國的SIR-20型地質(zhì)雷達(dá)儀，主要的組成部分包括主機(jī)、天線、電腦、電纜線等。2.2.3側(cè)線布置在采用地質(zhì)雷達(dá)儀器進(jìn)行隧道圍巖預(yù)報時，通常情況下是把雷達(dá)側(cè)線布置在掌子面上，也可以結(jié)合實際情況布置在隧道兩側(cè)的裸露圍巖上。側(cè)線的

5、布置形式為橫豎各兩條，呈井字狀，側(cè)線布置的大小要盡量能覆蓋住掌子面。3、TSP、雷達(dá)儀器檢測結(jié)果分析3.1TSP檢測結(jié)果如圖1和圖2為TSP檢測數(shù)據(jù)參數(shù)成果。通過對圖1的觀察能夠看出，注釋1的位置為橫波波速降低而縱波波速不變的位置，注釋2的位置橫波和縱波比值變化比較顯著，因此能夠推斷這個區(qū)域為富水區(qū)域。通過觀察圖2能夠看出，一共有三條強(qiáng)反射面，由于在這個位置并沒有縱波反射，而橫波又有全反射的性能，所以能夠推斷出這三處為水流通道。因此TSP檢測結(jié)果如下：在ZK32+280ZK32+380內(nèi)，前段縱橫波反射波比較強(qiáng)，在縱橫波比值曲線上顯示ZK32+300ZK32+347段橫、縱的比值較為突出，以此

6、推斷為該段為富水構(gòu)造破碎帶。3.2 地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果圖3和圖4所表示的分別為豎向和橫向的地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果，分析圖3可發(fā)現(xiàn)三條裂縫存在于圍巖之上，它們貫穿于掌子面且存在強(qiáng)反信號。因為水與圍巖存在較大的介電常數(shù)，所以判斷此裂縫為水流通道的依據(jù)就是電磁波在富水區(qū)域強(qiáng)反射的發(fā)生?？v向裂隙和橫向裂隙的距離較近，所以能夠判斷出裂隙之間是連接的，也就形成了水流通道。因此地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果如下：隧道左線圍巖的整體性較高，用水口并沒有溶洞，掌子面前方圍巖的裂隙水較少。由于掌子面圍巖豎向節(jié)理發(fā)育，節(jié)理構(gòu)造面內(nèi)為強(qiáng)風(fēng)化物填充，所以在節(jié)理發(fā)育區(qū)容易出現(xiàn)水流通道。此次圍巖的情況為除了ZK32+286+294.4處掌子面存

7、在節(jié)理構(gòu)造面之外，整體比較完好；在ZK32+298+310為節(jié)理發(fā)育區(qū)，巖體比較零散，是地下水的主要通道。3.3 結(jié)果比較分析TSP的預(yù)報距離大于為120米，而地質(zhì)雷達(dá)的有效距離為30米，所以下面制度重疊的30米段落進(jìn)行分析，也就是ZK32+280+310，通過對二者的預(yù)測結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)一些相同之處和不同之處。3.3.1相同之處二者的相同之處在于都能檢測出不同深度的地下水流經(jīng)，都能檢測出圍巖前20米區(qū)域的完整性和后10米的節(jié)理發(fā)育。3.3.2不同之處二者的不同之處分為三點，首先TSP能夠檢測出圍巖的參數(shù)，并能對圍巖進(jìn)行分級，而地質(zhì)雷達(dá)而不能實現(xiàn)；其次二者對裂隙水流經(jīng)的位置的判斷不同；最后地質(zhì)雷達(dá)

8、儀器能夠檢測出掌子面中裂隙的分布，而TSP不能。3.4地質(zhì)實際情況由于在開挖之前依照地質(zhì)的預(yù)測情況對右側(cè)拱頂?shù)念A(yù)注漿進(jìn)行了改善，有效的控制住了涌水現(xiàn)象，在對隧道進(jìn)行開挖之后發(fā)現(xiàn)，圍巖情況為ZK32+280ZK32+300為III級圍巖，ZK32+300ZK32+310為IV級圍巖，其結(jié)果同TSP、地質(zhì)雷達(dá)二者的預(yù)報結(jié)果基本保持一致。3.5TSP、地質(zhì)雷達(dá)兩者的優(yōu)缺點3.5.1TSP的優(yōu)缺點TSP的缺點在于不能明確結(jié)構(gòu)面在掌子面的位置。優(yōu)點集中表現(xiàn)在可對圍巖參數(shù)和圍巖分級進(jìn)行較為準(zhǔn)確的掌握，具體操作方法為通過地震波在圍巖的傳播速度的計算來得出巖性參數(shù)；除此之外，由于地震波實測結(jié)果的特性，明確反射

9、層的位置會具有更高的精確度，在檢測結(jié)構(gòu)面反射位置時要以TSP的結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)。3.5.2地質(zhì)雷達(dá)的優(yōu)缺點地質(zhì)雷達(dá)的缺點在于難以實現(xiàn)分級處理圍巖的要求，且在同TSP的比較中，檢測精度又不具備優(yōu)越性，特別是在反射面位置較為明確的檢查中表現(xiàn)的更加明顯。但地質(zhì)雷達(dá)的優(yōu)點同樣較為突出，具體包括：易于操作，可實現(xiàn)對掌子面不同位置的探測，可對掌子面中的結(jié)構(gòu)面分布情況做到明確的了解。4、總結(jié)：綜上所述，通過對TSP和地質(zhì)雷達(dá)兩種儀器進(jìn)行對比分析之后能夠看出，在工作上兩者呈優(yōu)勢互補(bǔ)的關(guān)系，兩者都存在一定的優(yōu)勢和一些不足之處，因此在檢測的過程中最好能夠同時使用這兩種方法，對隧道地質(zhì)的檢測進(jìn)行綜合分析，提高地質(zhì)檢測的準(zhǔn)確性，推動隧道工程向著更高的臺階發(fā)展。參考文獻(xiàn)：1 魯光銀，朱自強(qiáng)，韓旭理，熊瑛.高精度地質(zhì)雷達(dá)在隧道地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用J.自然災(zāi)害學(xué)報，2008（04）2 吳忠杰