李偉科

（云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650041）

隧道地質(zhì)常用的地質(zhì)探測(cè)技術(shù)有多種，常見(jiàn)的有瑞雷面波法、地質(zhì)雷達(dá)法以及地震反射波剖面法等，隧道施工中通過(guò)多種探測(cè)方法以獲取子面工程的地質(zhì)情況，從而對(duì)隧道周圍進(jìn)行精確預(yù)報(bào)。隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)主要是借助探測(cè)手段掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的圍巖級(jí)別、圍巖完整度以及不良地質(zhì)特征等情況，對(duì)隧道施工的安全進(jìn)行給予指導(dǎo)。地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測(cè)方法是用于了解地下介質(zhì)其分布狀況的一種電磁波法。其工作原理是確定受測(cè)范圍在無(wú)鐵磁性物質(zhì)大量干擾的前提下，采用寬頻脈沖形式的高頻電磁波，借助發(fā)射天線將其送入指定方向的地質(zhì)中，在受到具有電性差異目標(biāo)體或是地層的反射后，回到地面被接受天線所接受。在地下傳播中的高頻電磁波在經(jīng)過(guò)介質(zhì)時(shí)，該介質(zhì)的集合幾何形態(tài)以及電性性質(zhì)將會(huì)影響電磁波的波形、磁場(chǎng)強(qiáng)度以及路徑等。所以，經(jīng)過(guò)分析、處理以及采集時(shí)域波形，可掌握地下界面以及地質(zhì)體的結(jié)構(gòu)、空間、位置等信息。

1 雷達(dá)探測(cè)技術(shù)對(duì)斷層破碎帶的地質(zhì)探測(cè)

斷層屬于隧道施工過(guò)程中的重要地質(zhì)構(gòu)造，而地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的主要目的則是要明確斷層的規(guī)模、產(chǎn)狀以及空間分布狀況。國(guó)內(nèi)有部分隧道均存在不同程度的斷層現(xiàn)象，例如有些隧道常有巖脈斷層、壓扭性斷層以及巖性的接觸斷層等。斷層帶內(nèi)部還發(fā)育有多種巖體，例如角礫巖、糜棱巖等，此外還有地下水以及斷層泥等物質(zhì)，介質(zhì)的均一性偏低且分布不均勻，電性存在明顯差異，斷層兩側(cè)巖體發(fā)育特點(diǎn)通常具有節(jié)理性與褶皺性。斷層的內(nèi)部的電性差異偏大則為地質(zhì)探測(cè)作業(yè)提供了良好物理基礎(chǔ)。地質(zhì)雷達(dá)在探測(cè)斷層破碎帶的發(fā)育區(qū)時(shí)，自動(dòng)增益的梯度范圍通?？刂圃?～30dB之間，斷層富水帶自動(dòng)增益的梯度存在更大的變化，斷層破碎帶內(nèi)部雷達(dá)圖形的色彩分布散亂，電磁波具有規(guī)律性差、能量衰減迅速等特點(diǎn)，反射波形雜亂無(wú)規(guī)律，幅度變化較大；因?yàn)閿鄬悠扑閹c高效濾波系統(tǒng)均有濾波效果，因此電磁波在斷層破碎帶的穿越過(guò)程中，其頻率程度會(huì)因此而發(fā)生巨變，從高頻轉(zhuǎn)變成低頻。

根據(jù)對(duì)A隧道進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果（如圖 1）發(fā)現(xiàn)，K79+765～K79+771段與K79+776～K79+781段的地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)波形反射波組呈均勻的低幅水平，該段推斷為完整性較高的變質(zhì)石英砂巖。另外K79+772～K79+776 段與 K79+782～K79+785段地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)波形反射波組較強(qiáng)，其緩傾角呈不連續(xù)狀態(tài)，波形紊亂無(wú)序，可推斷出該段斷層破碎帶屬于陡傾角的輝綠巖脈。其中，K79+782～K79+785段巖脈掌子面與走向的平行情況基本一致，脈內(nèi)所組成的物質(zhì)及其強(qiáng)度情況較為均一，巖體結(jié)構(gòu)呈鑲嵌、壓碎狀；K79+772～K79+776段的走向和掌子面交角約為20°，厚度分布較為分散，脈內(nèi)巖體的風(fēng)化情況不一致，裂隙發(fā)育呈壓碎、松散結(jié)構(gòu)。

根據(jù)對(duì)B隧道進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果（如圖 2）發(fā)現(xiàn)，K3+840～K3+847段地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)波形反射波組呈低幅水平，其中有強(qiáng)反射同相軸存在于一些樁號(hào)部位，少數(shù)部位波形較為雜亂，根據(jù)K3+840段掌子面的地質(zhì)情況反映出該段圍巖屬于完整性較高的硅質(zhì)砂巖，其巖體結(jié)構(gòu)主要呈中厚層狀，斷層層面較為發(fā)育，無(wú)水。K3+847～K3+860段之間普遍存在有強(qiáng)反射同相軸，圖中波形雜亂無(wú)序，變化明顯，系巖體存在增大的物性差異，圍巖質(zhì)越往下越差，探測(cè)結(jié)果圖中可明顯看出，電磁波能量在時(shí)間段200～300ns處已相當(dāng)微弱，圖中波形同相軸較為模糊，巖體含水量高，軟弱破碎，電磁波大量能量被吸收。根據(jù)該隧道工程地質(zhì)的整體分布情況以及掌子面調(diào)查情況，可推斷出有斷層存在于K3+847處，K3+847～K3+860段的巖體結(jié)構(gòu)層碎裂、松散狀，圍巖含水量高，破裂。

2 雷達(dá)探測(cè)技術(shù)對(duì)溶洞的地質(zhì)探測(cè)

隧道施工過(guò)程中主要的不良地質(zhì)巖體為巖溶，若隧道中存在巖溶，開(kāi)挖時(shí)極易發(fā)生突水突泥以及坍塌下沉事件，未事先進(jìn)行地質(zhì)探測(cè)而盲目的進(jìn)行隧道施工可能會(huì)引起嚴(yán)重的安全事故以及生產(chǎn)事故。施工前對(duì)隧道巖體的規(guī)模、空間分布、含水率以及充泥情況等信息進(jìn)行探測(cè)是超前預(yù)報(bào)的主要任務(wù)之一。B隧道的進(jìn)出口位置均屬于炭質(zhì)灰?guī)r，該段巖溶發(fā)育較好，隧址中的溶洞主要分布在灰質(zhì)頁(yè)巖巖體的下方，以炭質(zhì)頁(yè)巖作為隔水層，該地段中的溶洞多無(wú)填充物，為空洞，少部分會(huì)存在少許呈流塑狀的紅粘土。B隧道LK3+629～LK3+649段地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)情況（如圖3），該段范圍內(nèi)存在的異常反射體共有3個(gè)，呈雙曲線型，可推斷出該隧道的溶洞地質(zhì)。

3 雷達(dá)探測(cè)技術(shù)對(duì)富水帶的地質(zhì)探測(cè)

B隧道發(fā)育處為山體內(nèi)部的煤層，之前所經(jīng)歷過(guò)的采掘時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)百年，山體內(nèi)部具有大量巷道，巷道以下行巷道為主，有嚴(yán)重的積水情況。一些老煤窿延伸到隧道底部的距離甚至長(zhǎng)達(dá)一百多米，山體中存在大量煤窿增加了隧道施工的困難度與危險(xiǎn)性。常見(jiàn)的介質(zhì)中，水體的介電相對(duì)常數(shù)最大是81，相比基巖介質(zhì)，兩者電性具有顯著性差異。雷達(dá)電磁波在含水破碎帶以及基巖中越過(guò)時(shí)，有強(qiáng)反射情況在界面產(chǎn)生，同時(shí)還會(huì)有散射與散射現(xiàn)象、波形紊亂、頻率降低等情況在含水破碎帶內(nèi)部發(fā)生[2]。

B隧道 LK3+756～LK3+776段地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果中顯示（如圖4），其中 LK3+756～LK3+764段反射波組呈相對(duì)低幅水平，少數(shù)部位有強(qiáng)反射同相軸存在，根據(jù)掌子面的地質(zhì)情況分析結(jié)果可推斷出，LK3+756～LK3+764 段的圍巖主要為砂巖互層、中層煤層以及薄層，巖體松散、破碎，易發(fā)生坍塌，巖體結(jié)構(gòu)層碎狀，構(gòu)造發(fā)育具有節(jié)理性，圍巖偏破碎狀。此外，LK3+764～LK3+776段水平分布有較多具有強(qiáng)規(guī)律性特質(zhì)的強(qiáng)反射同相軸，同時(shí)使深部的巖體探測(cè)受到掩蓋，LK764處出現(xiàn)有雷達(dá)電磁波橫穿隧道柱狀富水帶的異常情況，此處含有豐富的水體，有涌水甚至是突水現(xiàn)象存在的可能，圍巖破碎。

4 雷達(dá)探測(cè)技術(shù)對(duì)裂隙密集帶的地質(zhì)探測(cè)

隧道中的軟弱夾層、巖脈帶以及斷層影響帶等處是存在裂隙密集帶的主要部位，由于具有成分不同且不均勻物質(zhì)存在于裂隙中，與周邊的圍巖形成了差異性電性 。因此，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)對(duì)于巖體中裂隙的探測(cè)具有良好的物理基礎(chǔ)。當(dāng)裂隙表面有雷達(dá)電磁波傳到時(shí)，此處界面將會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的反射波，裂面的平直性與連續(xù)性由同相軸是否連續(xù)反映出；裂隙中若存在不均勻的填充物質(zhì)，電磁波在穿越裂隙時(shí)將會(huì)有波形雜亂無(wú)序、波幅不穩(wěn)定、散射、繞射等情況產(chǎn)生。

A隧道LK79+745～LK79+765段地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果中顯示（如圖 5），LK79+745～LK79+751段反射波組較均勻，呈相對(duì)低幅水平與次塊狀，屬于結(jié)構(gòu)呈鑲嵌、破裂狀的變質(zhì)石英砂巖。LK79+751～LK79+765段有多組呈平行、雜亂狀存在的反射波，可推斷出此處地質(zhì)屬于巖脈條帶與裂隙密集帶。

結(jié)語(yǔ)

地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)對(duì)探測(cè)地質(zhì)的含水性、介質(zhì)分層、溶洞以及斷層等情況的分辨率較高，且地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的成本低廉，探測(cè)效果明顯，在高速公路隧道建設(shè)項(xiàng)目施工中的地質(zhì)探測(cè)中具有良好的發(fā)展前景。

[1]李鎬，仲曉杰，韓煜.地質(zhì)雷達(dá)在隧道富水區(qū)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ)，2010(4)：88-90.

[2]韓曉雷，葉逢春.地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中方法探討[J].西部探礦工程，2009(6)：152-154.

[3]南亞林，韓曉雷，葉逢春，等.地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2009(3)：132-133.