隧道地（dì）質條件非常複雜，施（shī）工中（zhōng）常遇（yù）有不確定的地質因素，容易造成各種突發事故，應用超前地質預報技術，可以防止（zhǐ）和（hé）減（jiǎn）少突發事故的出現（xiàn），確保施工質量和安全。本文針對岩溶隧道超前地質預報技術進行了探討，其（qí）中主要分析了地（dì）質雷達法的應（yīng）用。

關鍵詞：岩溶隧道；超（chāo）前地質預（yù）報；技術；地質雷達（dá）法

前言

隨著經濟水平以及科學技（jì）術的增強（qiáng），地鐵包括隧道等一係列地下工（gōng）程也得到了相應的進步，由於隧道的地（dì）質條件非常複雜，所以，在施工過程中應用（yòng）超前地質預報技術非常重要。

1超前地質預報的目的

（1）複查隧道（dào）地質情況，以便更好的指導隧道施工。

（2）降低地質災害發生的機率和危害程（chéng）度。

（3）為優化（huà）工程設計（jì）提供（gòng）依據。

（4）保障施工安全，預防（fáng）質量事（shì）故和安全事故的發生。

（5）為編（biān）製竣工文件、繪製竣工圖提供依據和相關資料。

2超前地質預報技術的方法

目前，人們普遍都很關注隧道超前地質預報問題，其預報技術和（hé）方（fāng）法也非常多，各種方式都具有其自身的特征，怎樣得（dé）到更加準確合（hé）理的預報結果，關（guān）鍵是（shì）要按照地質條（tiáo）件和環境使用（yòng）相應的預報方法。岩溶隧道超前地質預報是以地質調查法為基礎（chǔ），采用鑽探法、物探法相結合的綜（zōng）合超前地質預（yù）報方法。

2.1地質調查法

地質調查法是（shì）一種（zhǒng）傳統的、實用和基本的超前地質預報（bào）方法，具有（yǒu）綜合和指導其它預報方法的作用。此種方法（fǎ）操作非常簡單，對（duì）施工不會造成很大影響和幹擾，可是其適用範圍非常有限，一般多（duō）用在（zài）埋深淺並且地質條件簡（jiǎn）單的隧道（dào），準確性非常高。如果（guǒ）隧道構造（zào）非常複雜或者屬於深埋（mái）性，那麽這個方法操作難（nán）度非（fēi）常大，隻能進行定性分析，所得結果準確性有所（suǒ）欠缺。

2.2物（wù）探法

（1）地震波反射法（TSP）

TSP技術（shù）是通過事（shì）先在隧道裏使用（yòng）小量炸藥，把其用作震源，當震源傳出的（de）地震波遇到節理麵和地（dì）層界麵時，會有相應（yīng）的反射波存在，而有關界麵產（chǎn）狀以及其性質關（guān）係到反射（shè）波的傳播方向、波形、速度、延（yán）遲時間等。通過數（shù）據采集係統收集和處理（lǐ），然後實（shí）施計算，最後形成能夠體現地質體或者界麵狀況的（de）平麵圖、隧道剖麵圖以及地震記錄圖。

（2）地質雷達法

地質雷達法指的是通過應用連續掃描電磁波（bō）反射曲線疊（dié）加法，經（jīng）過在隧道掌（zhǎng）子（zǐ）麵前方（fāng）電磁波的反射和傳播，利（lì）用所測反射脈衝波實施反射麵和隧道掌子麵間的距離計算（suàn）。由（yóu）於電磁波對（duì）水十分敏感，所以（yǐ）在斷裂帶，特別是破碎帶或者含（hán）水帶，地質雷達識別能（néng）力非常高。但這種方法也有一定的不足存在，其探測距離相對非（fēi）常短，並且（qiě）極易遭受隧道（dào）內機電設備和金屬的影響、幹擾，最終影響到探測的精度。本文主要（yào）針對地質雷達法的應用進行深入（rù）的討論。

（3）紅外探測法

紅外探測法主要適用於定性判斷探測點前方有無（wú）水體存在及（jí）其方（fāng）位，不能定量給出水量大小等參數，每25m一次，一次範圍為30m，兩次（cì）重疊長度應在5m以（yǐ）上。

2.3鑽探法

（1）加深炮孔

加深炮孔是利用風鑽或鑿（záo）岩（yán）台車等在隧道開挖麵鑽小而淺（qiǎn）的孔（kǒng）獲取地質信息的一種方法，各種（zhǒng）隧道的地質探測均適用，特別適用於岩（yán）溶發育區。加深（shēn）炮孔不得在爆破殘眼中實施，其孔徑宜與爆破孔相（xiàng）同，孔深較爆破孔加（jiā）深3m以上。孔數、孔位應根據開挖斷麵大小（xiǎo）和（hé）地質複（fù）雜程度確定，在複雜（zá）地段根據具體情況適當增加加（jiā）深炮孔（kǒng）的孔數。

（2）超前鑽孔

超前鑽孔就是要通過鑽（zuàn）孔來探明開挖麵前方有無不良地質和特殊岩土及其發育（yù）情況，有無斷層破碎帶及其發（fā）育規（guī）模，有無發生突（tū）水、突泥的可能，以（yǐ）及其它特（tè）殊目的探測。根據探測目的，盡可能采用衝擊（jī）鑽，必要時采用回轉取芯鑽（zuàn）。地質情況的判別要根據鑽（zuàn）進（jìn）的速度、卡鑽（zuàn）情況、鑽杆震動情況、回轉取芯的岩芯、衝擊鑽產生的岩粉、衝擊器工作時的聲（shēng）響等來（lái）判斷。

3超（chāo）前地質預報中應（yīng）該注意的問題

3.1物探的前提

由（yóu）於岩溶隧道中出現的不良地質體，例如溶蝕裂隙帶、溶洞和富（fù）水岩（yán）溶管道等，和周圍介質（zhì）存在明顯的介電常數差異，進而在雷達剖麵上形成明顯（xiǎn）的雷（léi）達（dá）異常反射信號（hào）。通過（guò）分析（xī）異常（cháng）信號特（tè）征，實現（xiàn）對隧（suì）道掌子麵前方不良地質體性（xìng）質的判釋（shì）。

3.2適用的條（tiáo）件

盡管地質雷達法廣泛應用於岩溶隧道超前地質預報中，但其並不（bú）是在任何情況下都能適（shì）用並取得好的探測效果（guǒ），其關鍵的兩個電（diàn）性（xìng）參數（shù）為介質的相對介電常數和電導率（lǜ）。岩溶（róng）隧道超前探測（cè）中，圍岩的含水情（qíng）況對介質的介電常（cháng）數和電導率影響較大（dà）。所以，一般（bān）情況下，在電導率較小的灰（huī）岩隧道掌子麵上探測，地質雷達法能獲得更遠的探測距離，從而優於其它短距離超前預報方（fāng）法（fǎ）。反之，地質雷（léi）達探測距離（lí）受限，效（xiào）率不高。

3.3測線布置和數據采集模式

原則上，隧道掌子麵地質（zhì）雷達（dá）測線的布置采用“#”或（huò）“豐”字形。然而，當隧道采用台階法開挖或預留核（hé）心土開挖時，測線的（de）布置受（shòu）隧道空間位置（zhì）和現場條（tiáo）件的限製，變得相（xiàng）對艱難。即使如此，地質雷達探測（cè）應在掌子麵至（zhì）少布置2條水平測線，增大（dà）探測範圍和驗證雷達異常。必要的時候，應在隧道兩側邊牆部位適當（dāng）距離範圍（wéi）內增加（jiā）測線。

隧道掌子麵較平整時，多（duō）采用連續掃（sǎo）描的（de）測量方式。當掌子麵平整度較（jiào）差時，多通過點測方式（shì）（測點間距應控製在10～20cm）進行數據采集。綜（zōng）合考慮雷達探測效果、可實施性和安全等因素，數據采集宜采用點測和連續掃描測量相結合的方式進行。

3.4參數的選擇

隧道掌子麵（miàn）地質雷（léi）達探測中，為獲得較大的探測深度（距離），一般使用中心頻率為100MHz或低於（yú）100MHz的天線。現場具體工作中，常使用中心頻率（lǜ）100MHz的屏蔽天線。

時窗的選擇，一般可根據電磁波探（tàn）測目標體的最大距離雙程走（zǒu）時的（de）1.2～1.3倍確定。目前，業（yè）內（nèi）人士多采（cǎi）用（yòng）600～700ns的時窗設置。然而，在含水量較豐富的掌子麵探測時，電（diàn）磁波有效反射信號多在200ns以內，時窗設置為600～700ns則不適宜（yí）。所以，為保證探測（cè）效果，讓大部分電磁波有效信號顯示在采集界麵窗口中，時窗的設置要根據現場情況調試而確定，不要（yào）受“固定思維模式”的影響，為了出具長距離的技術報告（gào）而（ér）忽略了雷（léi）達數據的有（yǒu）效性和可靠（kào）性。

3.5資料的後處理

完整的地質雷達數據處理流（liú）程較多。然而，實際操作（zuò）過程（chéng）中，數據處理流程並不（bú）是一成不變的。正（zhèng）如之前所述，雷達（dá）測線受隧道空間位置和現場條件限製，往往測線長度較（jiào）短，單洞雙線鐵路隧道跨度不（bú）過十幾米，輔助坑（kēng）道則隻有幾米，測（cè）量剖麵（miàn）獲取的雷達信號相對較少。固定的（de）處理流程，可能會（huì）造成雷達剖麵有效信息的過多丟失，不（bú）便於（yú）資料解譯。所以，數據處理（lǐ）過程中（zhōng）應盡量保持原始數據原貌特征。

4典型實例和圖像特征分析

4.1完整岩體雷達圖（tú）像

掌子麵較完整的灰岩，岩體均一性較好（hǎo），介（jiè）電常數差異很小。電磁波在岩（yán）體中傳播時，能量衰減緩慢，雷達反射波強度（dù）很弱，沒有明顯的反射（shè）界麵（miàn）。雷達圖像中反射波形特征表現為：波形均勻且低幅高頻，僅在局部存在稍強反射亮點，如圖所示。

4.2溶蝕裂隙帶雷達圖像（xiàng）

溶蝕裂隙中或為空氣、泥質等方式填充，岩體均一性差，介電（diàn）常數差異較大（dà）。電磁波傳播中遇到溶蝕裂（liè）隙帶時（shí），能量（liàng）衰減較快，特別是高頻（pín）部分，增強了雷（léi）達反（fǎn）射波振幅且具（jù）有很大的變化，波形均一性差，同相軸斷斷續續（xù）不連續。電磁波在溶蝕裂隙帶內產生的反射、繞射和散射等（děng），使得（dé）雷達反射信號波形非常雜亂，並且同相（xiàng）軸連續（xù）性很差（chà），反射波頻率成（chéng）分複雜（zá）。如圖，其（qí）中（zhōng）虛線區域表示溶蝕裂隙發育區（qū）。

4.3溶洞雷達（dá）圖像

溶洞的雷（léi）達圖像特征跟溶洞（dòng）形態（tài）、規模有關。在空溶洞的地質模型上電磁波（bō）衰減相對較緩，溶洞邊界處常形（xíng）成強烈的高頻反射波，且伴隨雙曲（qǔ）線形態的反射波組出現。由於在溶洞體內幾（jǐ）乎沒有反射信號，溶洞（dòng）的前界麵位置容易確（què）定（dìng），但溶洞的（de）後界麵不易識別。下麵第一張圖中，電磁（cí）波在掌子麵前方約370ns處形成連續的強烈反射界麵，溶洞的前界麵容易識別，但溶洞的後界麵不易（yì）確定。綜合上述（shù）圖像（xiàng）特征，判釋為空溶洞（溶（róng）縫）。下麵第二張圖中，電磁波在掌子麵前方約210ns處形成2個強烈的雙曲（qǔ）線形反射界麵，雙曲線（xiàn）頂（dǐng）端開口（kǒu）平緩，顯示溶洞規模較大。類似前麵所述（shù）圖像特征，判釋為大型空溶洞或溶洞群。如圖。其中虛線表

4.4富水岩溶管道雷達（dá）圖像

灰岩地層中岩溶發育強烈時，岩溶的發育已成規模，隧道開挖（wā）過程中，可能遇到已形成的較為大型的岩溶（róng）暗河和管道等。由於圍岩中富含水，電性差異大，電磁波衰減快，雷達反射波形成強烈的低頻反射。如下圖所示，電磁波（bō）在掌子麵（miàn）前方約300ns之後的反射波波形寬（kuān）闊，振（zhèn）幅強烈，表現為強烈的低頻反射振蕩信號（虛線區域所示（shì）），判釋為岩溶管道富（fù）水區域。

5超前地質（zhì）預報（bào）注意事項

（1）施工過程中應遵循動態調整原則，根據具體掌子麵的開挖地質情況和超前地質預報成果，及（jí）時調整超前地（dì）質預報方法和（hé）技術。

（2）施工中應根據超前地質預報的結果，進行綜合分析研究，製定相應（yīng）的工程（chéng）預案。

（3）由於岩溶隧道部分地（dì）段穿越（yuè）可溶岩地層，隧道開挖後，仰拱施作前應對隧道基底隱伏岩溶進行探測，並根據探測結果采取（qǔ）合（hé）理可行的處理措施。

6結論

（1）超（chāo）前地質預報中，適當決定數據的采（cǎi）集方式和設置時窗，優化數據後處理過程，能最大程度發揮地質雷達的有效性。

（2）溶蝕裂隙帶的雷（léi）達圖像（xiàng）特征主要為波形均（jun1）一性（xìng）差，同相軸斷斷續續，振幅增強（qiáng）且變化大。溶洞（dòng）的（de）雷達圖像特征主要為溶（róng）洞邊（biān）界處常形（xíng）成強（qiáng）烈的高頻反射波，且伴隨雙曲線形（xíng）態的反射波組。富水岩（yán）溶管道的雷達圖像特征主要（yào）為低頻（pín）強烈反射，信號衰減快。進行雷達圖像中波形（xíng）、頻率、振幅和信號能量衰（shuāi）減等特點的對比分析。

7結語（yǔ）

隧道岩溶問題是隧道施工過程（chéng）中的突出問題。在隧道工程中利用超前地質預報（bào）技術，利用各種（zhǒng）手段和技術預報隧道掌子麵前方地質狀況，能夠（gòu）保障順利完成隧（suì）道（dào）的施工和安全，在一定程度上還能夠防止影響和破壞周圍的生態環境。