發(fā)布時間：2019-02-18所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：隧道進(jìn)行掘進(jìn)時對隧道掌子面之前的區(qū)域進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報可以在許多情形下對存在的可能會影響施工安全的地質(zhì)狀況進(jìn)行預(yù)警，探地雷達(dá)是一種應(yīng)用廣泛的超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)，根據(jù)對探地雷達(dá)探測剖面的合理解譯，可以提前預(yù)判富水區(qū)等地質(zhì)情況的存在并及時做
摘要：隧道進(jìn)行掘進(jìn)時對隧道掌子面之前的區(qū)域進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報可以在許多情形下對存在的可能會影響施工安全的地質(zhì)狀況進(jìn)行預(yù)警，探地雷達(dá)是一種應(yīng)用廣泛的超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)，根據(jù)對探地雷達(dá)探測剖面的合理解譯，可以提前預(yù)判富水區(qū)等地質(zhì)情況的存在并及時做出處理。以青島地鐵某區(qū)間為例，運(yùn)用探地雷達(dá)檢測技術(shù)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報探測，在通過某富水區(qū)時顯示某區(qū)段可能存在較大范圍水囊，隨后通過高密度電法檢測技術(shù)對該區(qū)域進(jìn)行探測，證明了得到的探地雷達(dá)探測剖面解譯的準(zhǔn)確性。
關(guān)鍵詞：隧道,富水區(qū),探地雷達(dá),高密度電法
1概述
探地雷達(dá)的英文縮寫是GPR，作為20世紀(jì)70年代左右興起的一種針對特定目標(biāo)進(jìn)行探測的有效方法，它借助發(fā)射天線發(fā)射出的高頻寬帶電磁波在傳播時碰到電性特征存在差異的目標(biāo)體會發(fā)生反射的特性，利用接收天線接收來自目標(biāo)物的回波(該回波可能是介質(zhì)界面的反射波、異常體的散射波或者是經(jīng)過某一路徑到達(dá)接收天線的透射波)，然后針對得到的接收波到達(dá)時間、幅度大小、相位和頻譜特征以及同相軸形態(tài)等信息進(jìn)行分析，以此分析得到介質(zhì)結(jié)構(gòu)和介質(zhì)性質(zhì)。
隨后，由于該技術(shù)不斷地向前推進(jìn)，并產(chǎn)生了性能更好的高頻天線，探地雷達(dá)檢測技術(shù)在更多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用和發(fā)展，包括工程勘探和地質(zhì)勘探，隧道、管線和建筑等工程領(lǐng)域的探測等。在隧道向前掘進(jìn)時，對掌子面前面的地質(zhì)情況進(jìn)行提前預(yù)判是非常必要的，探地雷達(dá)以其獨(dú)有的優(yōu)勢，在超前地質(zhì)預(yù)報中應(yīng)用極廣，在探測軟弱夾層、水囊、破碎帶等地質(zhì)體時往往比較準(zhǔn)確，本文以青島地鐵某工區(qū)為例，運(yùn)用探地雷達(dá)技術(shù)對某區(qū)間進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，成功測得掌子面前方水囊位置，并通過高密度電法對解譯結(jié)果進(jìn)行印證，及時通知施工單位采取有效應(yīng)對，避免了危險事故的發(fā)生。
2探測原理
首先，天線在特定方向上發(fā)射出高頻短脈沖電磁波至地下,由于地下介質(zhì)中的地層分界面和特定目標(biāo)體在電性特征上存在差異，因此電磁波在碰到它們時會同時發(fā)生反射以及透射。此時，反射信號會傳送到接收天線上，并經(jīng)過數(shù)字化處理轉(zhuǎn)換為相應(yīng)波形存入電腦中。
經(jīng)過一系列的處理流程，我們就能通過反射波的傳播時間、振幅大小和波形特征等信息，對地下介質(zhì)中特定目標(biāo)的空間位置分布和結(jié)構(gòu)特征做出推斷。高密度電法和普通電阻率法在基本原理上沒有太大差異，其基礎(chǔ)都是由于若目標(biāo)地質(zhì)體具有不同的電性特征，因而會在外界電場的作用下產(chǎn)生不同的電流分布情況，從而可以推斷出電阻率不同的地質(zhì)體在地下介質(zhì)中的分布情況。
2個方法均是借助2個電極A和B對地下介質(zhì)傳輸電流I，此時M極和N極會產(chǎn)生電位差，兩者相除便能得在M極和N極之間的該點的視電阻率。對得到的不同視電阻率進(jìn)行整理就可以得到視電阻率剖面，此時就能得到地下介質(zhì)中的電阻率分布，由此便能進(jìn)行地層劃分以及異常地層標(biāo)定等工作。
3探測過程
探測工作在隧道掘進(jìn)方向掌子面上布置測線，根據(jù)現(xiàn)場實際情況在掌子面布設(shè)一條橫向測線。掌子面前方左側(cè)存在一口水井，現(xiàn)場出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。為了有效探測掌子面前方地質(zhì)情況，采取了點測的方法，測點之間的距離為0.1m，滿足橫向上的分辨要求，疊加次數(shù)可達(dá)128次，大大提高了信噪比。采樣頻率為250MHz，采樣點為900，測量時窗400ns，在凝灰?guī)r體中能測深度為23m左右。測量時，天線緊貼巖逐點移動。
從解譯圖能夠看到，掌子面前方水平反射比較強(qiáng)，有數(shù)條連續(xù)同相軸，推斷掌子面前方節(jié)理裂隙，同相軸有斷，但不見明顯錯動，存在斷層可能性較小，但節(jié)理裂隙在前部較發(fā)育，推測為爆破所致，巖石存在微風(fēng)化現(xiàn)象，前方左側(cè)有2個小范圍的連續(xù)反射面，中間含水，推斷為水井位置，由于水井存在，該范圍在剖面圖上顯示為富水區(qū)，存在大量裂隙水。
中部區(qū)域存在大量的微小節(jié)理裂隙，根據(jù)反射波動力學(xué)特征分析，低頻信號較少，中高頻信號居多，能量較強(qiáng)，在節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)有含水或夾泥現(xiàn)象。在中后部區(qū)域(約掌子面前方18~22m處)，電磁波反射突然大幅度衰減，中間只存在部分微反射且同相軸具有平行現(xiàn)象，出現(xiàn)大范圍的反射異常區(qū)域，且周圍存在富水區(qū)域，推斷可能存在大型水體或大型不良地質(zhì)體，后部區(qū)域存在大量節(jié)理裂隙，且裂隙水含量較高。
經(jīng)過現(xiàn)場實際調(diào)查，得知所測異常區(qū)域?qū)?yīng)地面位置地表表層為砂體，厚約2m，砂體較為濕潤，地表存在3口水井，井中均有水，其中2號水井水量較大，為居民生活用井。為進(jìn)一步確定地下水體位置，運(yùn)用高密度電法對該區(qū)域進(jìn)行探測，探測得知疑似富水區(qū)域在高密度電法探測剖面上存在明顯低阻現(xiàn)象。
通過與周圍高阻區(qū)的明顯對比，可以確定該區(qū)域地下存在大量地下水，推測可能為采空區(qū)回填所致，高密度電法探測結(jié)果與探地雷達(dá)探測結(jié)果相吻合，驗證了該技術(shù)在超前地質(zhì)情況預(yù)報應(yīng)用方面的準(zhǔn)確性。在確認(rèn)該區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)之后，通過及時和施工單位溝通，采取有效措施，及時進(jìn)行全帷幕注漿封堵，避免了施工過程中的安全風(fēng)險。
4結(jié)論
本文通過探地雷達(dá)探水技術(shù)在超前地質(zhì)情況預(yù)報過程的實際應(yīng)用，可以得到如下結(jié)論：(1)該技術(shù)是一種新型的具有高效率的無損檢測方法，可以在超前地質(zhì)預(yù)報中進(jìn)行較為準(zhǔn)確地探水檢測;(2)運(yùn)用探地雷達(dá)與高密度電法相結(jié)合的方式，可以有效對地下水分布位置進(jìn)行有效定位;(3)在進(jìn)行探地雷達(dá)資料解譯時，要具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，需要借助積累得到的經(jīng)驗，避免漏判以及誤判情況的出現(xiàn)。
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