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摘要：城镇化进程的加快，促进我国公路隧道施工项目的增多。国内隧道施工现已基本形成施工过程中进行超前地质预报的良好程序。隧道超前地质预报借助物探、钻探或导坑等方法，并结合地质勘探或地质调查等手段获取的资料，对整个隧道或一定范围内的工程地质结构和完整状态、围岩级别以及开挖后隧道的稳定状态进行预测，然后指出隧道前方的开挖和支护建议。现阶段我国常用的超前地质预报方法有超前钻探法、TSP法和GPR法，其中基于电磁技术的地质雷达探测方法因其无破损性、成本低、作业便捷、对施工干扰小和高分辨率等优势，在超前地质预报领域得到了十分广泛的推广和应用。本文就地质雷达在山岭公路隧道中的应用展开探讨。
关键词：地质雷达；超前地质预报；公路隧道
引言
随着公路隧道工程施工技术的发展,地质雷达技术已成为近些年隧道工程应用中的主要探测技术,随着电子技术的不断完善,地质雷达的应用范围被进一步扩大,它不但可以在隧道开挖过程中提供实测地质,还可以在开挖工程完成以后进行空洞、脱层及衬砌检测,以察看是否有超挖等现象,当隧道工程出现开裂、漏水、变形等病害时,则需采用地质雷达进行深部的专项结构检测。
1地质雷达的原理
地质雷达主要由雷达主机及天线系统两部分组成。雷达主机又由计算机系统和控制系统组成,天线系统由发射装置及接收装置组成,发射装置包括发射控制器与发射天线,接收装置包括接收控制器与接收天线,其中计算机系统及控制系统主要是为天线系统提供信号的触发,并将天线系统接收到的信号进行数字化模拟,然后对数据进行处理及保存。天线系统则主管接发信号,并将发射脉与电磁波信号进行互转。地质雷达的工作原理是高频电磁波以宽带脉冲形式,通过发射天线以一定角度送入地下或隧道施工面前方,当其通过存在电性差异的地下地层或其它物体(如空洞、分界面)时,便会被反射回地面,再由接收天线接收,高频电磁波在不同的介质中传播时,它的路径、强度、波形及双程走时都会随着介质电性特征及几何形态而发生改变,因此只要对接收到的时域波进行处理及分析,那么就可以确定地下界面或地质体的空间位置及结构。地质雷达探测深度范围和分辨率与所使用的天线频率有关。不同的地质结构或不同的工程实体需要不同的天线频率。
2地质雷达探测方法
地质雷达的测线主要布置在掌子面上，常用的布置方式是“十”形布置，在复杂的地质条件下，也可以采用“井”字形布置，必要时为了提高探测结果的准确性也可加密雷达测线。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆测量方式分为点测和连续测量2种形式，点测就是通过电脑上的键盘发送指令到雷达主机上进行信号采集，此方法一般是用在隧道掌子面等比较粗糙的断面上；而连续测量就是通过测量轮的转动来自动采集信号，此方法一般是用在隧道初支和二衬的检测上。
3地质雷达在山岭公路隧道中的应用
3.1地质雷达技术在隧道工程地质勘察中的应用
在公路隧道的设计及施工之前,隧道周围及工作面前方的地质情况及水文情况必须要被详细勘探,以往的地质勘察技术都是采用工程钻探,这种方式既耗费人力,又花费大量的时间,当地质变化丰富,岩层起伏不一时,单纯的依靠工程钻探就会产生较大的误差,易造成工程事故的发生,但如果采用地质雷达技术,就可较准确的预报地质情况,避免事故的发生。地质雷达技术在隧道工程勘测中常用来检测断层、溶洞的具体情况,地质雷达一个最主要的任务及目的就是要勘测清楚断层的空间分布情况、产状及其规模,在断层影响带中有时会存在着裂隙密集带等地质体,由于裂隙中积存有成分不一的、均匀性不定的充填物,与周边的地质形成电性差,所以采用地质雷达即可探知裂隙密集带是否存在,从而为探知断层地质提供了物理基础。
3.2超前地质预报
隧道地质超前预报采用中心频率较低的天线，在庄盖高速的部分隧道中采用100MHz天线进行检测，预报范围一般能够达到掌子面前方约20~30m。由于施工开挖方案不同，工作面很狭小，根据掌子面的具体情况，在检测过程中采一条横线的布线方式。根据现场情况灵活布置测线，其原则就是尽可能靠近掌子面轴心位置，使测线距离尽可能长，尽可能多地采集数据，以备后期数据的分析处理。
3.3地质雷达在隧道检测中的应用
（1）衬砌背后空洞检测。在公路隧道开挖过程当中,当开挖遇到岩石破碎层时往往会造成超挖,回填后,由于处理不当的原因,可能会形成衬砌背后空洞,从而引起拱顶上鼓及衬砌内缘压裂、掉块等现象,另外,当前隧道施工主要采用模筑泵送混凝土进行二次衬砌施工,这种施工方法易在拱顶施工接缝处形成类三角形空洞,采用地质雷达技术,就可以对这些空洞实施具体的检测,针对空洞的具体情况,采取措施进行补救。（2）衬砌厚度检测。衬砌厚度检测是隧道施工质量检测中的一个主要指标。通过隧道围岩、初衬及二衬表面的反射,地质雷达利用时间触发进行连续探测即可计算出衬砌的厚度,现在多采用在初衬与二衬之间设置金属反射片,通过反射片可使地质雷达天线精确接收到电磁波反射波,精确得到衬砌的厚度及变化规律。（3）层间脱空检测。在隧道的拱顶及拱角的位置,由于混凝土存在自重,所以在衬砌及围岩之间易产生空隙,这种空隙就称为层间脱空,采用雷达进行检测时,可对隧道拱顶、拱腰处设置均匀测线,沿有可能发生层间脱空的混凝土面板进行测试,由于脱空层在雷达图像上会表现出很强的反射信号,故只需对收集到的雷达信号进行分析,即可对整个隧道的层间脱空进行精确把握及检修。（4）支护结构质量检测。对支护结构质量的检测,是对已完全支护结构所受应力、结构材质、结构厚度、结构强度进行探测,通过钢筋、型钢拱架及二衬对接收的电磁波程度强弱,即可判断各支护结构的具体位置、厚度、数量及间距。衬砌内钢支撑也是承载的主要结构,故对其铺设也要进行探测,以检查其是否满足设计要求。
3.4探测不良地质应用
不良地质包含软弱夹层、断层破碎、富水带与采空区等，因此我们进行进一步深入应用研究。在探测断层破碎地质中基于其岩石具有较差稳定性与强度，因此在雷达剖面图中会呈现出错断同相轴、发射波发育等波场特征，因此我们可依据其相关地质资料及雷达波形特征判定破碎带具体厚度及其同完整岩石的界面。
结语
总之，应用地质雷达进行公路隧道探测进程中其有可能受到来自各方因素的不良干扰并对后期解译数据产生一定程度影响，因此我们应充分结合多方资料进行深入研究，总结不同地质特征探测规律，进而为公路隧道施工应用地质雷达探测提供良好的参考依据，辅助其作出准确的判断，提升公路隧道施工建设水平，令其创设显著经济效益。
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论文作者:张杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/16
标签：地质论文; 隧道论文; 天线论文; 超前论文; 公路论文; 结构论文; 断层论文; 《建筑学研究前沿》2018年第35期论文;