摘要：本文结合实际工程，利用地质雷达技术对贵州地区山区公路岩溶隧道中最常见的溶洞规模预报的准确率展开研究，研究表明，通过对异常区域相应介电常数的修正，达到较为准确预测溶洞规模的方法被证明是可行的，成功预测掌子面前方的不良地质情况的同时，还较为准确的给出了不良地质情况的规模，进而最大限度的保证了隧道的施工安全，同时为准确预报隧道掌子面前方不良地质体规模的研究提供了一种新的思路。
关键词：岩溶隧道、地质雷达、溶洞规模、超前地质预报；
引言
在岩溶隧道中，运用地质雷达手段进行超前地质预报的同时，因岩溶较发育的隧道，往往其地质情况也较为复杂，越来越多的人开始关注岩溶隧道在地质雷达进行超前地质预报时，如何提高其预报结果的准确率问题的研究。
本文结合实际工程，利用地质雷达技术对贵州地区山区公路岩溶隧道中最常见的溶洞规模预报的准确率展开研究。
1 地质雷达基本原理
地质雷达是一种用于确定地下介质分布情况的高频电磁技术，基于地下介质的电性差异，探地雷达通过一个天线发射高频电磁波，另一个天线接收地下介质反射的电磁波，并对接收到的信号进行处理、分析、解译。
根据地下介质的电磁波波速V和反射波的旅行时间T可以得到异常区域的相应深度，其公式为[5]
一般，岩体、混凝土等的物质的相对介电常数为4—8，空气相对介电常数为1，而水体的相对介电常数高达81，差异较大，如在探测范围内存在水体、溶洞、断层破碎带，只要异常区域与周围介质有明显的电性差异，则会在雷达波形图中形成强烈的反射波信号，再经后期处理，能够得到较为清晰的波形异常图。电磁波在介质中的传播速度V与介质电磁性参数的近似表达式为
2 地质雷达准确预报溶洞规模的实际应用
2.1 工程概况
以某在建高速公路中地质条件复杂隧道为研究对象。该隧道场区地处贵州高原东北部山地，根据区域地质资料及勘察资料综合分析，隧道穿越一山脊，围岩以灰岩为主，场区不良地质为岩溶。利用地质雷达对隧道进行超前地质预报显得尤为重要。
2.2 岩溶隧道准确预报溶洞规模研究分析
通常用地质雷达探测掌子面前方岩体时，由于雷达参数设置的局限性，导致在介电常数设置时所用到的为以掌子面岩性推断的平均介电常数，针对岩溶发育的隧道而言，溶洞内充填物与可溶性岩层介电常数之间存在着明显的差异，溶洞内的填充物可能是土、碎石、水、空气中的一种或几种，因介电常数差异较大，进而导致在雷达图像的分析过程中识别相应异常体规模预测的偏差。
因劳雷公司地质雷达分析软件RADAN7的后处理过程中，可以对垂直参数中的介电常数进行修改，所以可以假设在大致判断对应填充物前提下，设置相应介电常数，便可以较为准确的推断出溶洞发育的规模。
2.2.1 溶洞黏土充填
图4为掌子面YK4+645时，地质雷达测试结果图像，由图4a可知，2m至6m处，雷达波形图出现强反射波，电磁波相位紊乱，规律性差，反射波波幅较大，推测为发育一溶洞，土质充填，溶洞规模为隧道纵向长约4m。黏土（干）的介电常数为3-5，取介电常数为4，得到雷达图像如图4b所示，由图可知，溶洞规模推测为3m至10m，溶洞规模为隧道纵向长约7m。后经开挖验证，YK4+642处出现溶洞，见图5a，YK4+633处溶洞结束，见图5b。实际溶洞规模长度为9m。
图5 掌子面照片
2.2.2 溶洞为空洞
图6为掌子面YK4+560时，地质雷达测试结果图像，由图6a可知，4m至10m处，雷达波形图出现明显的多次强反射波，电磁波相位异常、波形紊乱，推测为岩溶发育，以溶蚀裂隙、溶槽、小溶洞为主，可能发育较大溶洞，溶洞规模为隧道纵向长约6m。空气的介电常数为1，得到雷达图像如图6b所示，由图可知，溶洞规模推测为10m至25m，溶洞规模为隧道纵向长约15m。后经开挖验证，YK4+557处出现溶洞，见图5a，YK4+545处溶洞结束，见图5b。实际溶洞规模长度为12m。
a）介电常数8 b）介电常数3
图6 掌子面YK4+560测试雷达结果图
a）溶洞出现 b）溶洞结束
图7 掌子面照片
由上述分析可知，预测通过相应介电常数修正的雷达结果图显示的溶洞规模与实际情况符合性相较未经修正的介电常数所表现的溶洞规模较高。
3 结论
本次依托某在建高速公路隧道工程，通过地质雷达结果图后处理中针对异常区域相应介电常数的修正，从而达到较为准确的预测岩溶的目的，得出如下结论：
3.1 在地质雷达预测岩溶隧道掌子面前方溶洞规模大小时，通过对异常区域相应介电常数的修正，达到较为准确预测溶洞规模的方法被证明是可行的；
3.2 岩溶隧道地质雷达准确预报溶洞规模研究，不但成功预测掌子面前方的不良地质情况，还较为准确的给出了不良地质情况的规模，进而最大限度的保证了隧道的施工安全；
3.3 通过对雷达波形图异常区域介电常数修正的研究，为准确预报隧道掌子面前方不良地质体规模的研究提供了一种新的思路。
参考文献：
[1]宋文东，张志增.地质雷达在南会隧道超前地质预报中的应用[J].路基工程，2018（3）：176~179
[2]高阳，张庆松，原小帅等.地质雷达在岩溶隧道超前预报中的应用[J].山东大学学报[工学版]，2009，39（4）：82~86.
[3]李天斌，孟陆波，朱劲等.隧道超前地质预报综合分析方法[J].岩石力学与工学学报，2009，28（12）：2429~2436.
论文作者:孟庆生,唐旭
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/25
标签：溶洞论文; 地质论文; 隧道论文; 岩溶论文; 规模论文; 常数论文; 准确论文; 《基层建设》2018年第32期论文;