隧道信息化施工中超前地质预报技术的应用与意义隧道信息化施工中超前地质预报技术的应用与意义.doc

隧道信息化施工中超前地质预报技术的应用与意义 摘要：在山岭公路隧道施工中超前地质预报技术的应用十分重要。因此，依托于山西省王城高速的修建，研究课题以地面地质调查法，地质雷达两种超前地质预报技术为手段，开展超前地质预报技术的分析和 探究其应用性，为隧道信息化施工提供有意义的参考和借鉴。通过大量工程实践证明，以地质雷达为主要手段的超前地质预报方法能有效、准确的起到预报和预警作用。 关键词：地质预报 地质雷达 隧道施工 1 引 言 本文结合王城高速太安岭隧道超前地质预报研究项目，对大断面公路隧道工程信息化施工技术的应用性进行分析和研究。经过大量实践与事实，得出结论：超前地质预报能够为重大隧道工程起到指导性作用。 2 主要超前地质预报方法 2.1 超前地质预报方法的确定 目前国内外常用的超前地质预报方法主要有：地面地质调查法、物探法等。不同的地质预报方法与技术都存在各自的优点和缺点。 地面地质调查法基于地表与地下地质构造的相关性，对隧道地表的不良地质情况进行大致宏观的分析和预报，它的优点是预报距离长、适应性广、成本低廉，缺点是难以保证准确度和精确度。 物探法是目前隧道地质超前预报较为先进的方法，主要有声波测井法、声波透射法和波反射法，其中以基于波反射法的地质雷达和tgp最为常用。本文主要分析物探法在隧道超前地质预报中的应用和意义 2.2地质雷达技术原理 地质雷达（gpr）方法是一种用于探测地下介质分布的广谱（1mhz—1ghz）电磁技术。地质雷达用一个天线发射高频电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。通过对接收的反射波进行分析就可推断地下地质情况。 根据波动理论，电磁波的波动方程为： p = │p│e-j（αx-αr）﹒e-βr （1） （1）式中第二个指数-βr是一个与时间无关的项，它表示电磁波在空间各点的场值随着离场源的距离增大而减小，β为吸收系数。式中第一个指数幂中αr表示电磁波传播时的相位项，α为相位系数，与电磁波传播速度v的关系为： v = ω/α （2） 当电磁波的频率极高时，上式可简略为： v = c/ε （3） 式中c为电磁波在真空中的传播速度；ε为介质的相对介电常数。 地质雷达所使用的是高频电磁波，因此地质雷达在地下介质中的传播速度主要由介质中的相对介电常数确定。 电磁波向地下介质传播过程中，遇到不同的波阻抗界面时将产生反射波和透射波。反射和透射遵循反射与透射定律。反射波能量大小取决于反射系数r，反射系数的数学表达式为： r =[（ε1）1/2 -（ε2）1/2/（ε1）1/2 +（ε2）1/2] （4） 式中ε1和ε2分别表示反射界面两侧的相对介电常数。 由（4）式可知：预报过程中的反射系数的大小主要取决于反射界面两侧介质的相对介电常数的差异。差异越大反射系数越大，探测出的异常越明显。 对于不同深度、不同岩性的探测目的层与目的物，在应用地质雷达检测时，需选择相应频率的天线和适当的仪器参数。要探测到较深的地质情况，就必须选用相对较低频率的天线，本次检测选用了100mhz天线。 地质工程师判读法 地质工程师根据区域地质知识和经验，综合分析判断，对掌子面前方的地质情况进行预测，并对地质预报仪及地质雷达探测出的地质现象做出合理的解释。 3 超前地质预报技术的实际应用 太安岭隧道于繁峙县与浑源县交界处的太安岭上，是王庄堡至繁峙高速公路项目的重要组成部分。该项目的超前地质预报采用了地面地质预报和地质雷达相结合的方式，本章主要介绍地质雷达在预报中的应用。 3.1地质雷达 相对于物探法中的其他几种方法，地质雷达有方便快捷、准确性高等优点，它属于短期(短距离)超前地质预报的一种，任务是依据工作面的特征,通过观测、鉴别和分析,并结合长期超前预报成果，推断工作面前方20～30m范围内可能出现的地层、岩性情况，推断掌子面实见的各种不良地质体向掌子面前方延伸的情况；对掌子面涌水量的观测，结合岩性、构造特征，推断工作面前方20～30m范围内可能的地下水涌出情况；并在上述推断的基础上，预测工作面前方20～30m范围内的隧道围岩类别，提出准确的超前支护建议，并对施工支护提出初步建议。目标是为隧道施工提供较为准确的掌子面前方近距离内的具体地质状况和围岩类别情况。 3.2预报结果分析 开挖对比后，实际情况与预报结论基本一致，准确度较高。 选取几期地质预报结果与实际结果比较如下表所示： 太安岭超前地质预报结果（部分）与实际结果比较表 实践表明，预报准确度较高，产状与实际情况相比有些许