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工 程 技 术 柬工案 技术 1 2 6 应用于隧道超前探测的两种物探方法效果比较 欧元超 ， 田忠 安徽理工大学地球与环境学 院 ， 安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 摘要 隧道地 质 灾害的超前探测一 直是隧道安全施工 中的技 术难题 。利用综合地球物理 勘探手段对 工作面前方进行精细探测 ，并 及时 确的 发现地质异 常体对于隧道安全 施工而言具有重要意 义。本文将 瞬变电磁和探地雷达应 用于兰州某隧道超前地质探测 ，并对 两种物探方法 的探 测 效果进行比较分析。经 -g ． 践验证，该隧道施工段地质备件更适合使用探地雷达，其能快速高效地预报开挖掌子面前方的断层、破碎带等异常地 质体 同时指 出 了探 查方法 实践 中存 在的 问题并提 出建议 。 关键词 超前探 测 瞬 变电磁 探地雷达 ；隧道 D OII 】 1 6 6 4 } ／ i c n k i ．3 7 I 2 2 2 ／ t ． 2 01 6 2 【 J 1 I 5 1 引言 2 0 1 6年令 ⋯ 会 I 提 卅 _r 关 J I f K期高速铁路 嘲 划 ，规划 【 } l 的 t ⋯ 郎地 I暑 以及城际 炎通通道 明 增 多，全园离述铁路网纵横交锚 ， 这 必将 迎求 础 没施建设的浪潮 。I ⋯ 部 以及南 方地 地形起伏变化 人 ， 需要修建 人 l } 隧道 ，但修建 隧道 必然会遇剑 许多地 胍问题 ，比如 挖 前方的破 碎带、 裂带 、措 涧、地 下水和 岛地 应 J 等不 良地 质 昕 导敛的 乃 ‘ 、溯 、炎水、 ＼ 7 顾 ⋯等地 质火 ， 直都是 扰 隧道 支伞生产的 { 问题 。 2 0 { 6， 『 施 I ． n 勺 』 n 玎铁路 5 艇 竹隧道 ， 扦挖 至 DK2 5 5 9 7 8 I 时突 然发 E ， 常的尖 水灾泥 战 ，造成 多 人死 ；2 0 0 7 人客专南庄 隧 道 ⋯ 口 DI K1 5 1 6 0 3牛 [白 『 处 f O初期支 护突然 发 整体坍塌 ， 遗成 多人伤 ；2 0 t 7 f F 武广 ,ff lj ． I岛岭 隧道进 口施 I 掌 面后方 3 0米 处发 生 r急剧 变形 ， l 然进 r 1 h 处 ，但 是变形依然继续 『J 口 大 ， 分地 段 发， 1 i rJ { 造成这些灾 发生『 】 勺 主 曼原 是没有对隧道阎 H 爿 及掌 了呵打 玎 乃 ‘ 1 19 常地质体 逊仃精确地 惫 ，要避免这止 匕 地 质灾 I ； f I J 发生 ，隧道地 垤火 趟 旧预报 就 僻 尤为 熏 。 仃的隧道超 前 地 顷预报 { 耍J 川椿 地 达法 、瞬变『 U 磁法、 商脊度 } 乜法、可控源肯 顿人 地电磁法、地 等物探 ， J 法，每刊 ] 物探 ， J 法旧』 、 用部依据 定 的物件 祭什 ， I f 『 刚 的优缺点。实践 巾 结 合所 解 决的隧道 地 质问题选仟 通的物探方法 ，以期达到最 的探 测效果 [S l 。 宝 齐运 线 尔起宝坞 ，四争 ，是围家 l f 1 K期 铁路 网规划 中 徐 、 客运 线 旧 段 也是 家 铁路 “ 四纵四横 ”客运 线 网的承要 成部分 。t t i 发地l 地协地形 原 ，需要修建 多祭超 f ∈ 超深隧道 ， 挖 隧逊过 陧 嘤物探 于段探 测施 】 前方是 否 地质异常体 ，从 捉 采取 预防 } f } 施。化 r 肃 省 训 l 市八 窜镇 的 隧道全 k 1 3 术，隧道分 多 、 I 4 ii 、J 掘进 以提 高施 I 进度 ，该 隧道 ” I 挖面主要是第 q 系lf [ 1 尉 l ，i v级或 VⅢ ， 掘进 多受H 行 层破打 卒 带等异常 地 胍体影响 ， 要逊 芟叫探愈 制。本殳结 合该隧道趟前探测使 川的探地 雷达和I 瞬 变f U 磁逊行 应川 I效 分析 千 比较 。 2 隧道超前地质探 测技术 2 ． 1 瞬变电磁法 瞬 变f U 磁浊 一I I 仲时 1u ] 城 } 乜 磁 法，它是利用阶跃 波形电磁脉冲激 化 ，用 接地 Me 接地线源 ⋯地 ’ 发 一次脉冲 磁场， 次场 断 , h 5 - ，地 介埙 孰全产生感／ i , i r J j 场，由丁导 电介顷 感应 电流 的 热 耗 ， 次场 人投 按指数胤伴随 | 『1 f 川 I 衰减 ，形成孵 变 磁场。二 次 场 } 曼米源 r良 I L l 介质 l大 J 的感应 电流 ， 此它 包含符 地 下介质 l仃 天的地质 信息 f U介质较不 良 } U介质的二 次场 艇减慢 16 g ] o利 用 RI I 或 接地 电做观} 『I『J’ 次脉冲 磁场 J’ ’ 生的 次场 ，埘所测得数据逊 仃处理昶1 分忻 ，州此 ，解释地 介胍 肢怕关物理 参数。 2 1 ． I 现场参 数i 迕 现场 他 川 TI ； M7 5瞬 变 『 U 憎 仪 ，讯据 隧道 r 作特 及工作 要求 ， 逃 』 t j 1 ． 5 m1 5 m四 发射线 ，I 5 mX1 ． 5 m四 接收线榧的重替 线 I 作装胃。该 『 J f I 优点是 j 的物偶合较 ；发刺线圈逐测点移 动 ， 会 订激发 } ’ f i x 2 ；发射 磁 嗣】 接收 磁 较 _人；适 隧道 里面的场 地 求 。 场 进 f 参数渊i j { ， l J 面左往有连线 采 顺层数据 ， 逐点移 动线 ，克} J芰 顺层 1 0， ＼ 测 试点数 旧 哦 2 1 2 数据 分析 对 J_【【i 层原始数据进行处州 ，报 探龟 阿 ， J 地 的} } 削面 ， 1 为 f j 施 I ． 场 I I K1 ／ 3 3 c 【J f l_ 2 I i 1I 4 r }8 0 ． 2段 电阻率 剖面及解释。 图 1 瞬变 电磁超前探测电 阻率剖面结果 开 挖段 地 婀体 为 筇 系妙 肌 1 V级 I DK1 0 3 4 0 1 【 2 ． I DK1 0 3 4 0 1 5 ． 2段瞬变 电磁削1 『 { 『 i I 『 的视 阻牢较 f 即 } { 色 f r q ’【 恫 ，闻 较为完 祭，稳 定性 ，无明显物件 异，推断 该段⋯ ⋯刈‘ F 面没有【 } i 鼎变化 ，施工时照常 。I DK1 o 3 4 o 2 0 2 I DK1 3 4 q l 1 4 【 】 段 瞬变 电磁 if ,Ⅲ f 中 视 电阻 牢 仃昕 降 低 ， 仁 ] l il 物 r 异 ， i 嵌 段 同岩秆 』 对学 r面变 蓐， 々 ‘ 稳 定性降低，施 1 ． 时 支 [ DK1 0 3 4 0 6 0 ．2 一 I I K1 0 3 4 0 8 0 ． 2 段 ⋯现低 阻芹常 即红也线 定旧 l _ 前方围岩 L { j 仃可 能存 裂隙带 ，n 存 裂 隙水，推 断陔处 水 增 加 ，掘进到陔f 置时汁意f ， 『 水情的变化。 结 合 挖结 町得 ， 瞬变 电磁浊探测隧道 ln『 J 常情 圯t- L 、 l 叮 l何效 定} { j 水区。 2 2探地雷达 探 地雷达简称 GP R，楚』 { J l 频 无线 电波术 定 介婀 物 矗分们 觇 律的种地球 物 法 。⋯ 火线 阳目怀 休 隧m ”挖 申 川 ， J I 岩发射一定r l J ． 频率的_{ i 融脉冲波，电磁咏 - f 波遇到旧电臌一 1 ” 阻率 ，介 电牢 ，及磁导率 差 分 f,g f 断 ，破』 滓特，溶洲 乍反射 透射，傲反射的[ } l 磁波f 々 旧地表，⋯接收火线掺I 。接收 』 、 线所接收的信 经过处胖转换 J 字 列估 啡 删点 H T j 这 I I ,J 问序列 即构成 } 薹 f 测 点的雷达 波彤 录道 ” ” ” 刘 处 』 ‘ J f 求剖而 进行分析 ，孰可以判定隧道牛 了而前 ， J 地 h 1 现场 参数 设置 。现 场探 测刚 ，使 ⋯仪 器 、勺GP R 4 I ll l l 埙 达 ，通过 发收 人 发射 嗣 1 接收 f ／ ， 发射 Ii 紧 隧 i 菹。 r 呵从左至朽进 速 移动 ，从 『 前宵 地岍祭 数 采幄 、 2址 该隧道 秤为 I I K 1 0 3 5 6 8 3 4 处n 0 雷退波刺 ，I l _ 颅{ 1 范⋯ 为 1 DK1 0 3 5 6 8 3 4 6 7 5 ． 4段。 F 挖段地 惯体 为第四 系 L{ ，V缎⋯ 、 2 数据 分忻。其中 ，1 D1“,2 1 【 5 6 8 3 4 I I K1 0 3 5 6 8 1 ． 1 段讲j s ，。 音 4 面没 仃『1 jJ 妊旧反射 界 If l 】 ，乃 达波 响 应范⋯；I DI 1 I } j j 8 1 ． 1 I DK1 0 3 5 6 7 9 9段 雷达 结 if , J 叫 的 反 ， 崛 ㈣⋯ 1 2 7 山 柬工案 技术 工 程 技 术 7％ P～ 奄强隳蠹墓一 一 呻畔 鼋一 、／乏 隈 毒 毫 ＼／ 毫 图 2 超前探测雷达波剖面 隧道没仃m现日 』 j I 的阶跃、断轴、变形等现象卅现，说明该里程范 『_fi I 内 { 没 有 l { 』 腿 明 的 变 化 ， 岩 稳 定性 较 好 ，可 正常 掘 进 ； I D KI 1 3 5 6 7 9 ．9 I DK 1 U 3 5 4 6 7 5 ．4 段饼达结果分析，削【 f f i 冉明显的反射 界面， 追踪同桐轴 侧及朽侧出现明屈的阶跃、 断轴、 变形等现象出现， 说明该里程范吲内 f f f l 现明显的变化，较破碎，注意此段有裂隙或 存微穴 发育，同【I I f l J 以明显的看到该段中部存 岩断 与掌子面斜交 的情况，并且雷 波刑图右侧的波形紊舌 L ，波能变化明显，所以垓段 Ij 仃 厅的 岩不稳定，破睥严重n仃可能存在小构造。图3 为现场开挖 结果照片，在施 I ⋯口 侧处发生2 。 3 m 的破碎垮塌。根据施J 位 提供的开挖结果，验证超前预报基本吻合。 图 3现场开挖 结果验证 2 ． 3 两种方法对 比 通过 存隧道 趟前探 测 长期 应用 I I 白 验证对比 分析 ，对瞬变 电磁 千 地质雷达两种玎法进行了比较， 1 为方法技术的特点，可为现场 探夼 厅法选择提供参考。 3结论 1 地质雷达法 瞬变电磁法 隧道超前探测_ f Jt 具有不『司 的特点， 其 r I 1 地 质雷达法 场施 较为帙速 ，对前方地质 而 及岩体破碎情况 划断柑对准确 ，们探 测 离有限 ；瞬变电磁法对 J 前， j } 层含水特征较 表 1 两种超前探测方法比较 区别 瞬 变 电磁 探地 雷达 1 操作 简 单 ，预 报刚恫 短 ，／ f 1 操作 简 便 ，使 用 成本低 ， 会影响隧道施工进度 对 隧道施工 1 扰较小，效率 2 对岩 溶水 非常 敏感 ，x q - i t 溶 商 优 点 2 可 以有效 地探 测 f “ 断层 ， 水和 溶洞 的探 测较 为 准备 3 相对地 质 雷达 ，探 测距 离 比 破碎 带 等．_f 良地 质现 象 3 能 比较 准确的 为掌 子面 前 较远 方 围岩 类别 分级 1 金 属支 护结 构对 该 ， j ‘ 法影 响 较 大 1 桕对 于瞬 变 电磁 ，对水 的 缺 点 2 对 低异 常 反应 明显 ，对 刚 岩 探 测 足很 灵敏 稳定 性 和破碎 程度 的 判断 不准 2 探测 距 离桐对 远 确 为敏感。 ⋯施工隧道所 地 区少水 ，坫本 是第四系粗网 上 ，I V级 或 V ，很少会有寓水区，也不会仃溶洞等水文地质条件，十 f { 对下 瞬变 电磁而 占，更适 合使 用探地雷达进 行探测 ，通过结 合实际情况选 择合适 的仪器探 测，以达到最优 的地质解释结 果。 2 两 种方法均 为 电磁类 方法 ，现场测 试时需要避免金属类器件干扰 ，尽{ 最 提高现场 数据采集的可靠性。 对二 r 掌子面不平整处需要结合情况进行初步整球， 确保数据采集的有效性。 3 对于隧道施工而言， 地质条件复杂 时可进行方法的选择和组合，对于复杂区域可采用多种探查方法进行 综台探测，通过综合对比分析以实现更高精度的隧道趟前预报。 参考文献 【 1 】张平松 ，吴健生 ．中国隧道 及井巷地 震波法超前探 测技 术研究 分 析 ⋯ ． 地球科学进展 ， 2 0 0 6 ， 2 1 1 0 1 0 3 3 1 0 3 8 ． [ 2 ]何发亮 ，李苍松 ．隧道施 工期地质超前预报技 术的发展 [ J ] ．现代 隧道技术 ， 2 O 0 1 ， 3 8 0 3 4 3 - 4 4 ． [ 3 ]3 谭代明 ． 隧道超前探水全空间瞬变电磁理论及其应用研究 [ D ] ． 西南交通大学博士论文 ， 2 0 0 9 ． [ 4 ] 赵永责 ， 刘浩 ， 孙宇等．隧道地质超前预报研究进展 【 J 】 ． 地球物 理学进展 ， 2 0 0 3 ， 1 8 0 3 4 6 0 4 6 4 ． 【 5 】 王齐仁 ． 地下地质灾害地球物理探测研究进展 [ J ] ． 地球物理学进 展 ， 2 0 0 4 ， 1 9 0 3 4 9 7 5 0 3 ． 【 6 ] 张平松 ， 程桦 ， 吴荣新等 ． 巷道掘进瞬变电磁法跟踪超前预报分 析 [ J ] ．地下空间与工程 学报 ， 2 0 1 3 ， 9 O 4 9 1 9 - 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