地质雷达在软弱围岩隧道超前预报中的应用
引 言
在我国隧道开挖中常常遇到地质构造带，断层或者软弱破碎围岩，高地应力岩体；也会遇到岩溶发育，充水或者充泥，有时地下暗河发育，这给隧道开挖和建设造成很多困难，同时也给隧道运营造成一定的隐患。因此需要采用一定的手段对这些地质构造和地质灾害进行探测和预报，提前采取措施来排除灾害。地质雷达预报是根据导电率、介电常数、磁导率的差异，采用地质雷达高频电磁波方法进行探测，获取掌子面前方材料的介电常数差异信息。地质雷达超前预报的物理基础是：电磁波在遇到介质界面时其反射系数R为：R=[？着11/2-？着21/2]/ [？着11/2+？着21/2]，由此式可知，电磁波的反射系数取决于介质的相对介电常数，介电常数差异越大，雷达波形越清晰，如空隙中的空气的相对介电常数为1，水的相对介电常数为81，软弱夹层中的相对介电常数在9～14之间，砾岩的相对介电常数在4～6之间，几者之间的相对介电常数相差较大，为地质雷达作隧道超前预报提供了较好的地球基础。地质雷达综合探测深度需求和分辨率的要求一般选择100兆赫兹天线进行探测，100兆赫兹天线探测优势：屏蔽天线；天线尺寸小95厘米；场地要求简单，场地地形随意；测点密度大，点距可以很小，10厘米；测网测线测点布置按需求布置；探测范围5-30米。
1、工程概况
武都西隧道位于武都区黑坝里北侧上凉水山山体内，该隧道设计为分离式岩质隧道。隧址区位于剥蚀中山地貌区，山体地形总体较陡，呈中间高两侧低形，进口自然坡度40°，出口自然坡度50°。隧址区地层由第四系中上更新统黄土、粉质粘土、和中上志留统-白龙江群组成。白龙江群上部岩性为灰岩夹千枚岩、板岩、泥灰岩，下部岩性为千枚岩夹灰岩、片岩组成，千枚岩由泥岩、泥灰岩变质组成，整体呈现千枚岩、板岩、灰岩，呈互层或夹层状。隧址区地下水主要为孔隙潜水、基岩裂隙水及断层裂隙水，水位、水量受大气降水影响而变化，潜水赋存与第四系粘土中，不很发育，基岩裂隙水赋存于志留系岩层中，一般水量不大，断层带内岩体破碎，胶结极差，富水性较好，对硐室的稳定性不利。
2、隧道超前预报
地质预报仪器采用美国GSSI公司生产的SIR―3000地质雷达，天线中心频率为100MHz，本次采用了连续测试及点测试方法。（测线及测点布设见图1）
本次雷达预报探测范围YK86+658～YK86+623段计35米，对采集的地质雷达图像进行了软件技术处理并分析推断。从线测结果来看：自左至右，本段范围内右侧雷达反射波变化较大，预计该段围岩以中风化泥灰岩为主，中风化～强风化，节理裂隙极发育，围岩岩体破碎，完整性及稳定性差，右侧拱部及拱腰处易失稳坍塌。从点测结果来看：本段范围内1号、3号点处雷达反射波变化较大，预计该段围岩围岩以泥灰岩为主，中风化～强风化，节理裂隙发育，岩体很破碎，围岩稳定性差；在距掌子面7～21米（即YK86+651～YK86+637）范围内雷达电磁波反射较强，波幅不规则，相位不均匀，预计该段围岩以泥灰岩为主，中风化～强风化，节理裂隙发育，岩体破碎，围岩完整性及稳定性差，拱部及拱腰处易失稳坍塌。
施工方在地质预报完成后，加强了隧道塌方预警管理，对出现有塌方迹象的情况做出相应的措施安排，以避免出现安全隐患，造成人员伤亡。在做完地质预报后的数天之内，施工人员就发现拱顶有明显混凝土掉块现象，施工方立即停止左、右线施工作业并将人员、设备撤离施工区域，几分钟之后，面向掌子面方向右侧初衬发生剧烈收敛，掌子面拱顶右侧拱架被剪切破坏，发生局部塌方，塌方量约120m3。
3、结论
软弱围岩隧道的开挖比其他地质条件下的隧道开挖难度更大，不仅施工难度大，进度较慢，影响整体施工，而且存在很大的安全隐患，容易造成人员伤亡财产损失的情况发生，因此做好软弱围岩隧道的超前地质预报具有重要的意义。地质雷达很适合软弱围岩隧道超前地质预报，它不仅操作简单迅速，对场地和周围环境的要求也比较低，适应性较广，而且对软弱围岩的地质预报具有较好的准确性，为软弱围岩隧道开挖提供重要的安全预警，指导隧道开挖施工，降低隧道塌方发生的几率，减少塌方发生时的损失程度。
