超前地质预报.doc

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1、四川德阳利森水泥皮带廊工程隧道超前地质预报报告委托单位：山东力博重工利森皮带廊工程项目经理部测试单位：青岛建国工程检测有限公司二〇一0年8月二日四川德阳利森水泥皮带廊工程隧道超前地质预报报告（测试范围：ZK136+920～ZK136+900）参加人员：席锦州、鄢景、帅义、吴丰收、花晓鸣技术负责：席锦州报告编写：席锦州鄢景报告复核：吴丰收委托单位：山东力博重工利森皮带廊工程项目经理部测试单位：青岛建国工程检测有限公司2010年08月02日目录1前言12工程地质概况23探地雷达探测原理、测试方法及软

2、硬件系统23.1探地雷达原理23.2仪器设备及软件系统63.3资料处理74测试面地质描述85测试及分析96结论及建议116.1测试结论116.2施工建议11四川省南大梁高速公路铜锣山隧道出口左线超前地质预报简报1前言2010年08月02日对2780隧道出口掌子面进行现场地质预报测试工作，本次测试的主要目的是：探测隧道掌子面前方围岩工程地质及水文地质情况，并提出相应的建议措施。本次探测方法为电磁波反射法，采用美国劳雷公司生产的SIR-20探地雷达系统及配套分析软件。现场利用中心频率为100MHz屏

3、蔽天线对ZK136+920～ZK136+900布置探地雷达测线进行连续测试，并结合地质调查法对ZK136+920～ZK136+900下方围岩进行分析。图1为测线布设图。图1测线布设图本次预报范围：ZK136+920～ZK136+900下方27.5m。2工程地质概况四川德阳利森水泥皮带廊项目位于四川德阳市境内，其中2780隧道穿越牛蹄山，隧道长2780m（平均），隧道进、出口均穿越煤层及煤层采空区，赋存瓦斯等有害气体，且判定为高瓦斯隧道。隧道中部穿越岩溶发育的三叠系嘉陵江组（T1j）和雷口坡组（T

4、2l）地层，岩溶发育。2780隧道地下水主要为碎屑岩类裂隙孔隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水；洞身位于水平循环带内，岩溶及岩溶水极其发育；铜锣山隧道正常涌水量为20万方/d，最大涌水量59万方/d；洞身岩溶分布规模不均，施工中遇高水压、涌水（突泥）的风险性极高；3探地雷达探测原理、测试方法及软硬件系统3.1探地雷达原理探地雷达（GroundPenetratingRadar简称GPR）是用频率介于106～109Hz的无线电波来确定地下介质分布的一种方法，是指利用宽带的电磁波以脉冲形式来探测地表之下或确定

5、不可视的物体或结构。其工作原理为：电磁波以宽频带脉冲形式通过发射天线发射，经目标体反射或透射，被接受天线所接收，见图2。图2探地雷达工作原理及其基本组成探地雷达是一种高频电磁波方法。电磁波在介质中的传播满足麦克斯韦方程。描述电磁波传播特点时，常用传播常数k。在导电媒质中k为复数，即式中：在电偶极子场强公式中可改写成表明随着距离r的增加，电磁波场强因介质损耗而衰减，为吸收系数（单位dB／m）。表明单谐波相位随着距离改变而改变，为相位系数（单位rad／m）。电磁波在介质中的传播参数受上面两个参数控制

6、。⑴电磁波在介质中的传播速度探地雷达测量的是地下界面的反射波的走时，为了获取地下界面的深度，必须要有介质的电磁波传播速度v，其值为绝大多数岩石介质属非磁性、非导电介质，在高频情况下，常常满足《1，于是可得式中c为真空中电磁波传播速度，为相对介电常数。上式表明对大多数非导电、非磁性介质来说，其电磁波传播的相速度v主要取决于介质的介电常数。⑵电磁波在介质中的吸收特性吸收系数决定了场强在传播过程中的衰减速率，对以位移电流为主（）的介质，的近似值为:即与导电率成正比，与介电常数的平方根成正比。表l列出了

7、一些常见介质的相对介电常数、导电率、传播速度。表1常见介质的电性参数介质电导率(Db/m)相对介电常数速度(m/ns)空气01.00.3砂0.140.15砂土0.560.12湿粘土20120.09水0.1800.03金属10103000.017⑶电磁波在两种不同介质交界面上的特性对于非均匀介质中电磁波的传播情况，首先要研究电磁波在两种不同的均匀介质分界面上发生的情况。偶极子源的辐射场虽然是一种球面波，但在离开辐射源很远的区域，可以将其看成是平面波。平面电磁波到达两种不同的均匀介质的分界面处会发生

8、反射与折射。入射波、反射波与折射波的传播方向遵循反射定律与折射定律。电磁波在到达界面时，还将发生能量再分配。入射波、反射波和折射波三者之间的能量关系，因入射波电磁场相对界面的方向（极化特性）而不同。下面仅讨论垂直极化波（电场矢量垂直入射面）在界面的反射与折射，这相当干有一平行于界面的水平电偶极子从远处入射到界面的情况，如图3所示。图3介质表面电磁波传播示意图图3中Ei、Er与Et分别表示入射波、反射波和折射波的电场强度幅值；它们的磁场强度幅值分别为Hi、Hr和Ht。根据电磁理论，电磁波在跨越介质