隧道工程地质问题
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隧道工程地质问题范文第1篇
中图分类号： U45 文献标识码： A
1工程概况
拟建木寨岭隧道为渭武高速的控制性工程，位于甘肃省岷县与漳县的交界地段，穿越渭河一级支流漳河与黄河一级支流洮河的分水岭木寨岭。隧道采用分离式单斜设计，其中左线全长15205m，右线全长15160m，左右线间距40-50m，洞身最大埋深约629m。进出口高差约200m，平均坡降1.3%。隧道设三座斜井，长度1.2-1.8 km。
2隧址区工程地质特征
2.1 地形地貌
木寨岭隧道位于西秦岭低中山区，穿越漳河与洮河的分水岭木寨岭。隧址区海拔较高，山势陡峻，沟谷深切呈“V”字型，自然坡度多大于50°。地面高程2416～3133m，相对高差717m。山脊岩体，风化严重，节理发育；山坡为坡积、残积及第四纪薄层风积黄土覆盖，水土流失比较严重；沟谷狭窄，少阶地。
2.2 地层岩性
隧址区地层岩性复杂，主要有第四系全新统坡洪积碎石土，古近系砂砾岩，二叠系砂岩、炭质板岩和石炭系砂岩、砾岩、炭质板岩，断层压碎岩等。其中炭质板岩分布占全段约80%。
2.3 地质构造
隧址区位于秦岭-昆仑纬向构造体系，属西秦岭地槽褶皱系的中支秦岭海西―印支褶皱带。构造线总体呈东西―近东西向南凸的弧形展布。区内褶皱带活动强烈，走向断层发育，地质构造极为复杂，类型多样。与与木寨岭隧道有关的构造带主要为大草滩复背斜构造带，褶皱特征：轴线呈 NWW―EW 向的“S”形展布，长 200 余公里，宽 20-40km，核部为上泥盆统、两翼为石炭系、二叠系地层，其翼角为50-70°。该构造带由一系列断层束和褶皱带组成。
木寨岭隧道全部位于大草滩复背斜南翼，与之有关的断裂主要为美武-新寺断裂带F1。断层走向100-115°，以北倾为主，倾角30°～70°，压扭性特征显著，曾发生过向西错动，由多条行的断层束组成。根据现场调查，隧址区发育有多个褶皱构造和十余条断层构造，其中褶皱主要有大坪背斜、大坪向斜、大坪南背斜、大坪南向斜、南水沟背斜和南水沟向斜；断层主要有f1、f2、f3、f4 、f5、f6 、f7、f8、f9 、f10、f11和f12，这些断裂按其展布方向以北西西向为主，大多数被第四系松散层覆盖，但地貌上比较明显。
2.4水文地质特征
隧址区地下水的形成受地形地貌，岩性、构造、气象等多种因素控制和影响，特别是在构造作用下，断层破碎带，褶皱带，节理密集带、岩性接触带，以及在灰岩带溶蚀发育区为地下水的贮存运移创造了良好的内部条件。本区地下水类型主要有第四系孔隙潜水，基岩裂隙水，灰岩岩溶水等，其中以基岩裂隙水、特别是构造裂隙水分别最广泛，富水性最好。
3隧道面临的主要工程地质问题浅析
木寨岭隧道穿越区地形地貌复杂，地层岩性变化大，地质构造发育（11条断层带和多个褶皱带），水文地质条件复杂，总体工程地质条件差。根据该隧道长大深埋的特点及隧址区特有的工程地质条件，隧道将主要面临以下工程地质问题，隧道勘察设计是应引起足够重视。
3.1、构造复杂性及隧道围岩稳定性问题
木寨岭隧道位于西秦岭地槽皱系的北支秦岭海西-印支褶皱带，地质构造极其复杂。根据区域地质资料分析及本次工程地质调查成果，隧道穿越段发育有6个向斜、背斜构造和12条断层破碎带，分别为大坪背斜、大坪向斜、大坪南背斜、大坪南向斜、南水沟背斜和南水沟向斜；f1、f2、f3、f4 、f5、f6 、f7、f8、f9 、f10、f11和f12。这些褶皱和断层破碎带直接导致隧道穿越地层岩体破碎，洞身稳定性差，且断层带的导水作用造成隧道涌水量大，易发生涌水事故。因此，查明隧址区构造带的性质和特征及其对隧道围岩稳定性的影响是该隧道勘察的主要任务之一。
3.2、岩溶问题
根据本次工程地质调查成果，隧道里程AK211+040～AK211+600段为石炭系下统的灰岩分布地段，石灰岩在地下水渗流过程中易发生溶蚀现象形成溶洞。大中型溶洞的存在直接影响隧道施工时洞身的稳定性，同时充满地下水的溶洞易造成施工时的突然涌水事故。因此，是否有溶洞存在及溶洞的分布特征和充水情况也是该隧道勘察需查明的关键性工程地质问题之一。
3.3、水文地质及隧道涌水量预测问题
水文地质条件是隧道设计的基本地质依据之一，且涌水灾害时隧道施工中最主要的灾害之一，严重危及隧道施工安全，影响施工进度。木寨岭隧道地表沟谷发育，隧道穿越地层变化较大，且发育多条构造破碎带。这样构造破碎带极易成为地下水赋存及导水通道。因此，查明隧址区的水文地质条件并准确的预测隧道涌水量也是该隧道勘察的关键性任务之一。
3.4、高地应力及软岩大变形问题
根据区域地质资料分析，并参考兰渝铁路木寨岭隧道实测地应力资料，木寨岭穿越区属高地应力-极高应力状态。高地应力对硬质岩易产生岩爆，影响施工安全；对软质岩易造成洞身围岩大变形，影响隧道施工安全和施工质量。跟据兰渝铁路木寨岭隧道及G212国道木寨岭隧道开挖调查情况来看，隧址区围岩主要为较软岩及软岩，其最主要的工程地质为软岩大变形问题。因此，查明隧址区地应力分布状态及分布特征也是该隧道勘察的关键性任务之一。
4结论
综上所述，渭武高速木寨岭隧道工程地质条件复杂，面临的主要工程地质问题有构造复杂性及隧道围岩稳定性问题，岩溶问题、水文地质及隧道涌水量预测问题和高地应力及软岩大变形问题。隧道勘察时需引起足够的重视，并对以上工程地质问题采取针对性的勘察措施，以确保勘察精度满足设计要求。
参考文献：
[1] 中交第一公路勘察设计研究院有限公司.JTG C20－2011,公路工程地质勘察规范[S]
[2]巨小强,木寨岭隧道越岭区区域地应力特征分析及应用[J],西部探矿工程；
隧道工程地质问题范文第2篇
关键词：水文地质；隧道工程；勘察
中图分类号：P641文献标识码： A
引言
工程勘察是为满足工程设计、工程施工以及维护需要而开设的以研究水文、地形以及地质状况为主的勘探测试工作。其中，水文地质是勘察工作中一项非常重要的内容。是否能够在进行勘探测试过程中准确了解地下水及地下水的变化情况，是否能够掌握水文地质的发展规律，对于工程规划和工程设计施工工作起着直接决定作用。若水文地质勘察工作做不好，那么不仅会影响工程的正常施工，还会直接影响工程的使用功能。本文就水文地质在隧道工程勘察中的技术进行分析与讨论，以促进隧道工程的质量。
一、水文地质评价内容和勘测参数
（一）水文地质评价内容
工程地质勘察中水文地质评估内容在以往的工程勘察报告中，由于缺少结合工程的设计和工程施工需要评价地下水对岩土工程的作用和危害在很多地区已发生多起因地下水造成工程出现质量问题，发生安全事故的几率较大，总结以往的经验和教训，在今后在隧道工程勘察中，对水文地质问题的评价主要考虑以下内容：
1.掌握隧道工程地下水运动基本情况。具体是指对隧道工程地下水长期的运动情况及其发展变化进行准确探查，然后在此基础上预测隧道工程地下水对人类工程活动产生的影响，尤其是建筑物稳定以及岩土性质的影响。
2.根据掌握隧道工程勘测数据制定科学合理的评价和防治方法。比如分析和总结地基基层压缩层内的松散砂土数据后，依照这些数据预测其可能对工程产生的影响以及影响程度，如是否会出现流砂，程度如何等；又如分析深埋于地下水位之下钢筋腐蚀情况(水的腐蚀)，预测腐蚀速度对工程质量的影响。
3.根据隧道工程的施工进程要求，随时提供隧道工程水文地质的数据。
4.特殊情况应区别对待。比如对一些比较大型的，影响力较大的工程，若工程规划和设计过程中发现地下水会对工程产生非常大的影响，那么这种情况下就必须要进行一次专业且全面的水文地质勘察工作。而对于一些因为缺乏水文地质资料而无法判断水文地质具体情况的地区，若需要进行大型工程建设时，必须要首先设置地质勘察专门的观测孔，并在确保得出有效水文地质数据后才能够进行工程建设规划和设计。
（二）勘测参数
1.测量规定
只要观测过程中发现有含水地层，那么必须要测量地下水位；在泥浆钻进背景下，需要把测水管放入含水层大约20cm左右的深度后再测量地下水位；若含水层有不止一层，那么若条件允许且有必要的情况下，可以首先进行止水处理，然后在进行地下水位测量；地下水流向和流速可以分别通过测量不同孔隙水位和采用批示剂方式进行测量。常规的注水和渗水试验不需要深入地下水层去测量，只需要在已经钻好的孔隙或者一些过度基坑中进行即可。而试坑方法则可以根据不同的岩土类型采用不同的方式，通常情况下粘性土和非粘性土（如砂土）可分别采用双环法和单环法进行；进行抽水试验室必须要进行降深处理，且一共需要进行三次。且为了确保水位的准确性，在测试不同水位高度时从始至终均需要使用同一个仪器测量，观测孔和抽水孔的读数要分别精确到毫米和厘米；为了确保压水试验能够顺利进行，压水试验应该严格按照岩层性质进行分级试验。在进行孔隙水压力测量时应该严格按照水文地质的具体概况进行测试点布置和选择合适的测定方法，且所有的测定仪器和工具在安装时必须要按照相关标准规定要求进行安装。对于测试点得出的数据应该及时进行分析和总结，确保第一时间掌握水文地质异常情况，从而能够更快的采取处理措施。
2.常用测量方法
工程勘察中水文地质探测需要测试的项目主要有水位、导水和渗水情况、释水和给水系数、单位的吸水率以及毛细水上升的高度等。通常情况下，在得出这几个项目的数据后就能够较为准确的掌握该工程的水文地质状况。这些测试项目的测量方法均各不相同，其中，水位测试通常采用的是探井观测和钻孔观测两种；毛细水位上升幅度则主要是采用试坑观测的方式；导水和渗水系数的测试方法则主要有注水、渗透以及抽水试验几种；单位吸水率则一般是采用压水和注水两种试验方式测量；释水和给水系数主要以长期观测和抽水试验为主。这些方法均各有针对性，且只要能够按照规范测量步骤进行测量，那么一般情况下测量结果数据都比较精确。
二、重视水文地质勘察，加强新技术运用
在隧道工程中，水害普遍存在工程中，除与隧道工程地质条件复杂及设计、施工等有关外，很大程度上与隧道工程前期地质勘察深度不够有关。目前，部分勘察单位对隧道工程水文地质勘察力度不够，仅作简单调查和钻孔抽水试验，有的隧道工程在勘察的时候甚至连抽水试验都不做，或隧道工程勘察的试验数据失真，隧道工程设计只能凭区域资料和经验定性分析，无法满足隧道工程设计要求。
为了减少隧道工程中存在的=的水害，特别是长大深埋隧道工程，除了要有合理的隧道工程设计、科学隧道工程施工外，应重视隧道工程地质勘察工作，特别是隧道工程水文地质勘察，同时加强科研攻关和理论研究，广泛采用国内外最新科研的隧道工程水文地质勘测成果，为隧道工程设计提供准确的防排水设计参数。
三、水文地质勘察技术方法
在隧道工程工程施工中，隧道工程水文地质勘察应重点查明隧址含水层、井泉分布、隔水层等水文地质条件，判明地下水类型、径流、排泄、补给条件，地隧道工程下水对工程中混凝土和钢结构的腐蚀性和洞身各段涌水量大小，特别对隧道工程中高水位富水隧道，涌水量是隧道工程设计、隧道工程施工非常重要的参数，直接关系到隧道工程建设成木和隧道工程的使用安全。
在隧道工程工程勘测证，常用勘察方法主要为水文地质测绘(包括地表水的调查、地层调查、水井调查、地貌调查、地质构造调查以及泉的调查、水质调查)、水文地质测试、水文地质钻探、水文地质物探等。
在隧道工程勘测中，隧址区水体探测常用的方法有地质雷达技术、红外线技术、水文地质法。隧道工程水文地质法从隧道工程地下水径流、补给排泄通道方而，确定褶皱、裂隙密集带、岩溶发育通道、断层破碎带等地质易发生涌水。地质雷达是探测隧道工程地下水的有效工具，地质雷达预报具有一定的准确度。红外线勘测技术是一种辅助探水地质雷达技术，新型探测手段有激发极化法和瞬变电磁法，瞬变电磁法是远距离探水有效手段，激发极化法是探测富水区有效的工具；比较实用的隧道工程探测手段有综合探测法、EH4电磁成像法等。隧道工程岩体裂隙空间及渗透张量测试，隧道工程洞内和隧道工程地表水涌水量动态测试，富水隧道工程地段涌水预测、预报，水化学测试分析等隧道工程水文地质测试新技术在秦岭隧道工程等勘察中得到成功运用。
结束语
综上所述，水文地质条件测量在隧道工程勘察中占有非常重要的地位，在隧道工程勘察和隧道工程施工建设中起到了极为重要的作用。新形势下随着我国隧道工程勘察技术的不断进步与创新，提高对隧道工程水文地质条件测量的重视度，为了在隧道工程建设前期切实做好水文地质勘察工作，就必须加大隧道工程相关技术人员的水文地质勘察力度，充分发挥水文地质在隧道工程勘测过程中的积极作用，提高隧道工程勘察的质量与效率。
参考文献：
[1]王燕.工程地质勘察中的水文地质危害分析及对策研究[J].科技致富向导,2012,09:255+277.
[2]张志亮.综合地质勘察方法在黄土梁峁区隧道工程中的应用[J].铁道勘察,2010,02:67-69.
隧道工程地质问题范文第3篇
公路工程的建设需要跨越自然地质条件不同的区域，若公路经过山区或者河流区域时，需要开挖山岭隧道或河底隧道。隧道的开挖技术与该地区的地质环境具有密切联系，为保障隧道工程的安全性，应对需要开挖隧道的地区进行科学的地质勘探，为公路工程的规划、设计及施工提供必要的依据和指导。
一、公路工程隧道地质勘探
(一)隧道工程地质勘探必要性
地质勘探是通过钻探、电探、震探等一系列方法对构成地质条件的各个要素进行测试的一种技术，为煤田开采、石油开采、地下工程的建设等各项工作提供必要的技术参数。隧道是在天然地层中修建的建筑物，隧道工程建设的各个环节，如位置选择、工程设计、施工技术等均与地质条件有紧密关系。以山岭隧道为例，修建山岭隧道时应对岩层地质构造、产状、裂隙发育、风化程度、地层含水量、地层温度、有害气体等各个要素进行地质勘测，以决定隧道的深度、施工工艺及施工技术。对重点隧道工程，除常规的地质勘测外，还应进行区域性的工程地质调查、测绘及试验;若地下水对隧道具有重大影响时，还应进行地下水动态观测，计算隧道涌水量。隧道工程地质勘探工作主要关注的内容为隧道围岩的稳定性、地下水对隧道的影响、地层温度的影响、有害气体的组份、隧道位置及洞口位置的确定等。
(二)隧道工程地质勘探的主要内容
1．可行性研究阶段的勘探
隧道工程的可行性勘探主要目的是了解项目所在地的地质特征、各工程方案的地质条件及其控制工程方案需要的主要地质参数，为工程的路线设计、桥位设计、方案的选择、编制可行性研究报告提供准确的数据支持。这一阶段的探测工作主要是踏勘，对多个可能方案沿路线进行实地调差，对重要工点进行必要的勘探，大致探明地质情况即可。一般需要进行勘探的工点有大桥、隧道、不良地段等。
2．初步勘探阶段
初勘阶段一般以物探为主，物探的测区一般在测绘范围以内，当对物探解释有重要的对比价值或参考价值时，可进行勘测追踪，扩大测绘范围。在测量范围内，应按照物探方法，结合地形条件，对测线的方向、间距、测点的疏密、激发点与接收点的距离及布置形式进行设定。物探方法较多，对隧道工程进行物探时，可根据隧道深埋和下伏岩体特性，选择合适的物探方法。电火花法、声脉冲轰震器、旁侧扫描声纳可用于水下隧道地质勘探;高分辨率反射法可用于深埋隧道的勘探;磁力、重力测量法则适用于矿体、煤层、采空区、溶洞、断裂等特殊构造的勘探。分离式隧道一般沿隧道轴线纵向布置2－3条物探测线，两洞口横向测线可布置2条，根据隧道长度、地质条件确定测线长度和测点间距;整体式隧道可适当增加纵向和横向测线。地质体或构造类型不同时，应设计2－3条物探测线穿过，每条测线的测点应在3各以上，若地质条件复杂时，可酌情增加测点数目。
3．详细勘探阶段
详细勘探主要是进一步探测初步勘探阶段未查明的地质问题，为后续工程的设计及施工提供必要的补充和校核，这一阶段探测技术仍以物探为主，具体选择方法可根据隧道所在地区的地形、地质条件决定。对山区岩质隧道进行探测时，应先进行地震勘探。进行地震勘探时，可沿隧道轴线布置一条以上的地震测线，以10－20m为间距设置测试点;若在测试过程中发现地质构造，可将测试点数据布置密度增加;两洞口布置横测线，测点距离设置为5m;若在洞口或洞身发现溶洞或其他构造破碎带，可根据具体情况适当增加横测线或测试点。公路为上下行时，对于地质条件简单、岩性单一、无地质构造的短小隧道可作为一条隧道，组织勘探工作外，其余均应作为两条隧道进行单独勘探。勘探方法如下:用声波法对岩体的弹性纵波波速和横向波速进行同时测定，用于计算岩体的弹性特征值;测试岩石试件的弹性波速，以计算岩体的完整性，从而判定围岩的破碎程度;在进行地震勘探时，若发现明显的地质构造或溶洞时，可利用其他方法进行再次勘探，以供验证;采用电探时，可沿隧道轴线设三条测试线，其中两侧的测试线与主测线的间隔距离为20m，测点间距为20m;洞口设置横测线，间距为10－30m;对水下地质进行物探时，应根据水域的水底地形、水体流苏、水体深度等情况决定物探方法的选取，一般可采用多种方法进行综合探测，勘探主线至少为2条，横测线可根据水流方向布设，至少为3天，测点间距应小于陆上物探测点间距。
二、隧道工程地质勘探测试项目
隧道工程地质勘探测试项目主要包括地应力、岩土力学、水文地质、水质分析以及其他综合测试。地应力测试方法多采用水力压裂法，其他方法可作为辅助方法。岩体内部应力状态存在一定的差异性，可利用应力试验，并结合岩体组份的分析及构造分析，对岩体的主应力方向进行确定，岩土的力学试验常用测定标准为《公路工程地质勘察规范》;隧道工程在建设过程中，需要大量的钻探操作，地质勘探孔的设定应考虑水文地质试验孔的设定情况，地质勘探孔终孔可作为后期的水文地质试验的观测孔，若发现钻探孔终孔含有大量地下水，应考虑进行专业的水文地质勘探，以获得水文地质参数。对隧道内的主要含水层取样进行水质分析，看是否满足生活、工程、消防用水的要求，一般测试样品为1－3组。综合测井是配合钻孔，利用声波测井和放射测井的方法，从多个方面获得隧道围岩工程所需的地质、水文等各项参数。
三、总结语
隧道工程地质问题范文第4篇
关键词：公路隧道 地质超前预报 地质雷达
1 引言
在山岭公路隧道施工中，隧道工程地质对隧道施工的安全性具有十分显著的影响，因此，预先掌握隧道掌子面前方的地质情况，对保障施工安全，预防塌方、涌水、突泥等灾害，优化施工工艺和设计参数具有十分重要的意义。隧道施工过程中的超前预报工作是隧道施工过程中的一个重要组成部分，是实现合理的施工组织，避免意外事故，保证施工安全和质量，加快施工速度，按期完成隧道施工任务，节约工程投资的必要保证。
2 隧道工程概况
盐水坳隧道位于广东省梅州梅县与梅州大埔县交界处，本隧道为小净距分离式短隧道，起止桩号左线ZK36+596～ZK36+885，长289m；右线K36+610～K36+895，长285m。隧址区属于华南褶皱系粤东北-粤中拗掐带之永梅凹褶断束内，所见晚古生代地层褶皱为过渡型褶曲，上部被上三迭-下侏罗统地层不整合覆盖，形成于印支运动，伴有永梅区域动力变质岩带的发育，并为中、新生代岩浆岩、火山岩、红色盆地和断裂所叠加，形态不完整；隧址区属于单斜地层，倾角16～25°，岩性为侏罗系金鸡组砂岩、泥岩。
3 超前地质预报的方法和原理
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。波反射法主要是利用声波、超声波、地震波及电磁波在地层中传播、反射，然后通过信号采集系统接收反射信号，借助分析软件解译隧道掌子面前方反射界面（断层、软弱夹层等）距隧道掌子面的距离进行预报。本文主要介绍地质雷达方法。
地质雷达（Ground Penetrating Radar ，简称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。
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，本工程检测选用了100MHz天线。
在掌子面上布设测线或测点，由天线向地层中发射一定强度的高频电磁波，电磁波在传播过程中遇到与周围电阻抗有差异的地层或目标体时，部分能量反射回来，被接收天线所接收，通过分析雷达图像特征，预测前方围岩情况。该方法分辨率较高，方向性较好，能够分辨出较小规模的地质异常，能及时预报出掌子面附近的破碎带、溶洞及赋水等不良地质情况。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。
现场预报时，采用SIR-3000型地质雷达沿掌子面进行测试，每次预报范围10～35米。
4 超前地质预报的具体应用
掌子面里程K36+820，围岩由强风化砂岩组成，岩体破碎呈块～块碎状结构，节理裂隙较发育，强度及稳定性差，整体稳定性较差，本次采用了连续线测及点测试方法，测线、测点布设见下图
图1雷达测线及测点布设图 图2 雷达测试波形图
本次雷达预报探测范围K36+820～K36+855段计35米，从点测及线测结果来看：本测段范围内雷达反射波波幅及相位变化不大，预计该段围岩特征与目前掌子面基本相似，岩体破碎，节理裂隙较发育，强度及稳定性差，受构造影响严重，拱顶岩体组合受震动易掉块、坍塌，岩块结合性较差，整体稳定性较差。相比较而言，距目前掌子面5～15米（即K36+825～K36+835）范围雷达电磁波反射较强，反射界面较多，预计本段范围内节理、裂隙极发育，呈碎～碎状结构，层理明显，围岩较破碎，含水量稍大或存在夹层，围岩整体稳定性较差。拱顶层面组合受震动易掉块、坍塌，应根据炮孔钻进情况谨慎掘进，并注意加强支护，做好施工安全监控。
5 结语
目前，盐水坳隧道已经贯通，由于经济技术水平的限制，期望在施工前的勘测设计阶段，将所有可能存在的不良地质问题搞清楚是极其困难的。为了保证隧道快速、安全、经济、顺利进行，避免或者尽可能的减少地质灾害的产生，隧道超前地质预报是强有力的保证。本文就盐水坳隧道工程的特点只简单阐述了地质雷达方法，对于不同的隧道工程，应根据隧道工程自身的地质特点及问题选用合适的超前地质预报方法，以针对工程的特点满足其准确性及针对性。
参考文献：
[1]张建华.地质雷达在隧道施工质量无损检测中的运用【J】.山西建筑，2010，36（5）：334-335
隧道工程地质问题范文第5篇
关键词：北凹山隧道 超前地质预报 雷达图像 围岩分级
引言
汾阳至邢台高速公路山西境内平遥至榆社段隧道工程众多，地质条件复杂，施工难度大，工期紧。断层破碎带、软弱夹层、富水带、溶洞等不良地质体给隧道施工造成极大的困难。因此在隧道施工过程中，提前探测隧道前方的地质变化，为施工提供相对准确的地质资料，及时调整施工工艺是非常重要的。
地质雷达凭借其具有速度快，成本低，分辨率高，无损伤性探测，经济方便等特点，在隧道工程的地质超前预报中具有广阔的应用前景。
1、工程概况
1.1概述
北凹山隧道位于榆社县河峪乡牛村和箕城镇桑家沟之间，左线全长1554米；右线全长1427米。地面海拔高程1168～1314米，相对高差146米，北凹山隧道洞身最大埋深157.8米[1]。北凹山隧道采用上下行分离4车道设计标准，设计行驶速度80公里/小时，有效净宽10.25m，净高5.00m。
1.2工程地质条件
北凹山隧道穿越构造剥蚀中山区，地形起伏较大，沟壑纵横；微地貌为基岩山梁、陡坎、冲沟缓坡；总体上具上陡下缓、局部有小型缓坡、平台分布的特征。隧址区基岩，其出露地层为中生界三叠系中统铜川组（T2t）砂岩、泥岩，二马营组（T2e）砂岩、泥岩，第四系全新统（Q4）松散堆积层。
隧址区地层主要有砂泥岩互层组成，节理裂隙发育，层间粘结力差，潜水位埋藏深，含水层岩性为三叠系砂岩、砂质泥岩。
1.3不良地质问题
1.3.1断层破碎带
位于隧道里程K72+110处有发育断层，断层走向30°，倾向120°，倾角80°，宽度5米，断距10―20米，上下盘均为三叠系二马营组砂岩、泥岩。
1.3.2软弱夹层
北凹山隧道岩性以砂岩泥岩互层为主，中厚层构造，中风化，呈块～块碎状结构，受构造影响，节理、裂隙较发育，层理明显。
1.3.3富水带
在北凹山隧道个别地段，存在砂岩碎石夹土状结构，节理裂隙较发育，呈碎裂状结构；此地质条件易产生裂隙水渗漏，围岩含水量较高，形成富水带。
2、雷达测线布置及参数设置
2.1测线的布置
为详细了解掌子面前方岩层的分布状况，并结合雷达天线发射电磁波的特征，水平方向和垂直方向各布置2条测线[2]。具体布置情况如图1所示。
2.2参数的设置
探地雷达的参数设置主要有：（1）天线频率f，探测深度随着天线中心频率的减少而增大，取f为100MHz；（2）时窗W，时窗选择主要取决于最大探测深度与地层电磁波速度，取W为610ns；（3）采样率 ，采样率是记录反射波采样点之间的时间间隔，采样速度至少要达到无线中心频率的3倍，故 为512samp/scan；（4）介电常数 描述了介质的极化特性，该隧道岩性主要为砂岩泥岩互层，故 定为6.8。
参数具体情况见表1：
3、不良地质体的探测结果
3.1断层破碎带
断层为当岩层受力破裂后，破裂两侧岩体发生了明显位移的断裂构造。在北凹山隧道里程为K72+110～K72+115段计5米，高度20多米的范围内，存在断层破碎带。由于断层破碎带引起的雷达图像震波，雷达波形图在该处的变化异常明显，呈同相轴断错的特征。具体情况见图2：
3.2软弱夹层
软弱夹层在雷达测试图像中的显现特征主要有：当雷达电磁波传播到软弱夹层时，会产生较强的界面反射波；在穿越软弱夹层的过程中会产生绕射、散射、波形杂乱、波幅变化大。具体情况见图3：
3.3富水带
在北凹山隧道个别地段，存在砂岩碎石夹土状结构，节理裂隙较发育，此地质条件易产生裂隙水渗漏，围岩含水量较高，易形成富水带。
富水带在雷达测试图像中的显现特征主要有：雷达反射波在该处出现强反射，波形紊乱，电磁波衰减速度加快，会产生一强反射面。具体情况见图4：
4、北凹山隧道的围岩分级
隧道围岩分级其主要依据是把握岩性和岩体结构，并结合施工中地质问题作为修正。岩性的判别上主要是判定岩石坚硬程度，并着重考虑岩石风化程度；岩体结构方面，主要观察其结构是否属于散体结构、碎裂结构、镶嵌结构、次块状结构、块状结构和整体结构。
根据北凹山隧道的实际工程特点，结合岩石的坚硬程度、完整性和声波纵波速度进行围岩基本分级，并考虑断裂破碎带、软弱夹层、富水带等因素进行修正。具体情况见表2：
从表2可以看出，北凹山隧道实际施工过程中围岩级别要比勘察设计阶段所预测的情况稍差一些，稳定性较差的Ⅵ、Ⅴ级围岩所占隧道长度比例大大增加。可见，根据探地雷达的探测结果，为施工提供相对准确的地质资料，及时调整施工工艺，减少和预防了工程事故的发生。
参考文献：
[1]山西交科公路勘察设计院．汾阳至邢台高速公路平榆段北凹山隧道设计文件[R]．2008.10．
[2]杨川福．探地雷达在攀田高速公路隧道施工中的应用研究[D]．西安：长安大学公路学院，2008．
[3]长安大学平榆高速公路隧道监控第三项目部．平榆高速公路工程地质超前预测报告[R]．2010
