板岩属三大岩系中的变质岩,为地壳的主要组成成分,是隧道工程施工中常见岩体。其具有变形程度大、难支护、遇水易软化等特点,不仅施工难度大、风险程度高,还严重制约隧道工程进度。因此,精准预报掌子面前面不良地质体发育情况,准确划分围岩等级,为施工提供合理支护参数及支护范围,不仅可以避免多次换拱,降低施工风险及施工预算,还可以加快施工进度。地质雷达设备具有探测区域范围广、分辨率高、穿透性好及天线屏蔽干扰小等优点,能满足超前预报技术的参数要求。
地质雷达探测原理是基于物体间相对介电常数的差异,地质雷达通过宽频带时域发射天线,向介质发射高频短脉冲电磁波,电磁波在介质中传播遇到不同电性介面产生反射,通过雷达接收天线接收电磁波反射信号,然后使用计算机处理软件对电磁波反射信号进行计算处理得到地质雷达图像,利用相应地质雷达图像中能量反射的强弱、波形和频率变化快慢、分布特征及同相轴连续、错段性等参数来识别不同物体之间的反射形态,再由雷达接收主机自动记录电磁波在其中传播的双时程,以此确定物体的空间位置。
在板岩类隧道施工中,除因地质构造运动造成岩体镶嵌堆积形成空洞外,通常无溶洞等地质体发育,常见地质体主要以节理裂隙发育、岩体破碎、富水等为主,因岩体完整程度及裂隙填充物的不同,岩体介电常数差异大,反射界面不同,地质雷达反射图像特征明显,在不同地质体中雷达图像有以下特征:
1、岩体较完整情况,岩体以块状、厚层状结构为主,结构面基本无充填物,岩体相对介电常数差异不大,电磁波频率主要为中高频,频率变化不大、分布较均匀,同相轴基本连续、平行,电磁波振幅弱,能量正常衰减。
2、岩体较破碎情况,岩体以中厚层状、镶嵌碎裂结构为主,结构面局部充填泥土,岩体反射界面增多,相对介电常数差异较大,电磁波频率主要为中高频,波形频率变化较快,局部振幅较强,同相轴时断时续,波形均一性较差。
3、岩体破碎情况,岩体以碎裂结构、散体结构为主,层间结合很差,结构面夹泥,相对介电常数差异大,电磁波频率主要为中低频,波形频率变化快、分布不均匀,局部振幅强,存在绕射、散射,现场电磁波增益梯度大,能量衰减快,同相轴错断不连续,波形杂乱。
4、岩体富水情况,岩体以薄层状结构、散体结构为主,相对介电常数主要受地下水影响差异性不大,电磁波频率降低,以低频为主,频率变化慢,电磁波振幅增强,同相轴较连续,见多次反射波,波形基本均一。
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