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摘要：本文主要介绍了地质雷达在曹娥江输水隧洞不良地质检测中的应用。并作出相关分析。以供参考！
关键词：曹娥江引水工程 隧洞检修 地质雷达 应用
1工程概况
绍兴市城区曹娥江引水工程是一项将曹娥江水引至绍兴市区，改善绍兴市区水环境的综合性工程。本工程自流设计引水流量为10m3/s，泵提水最大引水流量为20m3/s，主要建筑物由进口河道、进口闸站、输水隧洞、出口箱涵、出口河道、下游配水节制闸和水体净化处理加药间等建筑物组成。整个引水工程从小舜江口至平水东江节制闸全长约26km。其中输水隧洞全长14669.28m，洞径6.5m，为低水头有压隧洞。
2工程地质和水文地质条件
根据设计院提供的《绍兴市城区曹娥江引水工程通水验收设计报告 2 工程地质》相关内容，输水隧洞的工程地质和水文地质条件主要如下。
2.1地层岩性
隧洞围岩一般呈微风化～新鲜，局部断层、裂隙、节理密集带，地下水活动带呈弱～强风化。桩号0+000m～桩号2+231m为流纹质晶屑玻屑凝灰岩，桩号2+231m～桩号2+415m为石英正长斑岩，桩号2+415m～桩号3+425m为流纹质晶屑玻屑凝灰岩，桩号3+425m～桩号4+258m为凝灰质砂岩夹流纹质晶屑玻屑凝灰岩，桩号4+258m～桩号9+965m为晶屑玻屑熔结凝灰岩，桩号9+965m～桩号10+078m为凝灰质粉砂岩，桩号10+078m～桩号11+900m为晶屑玻屑熔结凝灰岩间夹凝灰质粉砂岩，桩号11+900m～桩号12+890m为凝灰质粉砂岩间夹流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，桩号12+890m～桩号14+540m为黑云斜长变粒岩，桩号14+540m～桩号14+656m为炭质灰岩。
2.2地质构造
（1）断层
隧洞沿线编录断层162条，断层组成物质以碎裂岩、糜棱岩、断层泥为主，个别为劈理带。断层影响带内岩石蚀变风化，局部充填次生黄泥及铁锰质，结构面及影响带内多滴水或线状流水。断层宽度一般为5cm～50cm，其中影响带宽度大于1.0m的断层有12条，局部断层附近发育有节理及裂隙密集带，宽度3m～20m不等。
（2）节理、层理
隧洞围岩节理较发育，局部极发育，并发育共扼节理裂隙与节理密集带多处。节理裂隙一般与洞线近平行，少量与洞线斜交～正交，以陡倾角为主，炭质灰岩分布洞段层理发育，与洞线斜交，倾向上游，倾角较缓。洞身节理裂隙面段闭合～微张，铁锰质渲染，局部充填方解石薄膜及细脉。
2.3水文地质条件
隧洞围岩一般为整体性较好的块状火山碎屑岩，基本不透水，基岩裂隙水的富集、运移、排泄主要受构造控制，常常沿构造带或构造相互结合的部位形成地下水富水区，而其它区域富水性较差。在断层、裂隙及节理发育处，见有渗水或线状流水。在隧洞施工过程中，受区域断层F4影响，桩号10+612m～10+618m发生大量涌水现象，采取增设储水仓等工程措施。
2.4工程地质评价
隧洞洞身衬砌施工阶段时围岩按规范和浙江大学水工结构与环境研究所提供的《绍兴市城区曹娥江引水工程隧洞监测分析报告》相关内容进行分类，洞身段上覆岩体厚度大多在100m以上，以侏罗系块状火山岩地层为主，岩石多属坚硬岩，围岩以Ⅱ类为主；断层破碎带、节理裂隙发育地段岩体呈碎块镶嵌结构，
为Ⅲ～Ⅳ类围岩。对Ⅲ类围岩建议采取喷砼、锚喷及锚挂网喷处理，Ⅳ类围岩建议采取钢筋砼衬砌。
3 地质雷达现场探测
现场采集参数设置如下：天线间距为0.5m，采样间隔为0.4ns，时窗为250ns，发射电压为1000V，探测模式为反射法，点距0.4m。沿隧洞拱顶纵向布置测线，测线总长度约为13.4km（其中二、三标4554m，四标3419m，五标3592m，六标1880m）。
4 检测分析
根据地质雷达所采集信号的波形、振幅、频率，推测出探测区距离拱顶10m范围内的围岩地质异常区的分布情况。隧洞围岩的地质雷达探测结果异常区统计，同时列出了围岩分类和排查加固区段。
虽然电磁波的能量绝大部分往拱顶之上发射，但仍有部分能量往下传播。由于水与空气的电磁性差异较大（反射系数大），即使往下传播的电磁波能量较小，地质雷达解释剖面图上仍有可能出现较大反应。从地质雷达解释剖面图可以看出，几乎所有的雷达剖面在时间轴40ns和80ns附近都出现连续、反射强烈的同向轴。考虑到电磁波在空气中的传播速度为光速0.3m/ns，由探测目标体到测线垂直距离公式可以推算出时间轴40ns和80ns所对应的距离轴约为6m和12m。因此，从拱顶净高约为6m可以推测时间轴40ns位置的反射层为拱底上的水面，80ns位置的反射层为该水面的二次反射。
由于所选天线频率的限制、地质雷达首波能量强和拱底水的干扰等因素的影响，雷达剖面图上距离轴0～2.0m范围内的围岩较难拾取到有效的信息，属于雷达探测的盲区，因此本次探测不考虑0～2.0m范圍内围岩的地质情况。0～2.0m范围内围岩的地质情况可参考地质勘察资料和施工地质资料。
探测采集的数据排除了拱底上水的干扰和六标两个位置工程车（现场记录）的干扰，较客观地反映了隧洞沿线拱顶围岩的地质变化情况。在完整岩石与不良地质区接触界面的两侧，由于不良地质区内岩石的孔隙度和含水率均比完整岩石要大，而孔隙度和含水率对介质的电导率和介电常数均有较大影响，这就造成接触带两侧存在一定的值增大，穿过不良地质区岩层时视其胶结程度而使得波形比较杂乱。在雷达剖面图的特征为：地层反射波发育，同相轴错断、分叉，反射波振幅能量明显增强，电磁波频率发生变化，不良地质区范围较大或不良程度较严重的雷达信号还出现绕射弧的图像特征。因此，根据地质雷达图像的特征及相关地质资料，可以判明不良地质区的厚度以及它与完整岩石的界面。根据雷达信号异常区大小和异常的明显程度，对雷达信号异常里程段的围岩完整程度进行分类，以便进一步为设计、施工提供参考依据。
5开挖揭露围岩验证
为了验证地质雷达探测的准确性，对以下4个异常点：6+168（四标）、7+392（四标）、10+718（五标）、10+894（五标）作为开挖揭露围岩验证点。地质雷达探测是沿着拱顶布线，探测拱顶以上围岩地质情况。由于现场条件限制，无法在拱顶进行开挖揭露围岩，仅在桩号6+168、7+392、10+718、10+894的洞壁各开挖约0.4m2的衬砌面，露出围岩供地质观察用。实际开挖揭露围岩验证结果如下：
（1）桩号6+168右壁下部，现场查看发现避车洞下部较大范围的揭露围岩的岩性较差，软化严重。
（2）桩号7+392右壁中部，揭露部分围岩完整性较好，且岩石坚硬。
（3）桩号10+718左壁（避车洞侧）和右壁，左壁裸露围岩节理发育，右壁揭露围岩表层局部风化。
（4）桩号10+894左壁（避车洞侧）和右壁，左壁裸露围岩局部节理发育，右壁揭露围岩表层局部风化，并且存在一条横穿隧洞的明显结构面。
为了解洞壁围岩的完整程度，浙江省建筑科学设计研究院于2010年11月24日对五标桩号为10+718，10+894附近的洞壁围岩进行了地质雷达探测，洞壁围岩地质雷达探测的参数设置与拱顶探测时一致。
另外，桩号8+808～8+831区段的现场查看表明，该区段右壁支护砼开裂严重，围岩破碎。并且根据比较，表明拱顶地质雷达剖面图上的异常图像特征与洞壁现场查看结果基本吻合。
6结言
结合工程地质情况以及地质雷达检测情况对围岩进行划分。施工单位根据检测不良地质体的分布情况进行分析，并提出合理的支护方式，节约了大量资金。通过地质雷达探测结果与开挖揭露围岩的地质情况的综合对比，表明地质雷达对岩体中存在的不良地质体探测具有一定的探测精度。因此，地质雷达为探测隧洞围岩中存在的一些地质灾害隐患提供了较好的途径，其探测结果可供加固设计参考。
关键词：曹娥江引水工程 隧洞检修 地质雷达 应用
1工程概况
绍兴市城区曹娥江引水工程是一项将曹娥江水引至绍兴市区，改善绍兴市区水环境的综合性工程。本工程自流设计引水流量为10m3/s，泵提水最大引水流量为20m3/s，主要建筑物由进口河道、进口闸站、输水隧洞、出口箱涵、出口河道、下游配水节制闸和水体净化处理加药间等建筑物组成。整个引水工程从小舜江口至平水东江节制闸全长约26km。其中输水隧洞全长14669.28m，洞径6.5m，为低水头有压隧洞。
2工程地质和水文地质条件
根据设计院提供的《绍兴市城区曹娥江引水工程通水验收设计报告 2 工程地质》相关内容，输水隧洞的工程地质和水文地质条件主要如下。
2.1地层岩性
隧洞围岩一般呈微风化～新鲜，局部断层、裂隙、节理密集带，地下水活动带呈弱～强风化。桩号0+000m～桩号2+231m为流纹质晶屑玻屑凝灰岩，桩号2+231m～桩号2+415m为石英正长斑岩，桩号2+415m～桩号3+425m为流纹质晶屑玻屑凝灰岩，桩号3+425m～桩号4+258m为凝灰质砂岩夹流纹质晶屑玻屑凝灰岩，桩号4+258m～桩号9+965m为晶屑玻屑熔结凝灰岩，桩号9+965m～桩号10+078m为凝灰质粉砂岩，桩号10+078m～桩号11+900m为晶屑玻屑熔结凝灰岩间夹凝灰质粉砂岩，桩号11+900m～桩号12+890m为凝灰质粉砂岩间夹流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，桩号12+890m～桩号14+540m为黑云斜长变粒岩，桩号14+540m～桩号14+656m为炭质灰岩。
2.2地质构造
（1）断层
隧洞沿线编录断层162条，断层组成物质以碎裂岩、糜棱岩、断层泥为主，个别为劈理带。断层影响带内岩石蚀变风化，局部充填次生黄泥及铁锰质，结构面及影响带内多滴水或线状流水。断层宽度一般为5cm～50cm，其中影响带宽度大于1.0m的断层有12条，局部断层附近发育有节理及裂隙密集带，宽度3m～20m不等。
（2）节理、层理
隧洞围岩节理较发育，局部极发育，并发育共扼节理裂隙与节理密集带多处。节理裂隙一般与洞线近平行，少量与洞线斜交～正交，以陡倾角为主，炭质灰岩分布洞段层理发育，与洞线斜交，倾向上游，倾角较缓。洞身节理裂隙面段闭合～微张，铁锰质渲染，局部充填方解石薄膜及细脉。
2.3水文地质条件
隧洞围岩一般为整体性较好的块状火山碎屑岩，基本不透水，基岩裂隙水的富集、运移、排泄主要受构造控制，常常沿构造带或构造相互结合的部位形成地下水富水区，而其它区域富水性较差。在断层、裂隙及节理发育处，见有渗水或线状流水。在隧洞施工过程中，受区域断层F4影响，桩号10+612m～10+618m发生大量涌水现象，采取增设储水仓等工程措施。
2.4工程地质评价
隧洞洞身衬砌施工阶段时围岩按规范和浙江大学水工结构与环境研究所提供的《绍兴市城区曹娥江引水工程隧洞监测分析报告》相关内容进行分类，洞身段上覆岩体厚度大多在100m以上，以侏罗系块状火山岩地层为主，岩石多属坚硬岩，围岩以Ⅱ类为主；断层破碎带、节理裂隙发育地段岩体呈碎块镶嵌结构，
为Ⅲ～Ⅳ类围岩。对Ⅲ类围岩建议采取喷砼、锚喷及锚挂网喷处理，Ⅳ类围岩建议采取钢筋砼衬砌。
3 地质雷达现场探测
现场采集参数设置如下：天线间距为0.5m，采样间隔为0.4ns，时窗为250ns，发射电压为1000V，探测模式为反射法，点距0.4m。沿隧洞拱顶纵向布置测线，测线总长度约为13.4km（其中二、三标4554m，四标3419m，五标3592m，六标1880m）。
4 检测分析
根据地质雷达所采集信号的波形、振幅、频率，推测出探测区距离拱顶10m范围内的围岩地质异常区的分布情况。隧洞围岩的地质雷达探测结果异常区统计，同时列出了围岩分类和排查加固区段。
虽然电磁波的能量绝大部分往拱顶之上发射，但仍有部分能量往下传播。由于水与空气的电磁性差异较大（反射系数大），即使往下传播的电磁波能量较小，地质雷达解释剖面图上仍有可能出现较大反应。从地质雷达解释剖面图可以看出，几乎所有的雷达剖面在时间轴40ns和80ns附近都出现连续、反射强烈的同向轴。考虑到电磁波在空气中的传播速度为光速0.3m/ns，由探测目标体到测线垂直距离公式可以推算出时间轴40ns和80ns所对应的距离轴约为6m和12m。因此，从拱顶净高约为6m可以推测时间轴40ns位置的反射层为拱底上的水面，80ns位置的反射层为该水面的二次反射。
由于所选天线频率的限制、地质雷达首波能量强和拱底水的干扰等因素的影响，雷达剖面图上距离轴0～2.0m范围内的围岩较难拾取到有效的信息，属于雷达探测的盲区，因此本次探测不考虑0～2.0m范圍内围岩的地质情况。0～2.0m范围内围岩的地质情况可参考地质勘察资料和施工地质资料。
探测采集的数据排除了拱底上水的干扰和六标两个位置工程车（现场记录）的干扰，较客观地反映了隧洞沿线拱顶围岩的地质变化情况。在完整岩石与不良地质区接触界面的两侧，由于不良地质区内岩石的孔隙度和含水率均比完整岩石要大，而孔隙度和含水率对介质的电导率和介电常数均有较大影响，这就造成接触带两侧存在一定的值增大，穿过不良地质区岩层时视其胶结程度而使得波形比较杂乱。在雷达剖面图的特征为：地层反射波发育，同相轴错断、分叉，反射波振幅能量明显增强，电磁波频率发生变化，不良地质区范围较大或不良程度较严重的雷达信号还出现绕射弧的图像特征。因此，根据地质雷达图像的特征及相关地质资料，可以判明不良地质区的厚度以及它与完整岩石的界面。根据雷达信号异常区大小和异常的明显程度，对雷达信号异常里程段的围岩完整程度进行分类，以便进一步为设计、施工提供参考依据。
5开挖揭露围岩验证
为了验证地质雷达探测的准确性，对以下4个异常点：6+168（四标）、7+392（四标）、10+718（五标）、10+894（五标）作为开挖揭露围岩验证点。地质雷达探测是沿着拱顶布线，探测拱顶以上围岩地质情况。由于现场条件限制，无法在拱顶进行开挖揭露围岩，仅在桩号6+168、7+392、10+718、10+894的洞壁各开挖约0.4m2的衬砌面，露出围岩供地质观察用。实际开挖揭露围岩验证结果如下：
（1）桩号6+168右壁下部，现场查看发现避车洞下部较大范围的揭露围岩的岩性较差，软化严重。
（2）桩号7+392右壁中部，揭露部分围岩完整性较好，且岩石坚硬。
（3）桩号10+718左壁（避车洞侧）和右壁，左壁裸露围岩节理发育，右壁揭露围岩表层局部风化。
（4）桩号10+894左壁（避车洞侧）和右壁，左壁裸露围岩局部节理发育，右壁揭露围岩表层局部风化，并且存在一条横穿隧洞的明显结构面。
为了解洞壁围岩的完整程度，浙江省建筑科学设计研究院于2010年11月24日对五标桩号为10+718，10+894附近的洞壁围岩进行了地质雷达探测，洞壁围岩地质雷达探测的参数设置与拱顶探测时一致。
另外，桩号8+808～8+831区段的现场查看表明，该区段右壁支护砼开裂严重，围岩破碎。并且根据比较，表明拱顶地质雷达剖面图上的异常图像特征与洞壁现场查看结果基本吻合。
6结言
结合工程地质情况以及地质雷达检测情况对围岩进行划分。施工单位根据检测不良地质体的分布情况进行分析，并提出合理的支护方式，节约了大量资金。通过地质雷达探测结果与开挖揭露围岩的地质情况的综合对比，表明地质雷达对岩体中存在的不良地质体探测具有一定的探测精度。因此，地质雷达为探测隧洞围岩中存在的一些地质灾害隐患提供了较好的途径，其探测结果可供加固设计参考。