地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報技術(shù)在隧洞施工中改進(jìn)技術(shù)研究

1、地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報技術(shù)在隧洞施工中應(yīng)用技術(shù)研究科技研發(fā)項目立項申請書*年 * 月項目名稱：地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報技術(shù)在隧洞施工中應(yīng)用技術(shù)研究實施單位：* 項目部責(zé) 人： *起止時間：* * * *一、項目立項背景 1二、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1三、預(yù)期科研目標(biāo) 23.1. 技術(shù)攻關(guān)目標(biāo) 23.2. 科研成果目標(biāo) 3四、項目實施方案 34.1. 技術(shù)路線 34.2. 研發(fā)方式 44.3. 研發(fā)進(jìn)度 44.4. 研發(fā)組織 54.5. 經(jīng)費預(yù)算 6科技研發(fā)項目立項申請一、項目立項背景* 水電站工程位于* 省的 * 河上， 是一座高水頭、長隧洞引水式水電站工程。大量的隧洞工程建設(shè)實踐表明，受地質(zhì)勘察精度、經(jīng)費等諸多條件的限

2、制，根據(jù)地質(zhì)勘察資料做出的設(shè)計與實際不符的情況屢有發(fā)生，由此引發(fā)了一系列的隧洞塌方、涌水、涌泥、涌砂、巖爆、瓦斯爆炸等災(zāi)害，從而給隧洞施工造成極大的危害。因此在隧洞施工期間，采取各種技術(shù)、手段和方法對隧洞掌子面前方條件進(jìn)行及時準(zhǔn)確的預(yù)測至關(guān)重要，它能夠提前采取預(yù)防措施，有效避免災(zāi)害的發(fā)生，減少因災(zāi)害發(fā)生的損失，保證了隧洞的正常施工安全。超前地質(zhì)預(yù)報的方法有許多種，其中地質(zhì)雷達(dá)法在隧洞施工中超前地質(zhì)預(yù)報最為先進(jìn)。地質(zhì)雷達(dá)法( Ground PenetratingRada )是利用發(fā)射天線將高頻電磁波以脈沖形式由隧道掌子面發(fā)射至地層中，經(jīng)地層界面反射返回隧道掌子面，由另一天線接收反射電磁波信號，進(jìn)

3、而通過對反射電磁波信號進(jìn)行處理、分析與解釋， 達(dá)到預(yù)報隧道掌子面前方地質(zhì)與地下水的目的。其適用條件為目標(biāo)地質(zhì)體與圍巖的介電常數(shù)差異顯著，適用于短距離預(yù)報，應(yīng)用范圍為探測喀斯特、斷層、破碎帶、裂隙及地下水。二、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢2.1 研究現(xiàn)狀隧洞建設(shè)中對工程地質(zhì)條件的認(rèn)知和掌握程度是確保快速、安全修建的決定性因素之一。盡管施工前進(jìn)行了大量的地質(zhì)勘察工作， 但由于當(dāng)前勘察技術(shù)手段和方法技術(shù)的限制，加上地質(zhì)體的復(fù)雜多變，期望在施工前完全查明工程巖體的狀態(tài)、特性，準(zhǔn)確地預(yù)測隧洞施工中可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的位置、性質(zhì)和規(guī)模是十分困難的。因此， 世界各國隧洞工程界都十分重視超前預(yù)報工作。隧洞施工超前預(yù)報目前已引

4、起國內(nèi)外隧洞工程界的重視，也做了許多卓有成效的工作，但是由于對不良地質(zhì)體的認(rèn)識和判別存在主觀偏差，再加上勘測、測試手段的局限性和人為解譯的差異性，因此，難以保證超前地質(zhì)預(yù)報的準(zhǔn)確和及時。到目前為止還沒有一套系統(tǒng)的普遍適用的方法，國內(nèi)外隧洞工程的重大地質(zhì)災(zāi)害仍時有發(fā)生。因此， 準(zhǔn)確預(yù)報開挖前方的地質(zhì)條件是隧洞建設(shè)者們的迫切要求， 二十世紀(jì)八十年代以來世界各國都把這類問題列為重點研究課題。 但是隧洞施工超前預(yù)報又是一項復(fù)雜而艱難的任務(wù)，尚需在工程實踐中不斷創(chuàng)新、優(yōu)化、總結(jié)、完善和提高，要真正搞好隧洞施工超前預(yù)報任重道遠(yuǎn)。2.2 發(fā)展趨勢應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行超前預(yù)報，在鉆爆施工的隧洞中使用相對較多，

5、如太平驛水電站引水隧洞、海南高速公路東線大茅隧洞等工程中應(yīng)用，均取得了較好的應(yīng)用效果。今后的發(fā)展趨勢主要有以下三點：一、 提高地質(zhì)雷達(dá)圖像解釋的精確度和準(zhǔn)確性；二、 隧道施工定量化超前預(yù)報理論與技術(shù)，定量化探測目標(biāo)是實現(xiàn)可靠、準(zhǔn)確、實用、有效的預(yù)報技術(shù)，定量化探測的核心內(nèi)涵和關(guān)鍵問題是壓制多解性的問題和突破定量探水難題；三、 單一的地質(zhì)雷達(dá)法解釋成果應(yīng)結(jié)合掌子面的觀測、超前鉆探探查等方法，可以有效提高預(yù)報的可信度。三、預(yù)期科研目標(biāo)3.1. 技術(shù)攻關(guān)目標(biāo)3.1.1 擬解決的關(guān)鍵問題、難點(1) 預(yù)測圍巖級別變化及其穩(wěn)定性。(2) 預(yù)測掌子面前方圍巖含水狀態(tài)及其變化。(3) 預(yù)測掌子面前方軟弱夾層

6、、巖性變化情況。(4) 預(yù)測掌子面前方斷層、密集節(jié)理帶的發(fā)育情況。3.1.2 項目完成時需達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)和水平及考核指標(biāo)通過地質(zhì)超前預(yù)報，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，預(yù)報掌子面前方不良地質(zhì)體的位置及規(guī)模、圍巖結(jié)構(gòu)的完整性、含水的可能性，為正確選擇開挖斷面、支護(hù)設(shè)計參數(shù)和優(yōu)化施工方案提供依據(jù)，并為預(yù)防隧道涌水、突泥、 頂拱坍塌等可能形成的災(zāi)害性事故及時提供信息，使施工單位提前做好準(zhǔn)備，保證施工安全，同時還可避免大量施工成本浪費。確保隧道安全、順利、如期完工，且滿足設(shè)計要求。對各個階段的技術(shù)經(jīng)驗和解釋經(jīng)驗及時分析、歸納和總結(jié),為后續(xù)類似工程提供參考。3.2. 科研成果目標(biāo)省部級科技獎1 項四、項目實施方案(

7、1) . 技術(shù)路線擬采用的研究方法如下：(1)對項目現(xiàn)場工區(qū)地質(zhì)條件進(jìn)行對比試驗，以確定方法的適用性、 有效性以及探測距離等，其后選擇適用性最強(qiáng)的設(shè)備進(jìn)行后續(xù)地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報工作。(2) 確定雷達(dá)探測參數(shù)。其有助于避開干擾信號，便于后期數(shù)據(jù)處理、解譯和圖像判定。主要的雷達(dá)參數(shù)包括介電常數(shù)、波速、時窗長度等。(3) 在地質(zhì)雷達(dá)測試和開挖后地質(zhì)編錄驗證的基礎(chǔ)上，建立巖層軟弱區(qū)、含水帶、密集節(jié)理帶、斷層、裂隙密集帶等典型地質(zhì)體與地質(zhì)雷達(dá)圖像、波形特征之間的對應(yīng)關(guān)系。(4) 在對地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析的基礎(chǔ)上，可獲得雷達(dá)探測圖像，推斷掌子面前方異常目標(biāo)體的分布狀況，從而實現(xiàn)超前地質(zhì)預(yù)報的目的。4.2.

8、 研發(fā)方式本課題擬集中項目部自有技術(shù)、生產(chǎn)力量，同時聯(lián)合設(shè)計院及廠家開展相關(guān)科研攻關(guān)。公司總部、設(shè)計院等技術(shù)專家為本課題提供技術(shù)支持。4.3. 研發(fā)進(jìn)度 * 年 *月 * 年 *月計劃研究內(nèi)容：三個廠商針對* 項目現(xiàn)場工區(qū)地質(zhì)條件進(jìn)行對比試驗，以確定方法的適用性、有效性以及探測距離等，其后選擇適用性最強(qiáng)的設(shè)備進(jìn)行后續(xù)地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報工作并確定其雷達(dá)探測參數(shù)。階段成果：(1)確定適用于*項目隧洞地質(zhì)雷達(dá)法的設(shè)備。(2)確定地質(zhì)雷達(dá)法的預(yù)測深度。(3)確定雷達(dá)探測參數(shù)，主要的雷達(dá)參數(shù)包括介電常數(shù)、波速、時窗長度等。 * 年 *月 * 年 *月計劃研究內(nèi)容：在地質(zhì)雷達(dá)測試和開挖后地質(zhì)編錄驗證的基礎(chǔ)上，建

9、立巖層軟弱區(qū)、含水帶、密集節(jié)理帶、斷層、裂隙密集帶等典型地質(zhì)體與地質(zhì)雷達(dá)圖像、波形特征之間的對應(yīng)關(guān)系。在對地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析的基礎(chǔ)上，可獲得雷達(dá)探測圖像，推斷掌子面前方異常目標(biāo)體的分布狀況，從而實現(xiàn)超前地質(zhì)預(yù)報的目的。階段成果：(1)* 項目典型地質(zhì)體的地質(zhì)雷達(dá)圖像及波形特征。(2)準(zhǔn)確預(yù)測隧道掌子面前方巖層軟弱區(qū)、含水帶、裂隙密 集帶及斷層等發(fā)育情況。*年*月*年*月成果總結(jié)：分析研究*項目巖層軟弱區(qū)、含水帶、密集節(jié)理帶、斷層、裂隙密集帶等典型地質(zhì)體與地質(zhì)雷達(dá)圖像、波形特征之間的對應(yīng)關(guān)系；總結(jié)能夠提高地質(zhì)雷達(dá)圖像解釋的精確度和準(zhǔn)確性的方 法；總結(jié)如何能做到定量化探測及突破定量化探水的

10、難題等。為今后此區(qū)域的地質(zhì)預(yù)報工作提供準(zhǔn)確依據(jù)。4.4. 研發(fā)組織(1)研發(fā)團(tuán)隊本課題擬集中項目部自有技術(shù)、 生產(chǎn)力量，同時聯(lián)合設(shè)計院 及廠家開展相關(guān)科研攻關(guān)。公司總部、設(shè)計院等技術(shù)專家為本課 題提供技術(shù)支持。(2)研發(fā)儀器設(shè)備(3)研發(fā)辦公(實驗)場地場地為*項目所有施工隧道(總里程*Km )項目組研究人員序 號姓名年齡學(xué)歷現(xiàn)從事專業(yè)職稱所在單位在本項目中承擔(dān) 工作1項目管理工程師項目經(jīng)理2技術(shù)管理教高技術(shù)總負(fù)責(zé)3技術(shù)管理工程師技術(shù)管理4工程地質(zhì)高工技術(shù)管理序 號姓名年齡學(xué)歷現(xiàn)從事專業(yè)職稱所在單位在本項目中承擔(dān) 工作5工程地質(zhì)工程師項目開發(fā)6工程地質(zhì)工程師項目開發(fā)7工程地質(zhì)工程師項目開發(fā)8工程地質(zhì)工程師項