地质雷达超前预报分析

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地质雷达在柳家槽隧道超前地质预报中的应用

发布时间：2023-03-24T09:50:32.884Z 来源：《工程建设标准化》2023年1月1期作者：李靖江

[导读] 在隧道施工中面对各种复杂的地质情况，超前地质预报尤为重要，文章以湖北恩施柳家槽隧道为工程实例李靖江

中南安全环境技术研究院股份有限公司武汉 430000

摘要：在隧道施工中面对各种复杂的地质情况，超前地质预报尤为重要，文章以湖北恩施柳家槽隧道为工程实例，介绍了SIR4000地质雷达的技术原理及使用方法，通过现场采集的数据进行处理并分析，印证了地质雷达在超前地质预报中的准确性。

关键词：超前地质预报隧道地质雷达

随着交通及其他基础设施建设的发展，在湖北省西及北部的在建、拟建隧道较多。隧道施工[1]期间，由于前方掌子面围岩地质情况较为复杂，经常遇到断层破碎带、溶蚀裂隙区、裂隙密集带、富水带、偏压区等不同地质体而导致的一系列地质灾害，时刻威胁着施工安全和人员安全。加上前期地质勘察结果与现场实际施工中存在一定出入，因此，在隧道掘进期间进行地质预报能更好的保障施工安全和工程质量。

1 地质雷达超前预报原理

地质雷达通过发射天线向隧道开挖面（掌子面）前方发射高频电磁波，当它遇到掌子面前方不同地质体或介质分界面时发生反射和透射，反射波被布设在掌子面的接收天线接收，并由主机记录下来，通过信号处理软件处理后形成雷达波剖面图。

电磁波在遇到介质界面时，反射波R为：

由以上公式可知，电磁波的反射系数取决于介质的相对介电常数，介电常数差异越大，雷达波形越清晰，由于不良地质体[3]中存在的各种水、岩石、岩石间隙中的空气以及软弱夹层等物质的介电常数差异较大，为雷达做地质预报提供较好的物理前提。

地质雷达（GPR）在超前地质预报中的应用李耀

发布时间：2021-04-06T10:46:55.007Z 来源：《建筑科技》2021年1月上作者：李耀[导读] 对于地质条件复杂的隧道工程，隧道施工涉及到工程的安全性、质量、成本和进度。隧道的地质超前预报的应用十分广泛，预报方法很多。其中地质雷达的优点是扫描速度快、重量轻、分辨率高、屏蔽效果好、图像直观、对施工和跟踪的影响小，并在使用过程中积累了大量的工程测量数据和图像分析经验，近年来已广泛用于建筑检查和地质预测中。

上海勘察设计研究院（集团）有限公司青岛分公司李耀青岛 266199

摘要：对于地质条件复杂的隧道工程，隧道施工涉及到工程的安全性、质量、成本和进度。隧道的地质超前预报的应用十分广泛，预报方法很多。其中地质雷达的优点是扫描速度快、重量轻、分辨率高、屏蔽效果好、图像直观、对施工和跟踪的影响小，并在使用过程中积累了大量的工程测量数据和图像分析经验，近年来已广泛用于建筑检查和地质预测中。根据地质雷达预报的基本原理，将地质雷达用于隧道超前预报，可以采取有效的预防措施确保隧道施工的安全性，并且预报精度高。关键词：地质雷达（GPR）；超前地质预报；隧道；探测引言

地质超前预报是为了预测和预报隧道开挖过程中的围岩坡度以及隧道前方的不良地质状况。超前地质预报通常使用许多物理勘探方法，它们的分类也不相同。传统的地质素描方法和物理勘探方法是当今隧道建设中常用的超前地质预报方法。传统的地质素描方法包括超前试验坑法，正洞地质草图，水平超前地质勘探等。物理勘探方法包括TSP-203，GPR，声学测试，地震反射法和红外水质勘探等。其中，GPR已成为地下工程中常用的一种先进的地质预测方法。 GPR广泛用于工程质量检查，现场勘测和隧道超前地质预报。其特点是操作方便、分辨率高、预测距离短，并且对电磁干扰的敏感性较高。

地质雷达图像解释(含超前地质预报及检测)PPT课件

两个钢筋反射波同相轴并排。
电缆
陶瓷
PVC
金属
污水管
钢拱架
双层钢筋
钢格栅
地质雷达进行隧道地质超前预报的反射波形相对复杂很多，各种地质体的地质雷达图像特征如下表：
富含水的淤泥夹层
地质雷达应用实例
地下洞群
波形堆积图
说明：电磁波在地下的传播过程中遇到空洞等异常，其强度和相位将有明显变化，典型显示为双曲线。
You Know, The More Powerful You Will Be
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX 时间：XX年XX月XX日
天线不耦合产生雷达干扰波
二衬表面管槽的雷达干扰波
空洞的雷达干扰波
电线的雷达干扰波
3 常见目标的雷达图像特征
1)钢拱架反射波同相轴呈向上凸起的弧形，顶部反射振幅最强，弧形
两端反射振幅最弱 2)钢筋
反射波同相轴呈向上凸起的尖状，类似于钢拱架的反射波形。 3)空洞
界面反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大； 4) 钢格栅
其他不利地质体的地质雷达图像
含水裂隙
其他不利地质体的地质雷达图像
裂隙
其他不利地质体的地质雷达图像

地质超前预报的方法

地质超前预报是一种通过研究地质现象、地壳变动等手段提前预测地质灾害的方法。以下是几种常用的地质超前预报方法：

1. 地震预报：通过研究地震活动规律、地壳运动等因素，预测地震的发生时间、地点和强度等，并采取相应的防灾措施。

2. 地质灾害预警：通过对地质灾害危险区域的监测和预警系统的建立，实时监测地质灾害的动态变化，及时向相关部门和民众发布预警信息，提前采取防护措施。

3. 地质雷达：利用地质雷达设备对地下构造进行探测，通过测量反射波的强度和时间差等信息，分析地层结构，预测地质灾害的发生和发展趋势。

4. 地质电阻率法：通过测量地下岩层的电阻率差异，分析地下构造和孔隙情况，预测地质灾害的潜在风险。

5. 地质探查：进行地质勘探和地质调查，获取地质信息并进行分析，以了解地层变化、岩石质量等情况，从而预测可能发生的地质灾害。

6. 气象预报：地质灾害往往与天气和气候有关，通过气象预报可以预测降雨量、强风等天气现象，从而预测地质灾害的潜在风险。

这些方法的应用可以帮助地质学家和相关部门提前发现地质灾害的迹象，及时采取措施避免或减轻损失。但需要注意的是，地质超前预报并非完全准确，仍存在一定的误差，因此还需结合其他方法和技术进行综合分析和判断。

yantubbs-地质雷达超前预报

• 掌子面K11+580前方0-15米范围内，岩性为中～厚层状白云质灰岩，节理很发育,受到节理影响，岩层破碎、充泥，有少量裂隙水，围岩类别为Ⅲ 类；15-20m（K11+565～K11+560）内，岩性无变化，节理较发育，围岩结构完整性较好，围岩类别为Ⅲ偏强类。 • 根据雷达探测结果，结合掌子面的地质情况，建议建设单位在K11+580-K11+560可按Ⅲ类围岩支护施工。
地质雷达超前预报
• 掌子面K11+492前方0-20米范围内，岩性为中厚层状白云质灰岩，节理裂隙发育,受到节理裂隙影响，岩层破碎、充泥、夹泥，局部方解石脉充填，有少量裂隙水，拱顶部开挖线附近围岩裂隙间泥质物充填，判定围岩类别为Ⅲ类； • 根据雷达探测结果，结合掌子面的地质情况，建议建设单位在K11+492-K11+472可按Ⅲ类围岩支护施工。K11+482-K11+477段注意弱爆破、加强超前支护、防止拱顶坍塌。
• 掌子面K11+925前方0-25米范围内，岩性为中厚层状白云质灰岩，节理较发育,受到节理影响，岩层破碎、充泥，推断0-25米围岩类别为Ⅲ类。 • 根据雷达探测结果，结合掌子面的地质情况，建议建设单位在K11+925-K11+900可按Ⅲ类围岩支护施工。
• 掌子面K11+815前方0-20米范围内，岩性为中厚层状白云质灰岩，节理发育,受到节理影响，岩层破碎、充泥，推断0-20米围岩类别为Ⅲ类。 • 根据雷达探测结果，结合掌子面的地质情况，建议建设单位在K11+815-K11+815可按Ⅲ类围岩减弱支护施工。

隧道超前地质预报方法

隧道超前地质预报是一种通过某种方法，在施工前预测和评估隧道施工过程中可能遇到的地质问题和风险的技术。它对隧道施工的安全和效率起着至关重要的作用。本文将介绍一些常用的隧道超前地质预报方法。

1. 阶段性地质调查方法：在隧道施工前，进行阶段性的地质调查，包括采取地质勘探、钻孔、取样等手段获取地质数据，通过对地层的分析和解释，预测可能遇到的地质问题和风险。这种方法的优点是相对简单易行，可以提供较为准确的地质信息，但是由于只在施工前进行调查，可能对一些时间变化较大的地质问题预测不准确。

2. 无人机航测方法：利用无人机进行航测，获取隧道施工区域的高分辨率影像和三维数据，通过对这些数据的分析和处理，可以初步判断隧道的地质情况，并预测可能出现的地质问题。这种方法的优点是成本相对较低，覆盖范围广，可以快速获取地质信息，但是由于分辨率有限，可能无法准确预测细微的地质问题。

3. 地质雷达方法：地质雷达是一种利用地质物理方法来探测地下结构和地质体的设备。通过对隧道施工区域进行地质雷达勘探，可以获取地下结构的信息，识别隧道施工过程中可能遇到的地质问题，如断层、裂隙、溶洞等。这种方法的优点是能够提供较为准确和详细的地质信息，可以实时监测地下结构的变化，但是设备昂贵，需要专业技术人员操作。

4. 地质参数反演方法：通过对隧道施工区域进行地震波、电磁波等探测，采集地质参数的信息，然后利用逆推算法进行计算和分析，预测可能遇到的地质问题。这种方法的优点是能够提供较为准确的地质参数，可以实时监测地下结构的变化，但是设备昂贵，需要专业技术人员操作。

地质雷达法对方斗山隧道地质超前预报分析

２００７（３）：９ — １１．
释，解释时，对整个雷达图形进行判断还应与分析单道雷达图形［
结合起来。
参考文献：［１］郑文宁．地质雷达在隧道施工短期超前地质预报中的应用［Ｊ］．公路，２００５（４）：５６－５８．
人身安全，塌孔易使桩孔报废，给施工带来更大的困难。综上所述，根据岩溶地区的桥梁不同阶段，不同的情况，应采取相应的加强及处理措施，使岩溶对桥梁安全及施工的危害降
（１２）：８５－８７．
２．２斜孑乙、弯孑乙、卡钻
［５］李文锋．超前帷幕注浆技术在高压富水隧道中的应用［Ｊ］．
山西建筑，２００９，３５（１）：２３－２５．
［６］杨良荣．超前地质预报在大相岭隧道施工中的应用［Ｊ］．山
第３９卷第６期２０１３年２月
山西建筑
ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨｒＩ］ＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ１．３９Ｎｏ．６
Ｆｅｂ．２０１３
・１４３・

超前地质预报（地质雷达法）和半航空物探（半航空瞬变电磁法）在隧道工程施工的运用

超前地质预报（地质雷达法）和半航空

物探（半航空瞬变电磁法）在隧道工程

施工的运用

摘要：复杂的地质条件和地质灾害是隧道施工中的难题，发生地质灾害将造成巨大的生命和财产损失。因此，可靠地探测地质缺陷特征，如断层、岩溶洞穴和地下水，具有重要的现实意义和理论价值。本文介绍了超前地质预报（地质雷达法）和半航空物探（半航空瞬变电磁法）在隧道工程施工的运用。

引言

在中国，许多大型项目正在进行中水利、水利等建设水电站、铁路、公路、能源储存和运输系统，以及地下矿山。这些项目为我们提供了一个重要的机会地球工程的进展。然而，严重的由于环境复杂，也存在挑战地质条件和潜在地质灾害在隧道施工过程中，造成了巨大的生命损失还有财产。因此，改进地质缺陷的探测能力是非常重要的，例如探测断层、溶洞和地下水涌出。

中国在建隧道具有长度长、体积大的特点覆盖层和复杂的地质条件。例如，宜昌至万州铁路建在山区，以高风险岩溶程度高的突水危险。该地区已发现严重的突水危险马鹿青隧道和沿途的野三关隧道宜昌至万州铁路发生严重伤亡事故经济损失。在水电工程领域，北京锦屏二级水电站副洞四川省有2375米深和17.5公里深长覆盖层使隧道埋在下面极高的地应力。

隧道工程施工的探测技术

现有的探测技术

在这下面在这种情况下，隧道的施工可以受到潜在岩爆的影响通过释放地应力，尤其是在不良地质条件，如断层、软弱岩石特征和地下水。地质灾害防治研

究在隧道施工过程中已经成为一个重要的问题中国的问题，包括相关机制治疗技

术和探测技术。地质缺陷特征的探测在危险控制中起着重要作用本文提出。

地质雷达法在隧道超前预报检测中应用的探讨

交通科技与管理

工程技术0　引言

近年来，随着我国经济水平的蓬勃发展，我国开始注重

完善基础设施建设，增加各类高速铁路、高速公路的建造量，

除此之外也建造了大量如隧道工程般的隐蔽工程。由于隧道

工程是处于地下环境中的隐蔽工程，复杂多样、无法预知的

地质因素为隧道工程带来了极大的影响和挑战。在隧道工程

的前期勘测阶段，容易因时间、技术和经济等因素影响勘测

结果，导致设计结果与实际施工环境不匹配的情况。而在施

工过程中，尤其是在地质复杂的区域，易出现如地层破碎带、

断层、溶洞、地下暗河等对施工不利的条件，若无法提前预

测前方地质情况，不仅会影响正常施工，还会对施工队伍的

安全造成威胁，造成较大的人员和经济损失，因此隧道地质

超前预报对隧道工程具有重大意义。

隧道超前预报检测中常用的方法有：地质雷达法、红外

探水法、TSP 预测法、超前钻探法等。地质雷达法由于具有

操作简单、成本较低、高效便捷、不会对施工环境造成影响

等优点，且对于破碎岩体、溶洞等复杂地质探测效果较好，

被广泛运用于隧道超前预报监测之中。本文就地质雷达法对贵州某铁路隧道在建工程进行隧道超前预报检测，对地质雷

达法在隧道超前预报监测中的准确性进行论述和验证。

1　地质雷达探测原理

地质雷达是一种电磁无损探测技术。通过向地下发射频

率通常在106 Hz~109 Hz 的高频窄脉冲电磁波，对接收到的

反射波形的振幅、波形、频率等特征进行分析，进而推断地

质因素的探测技术。该方法的理论依据是，探测对象内部存

在明显的介电性差异，电磁波遇到地址分界面会产生不同的

反射、散射差异，对于接收到的反射波形的差异进行相关分

超前地质预报

一、预报内容

1.地层岩性预测预报，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊岩土的预测预报。

2.地质构造，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响体完整性的构造发育情况的预测预报。

3.不良地质，特别是溶洞、人为坑洞、瓦斯等发育情况的预测预报。

4.地下水，特别是对岩溶管道水、富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况的预测预报。

二、预报方法

隧道工程超前预报采用地质调查法、地震波反射法、加深炮孔探测法、超前地质钻探法及地质雷达探测法进行综合预报。在地质调查法的基础上,采用地震波反射法进行中长、长距离探测；采用超前地质钻探进行验证,钻探孔数2

个,深度30〜50m；釆用加深炮孔探测法进行短距离预报；并采用地质雷达探测

法及物探红外探测法对断层破碎带、软弱岩层变化带及可溶岩地段进行探测。超前预报工作如下：

1.全隧道进行地质素描,隧道岩性变化点、构造发育部位等复杂、重点地段应每循环进行一次素描,其他地段不应超过10m进行一次素描（或每循环一次也可）;

2.地震波反射法探测：地震波反射法连续预报时前后两次应重叠10m以上,每次预报距离100〜150m。隧道区域内软弱破碎地层或岩溶发育区,每次预报距

离应为100m左右；岩体完整的硬质岩地层每次可预报150m。

3.超前地质钻探：在随道区内富水软弱断层破碎带,富水岩溶发育区,重大物探异常区等地质条件复杂地段必须使用,确保施工的安全性。超前水平钻探每

循环钻孔长度不应小于30m,连续预报时前后两循环孔应重叠5〜8m。可能发生

突泥涌水的地段,超前地质钻探应设孔口管和止水装置,防止高压水突出。富水软弱断层破碎带、岩溶发育区、重大物探异常区等地质复杂地段应釆用超前水平钻探为主的综合方法预报前方地质情况。

基于地质雷达法超前地质预报动态调整体系

基于地质雷达法超前地质预报动态

调整体系

摘要：地质雷达法是短程超前地质预报精度较高的物探方法，但在不同地质环境中由于预报的现场操作，仪器参数需根据掌子面揭露围岩进行动态调整，否则将对预报结果产生较大偏差，并可能存在解析误报甚至错误，甚至酿成重危大工程安全事故。通过结合掌子面地质观察、规范数据采集、动态参数处理解析以及预报验证反馈机制，构建一个具有“新陈代谢”功能地质预报体系。工程实践证明，地质预报动态调整体系有效地提高了地质雷达法超前地质预报的准确性，可有效避免物探法误判、错判出错率。

关键词：地质雷达法；验证反馈机制；动态调整；地质预报体系

Dynamic adjusting geological prediction system based on GPR

Tuo Chuming，Xiao Kunjie

(Guangxi Transportation Research &Consulting CO.,LTD., Nanning,

530000)

ABSRTACT: GPR is a geophysical prospecting method with high accuracy for short-range geological prediction, but in different geological environments, due to the field operation of prediction, the instrument parameters need to be dynamically adjusted according to the exposure of surrounding rock on the face of the hand, otherwise, the forecast results will have a large deviation, and there may be analytical misreport or even errors, and even lead to serious accidents. Through the combination of geological observation, standardized data collection, dynamic parameter processing and analysis, and the feedback mechanism of prediction verification, a

基于地质雷达的隧道超前地质预报研究

z z z P s g i o l e P f r p

地质雷达在超前地质预报中的应用

矿井建设属于地下工程，在其施工过程中，由于前方地质情况不明，常常遇到不良的地质因素，如断层、破碎带、溶洞等，这些因素不仅影响巷道施工速度，甚至会造成严重的工程事故，如塌方、煤矿巷道涌水等，造成严重损失。巷道施工的危险性很大，如果能对掌子面前方的地质情况和是否有不良地质构造进行准确预报，就可及时调整掘进速度和施工方案，避免险情的发生。

本文以马钢集团姑山铁矿为背景，利用地质雷达对巷道掌子面进行超前地质预报，推断掌子面前方的地质情况，对断层和含水区的探测取得了良好的效果，有效指导了巷道施工。

1 地质雷达技术

雷达采集原始数据，需进行数据编辑（废道剔除、数据连接和测向的统一标定）和数据处理（数字滤波、偏移处理、能量均衡处理、波形修正等），处理得到解释图形的剖面图。由此

可进行超前地质情况的判断。

巷道地质雷达超前探测主要预测断层和含水区情况，图形判读解释时，雷达波有几个特点：（1）因断层错动形成断层面，断层上下盘存在电性差异形成反射面，雷达波反射图像明显；（2）同相轴因断层出现不连续、错断或局部缺失情况；（3）当断层含水时，高频成分衰减迅速，反射图像较为明显；（4）断层破碎带因围岩破碎，反射面较多，反射图像波形杂乱，同相轴错断。

2 工程实例

2.1 工程概况

工程地质勘查探知该矿区地质构造复杂，岩体破碎松散，岩层的结构面发育，围岩裂隙发育。为保障井下施工安全、高效，采用地质雷达对掌子面前方地质情况进行超前地质预报，预警施工中可能遇到的各种不良地质灾害。

2.2 探测仪器

地质雷达在隧道超前地质预报中的波形特征探究

对能量反射或散射的识别。此外，探测区域不应在存在大范围的金属构件和无线电射频源，以免外界
的干扰。
磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态的变化而变化。
公路隧道
２１第４期（第７００年总２期）
地质雷达在隧道超前地质预报中的波形特征探究
温佐彪
（成都畅达通地下科技发展有限公司成都６０４）１０１
摘要
地质雷达探测具有精度高、快捷、无损探测等诸多优点，是近年来发展较为迅捷、效果突出的超前地质预
在探测范围无大量铁磁性物体干扰的情况下，
征，常利用宽频带进行记录，通因此在记录到各种有效波的同时，可避免地记录下了许多干扰噪声。不此外，由于地下介质相当于一个复杂的滤波器，使得电磁脉冲到达接收天线时波幅被减小，波形与原始反射波形也有差异，通过对数据处理，到消除或压达
—
圃
３～１０天线，８５Ｍ其他参数的选择，根据实际情况应决定，并应根据地域不同进行多次试验后确定其最优探测参数。