地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测
地质雷达探测技术在隧道地质超前预报中的应用
２００９年６月地质装备２９圈１葵岗隧道断层雷达探测图像质石英砂岩。
Ｋ７９＋７７２～Ｋ７９＋７７６及Ｋ７９＋７８２～Ｋ７９＋７８４段雷达反射波呈断续的缓倾角强反射波组，波形紊乱，推断为陡倾角辉绿岩脉破碎带，其中Ｋ７９＋７７２～Ｋ７９＋７７６段走向与掌子面成约２０。
交角，厚度分布不很规则，脉内岩体风化程度不均匀，裂隙发育，呈压碎～松散结构，强含水；Ｋ７９＋７８２～Ｋ７９＋７８４段辉绿岩脉走向基本与掌子面基本平行，脉内物质组成及强度相对均一，岩体呈镶嵌～压碎结构。
开挖以后证明我们的推断是完全正确的。
３溶洞地质雷达测试成果分析岩溶是隧道施工中的主要不良地质体，隧道开挖时容易引起突水突泥、隧道坍塌下沉，盲目施工很有可能引发重大生产事故或安全事故，查明其空间分布、规模及含水充泥情况是隧道超前地质预报中的一项主要任务。
梅河高速公路葵岗隧道进出口段均为炭质灰岩，岩溶很发育，隧址内分布的溶洞位于炭质页岩下部，炭质页岩为隔水层，该地段溶洞多为空洞或充填少量的流塑状红粘土。
溶洞内介质为空气，其弹性纵波速度坼＝３４０ｍ／ｓ，电阻率ｐ为＋。
ｏＱ·ＩＴＩ，相对介电常数ｅ，＝ｌ，衰减系数ｐ—ＯｄＢ／ｍ。
溶洞外围基本完整的灰岩，纵波波速Ｋ＝４０００～图２东山岗隧道断层雷达探测图像６０００ｍ／ｓ，电阻率Ｒ＝８００～２０００ｆｌ·１－ｆｌ，相对介电常数ｅ，一４～８，衰减系数卢一０．４～ｌｄＢ／ｍ。
可见，葵岗隧道进出口段分布的溶洞内外介质，在弹性、电性等方面均存在着明显的差异，这为地质雷达的探测提供了良好的物性基础。
图３是葵岗隧道左线ＬＫ３＋６２９～Ｉ。
Ｋ３＋６４９段的地质雷达图。
从图３中我们可以看出，ＬＫ３＋６３４～ＬＫ３＋６４４段范围内存在３个双曲线型异常反射体，推断为溶洞，经开挖证实。
４富水带地质雷达测试成果分析葵岗隧道所在山体内煤层发育，在以前曾经历过数百年的采掘，山体内巷道丛生，巷道多为下行巷道，积水严重。
地质雷达(GPR)在超前地质预报中的应用
地质雷达（GPR）在超前地质预报中的应用超前地质预报是在隧道开挖时，对掌子面前方的围岩等级与不良地质发育情况做出预测、预报。
超前地质预报常用的物探方法有很多，分类不尽相同。
常规地质素描法和物探法是目前隧道施工中普遍采用的超前地质预报方法。
常规法包括：超前导坑法、正洞地质素描、水平超前地质探孔；物探法包括TSP-203、GPR、声波测试、地震反射法、红外探水。
GPR已成为地下工程常用的超前地质预报方法。
GPR被广泛的应用于工程质量检测、场地勘察和隧道超前地质预报工作。
其特点为：操作方便、分辨率高、预报距离短（20m～30m）和易受电磁干扰的特点。
二、GPR探测基本原理GPR是一种无损的探测技术，它利用宽带电磁波传播反射规律，查明地下不可视地质体情况。
发射天线Tx发出高频电磁波脉冲，被地下介质介面反射，被接收天线Rx接收，接收的信号经过GPR软件处理、分析，判明地下有无不良地质现象，见图2-2GPR电磁波脉冲传播示意图。
图2-2GPR电磁波脉冲传播示意图三、GPR实验数据特征：GPR溶洞、断层破碎带和裂隙密集带数据特征如表3-1所示：表3-1GPR数据特征图2-3GPR岩溶探测成果图图2-4GPR断层破碎带探测成果图图2-5GPR裂隙密集带探测成果图四、结语GPR在隧道开挖时，能够对掌子面前方的围岩等级与不良地质发育情况做出预测、预报。
地下岩溶发育，对雷达波的反射特征为：溶洞边界的反射雷达波为强反射波，同时经常伴有绕射现像。
断层破碎带内岩体的介电常数受孔隙度和含水率的影响较大，致使其与完整岩体的波阻抗差异明显。
当电磁波传播至两种地质体界面时[Ⅵ]，反射波能量增强、波形幅值增大；当电磁波传播至断层破碎带内部时，由于破碎的岩石胶结程度不同，致使反射的雷达波波形杂乱。
应用GPR软件得到雷达波场，其特征为：反射波强烈且振幅加强，同相轴错段。
有时候还可出现断面波和绕射波[Ⅷ]。
裂隙密集带主要存在于岩脉带及软弱夹层、断层影响带中，由于裂隙内有不均匀、不同成分的充填物，与周边围岩形成电性差异[Ⅸ]。
地质雷达技术在隧道施工地质超前预报中的应用
Ｇ Ｒ是 一种 无 损 探 测 技术 ， 带 方 便 ； 其 它 Ｐ 携 与 地 球物 理方法 相 比 ， 分辨率 高 、 测和数 据处理 速度 探
和安南 （ ９ ９ ） 。利 用雷达发 射天 线 （ ｘ 向隧底 １８ ） … Ｔ）
ｔ＝ ７４ ＋ｘ ／ ／ｚ ２ｖ
，
（） １
Ｇ Ｒ） 一种 高分辨率 的地球 物理探 测技术 ， Ｐ 是 以其经
式 中 ： 反射体 深 度 ； 为接 收 天线 与反 射 天线 的 为
距离 ； 为地质 雷达发 射 的电磁波 波速 。 （） ２ 电磁 波在介 质 中的传播 速度 ：
（ ２ ５ ． Ｉ 。隧 道 最 大 埋 深 ３ ６ ６ ， 道 设 长 ８ ０Ｉ） ７ Ｙ １ ．０ｒ 隧 ｎ 计成 型 宽 １ ． ５ｍ， ７ ５ ０ ７ 高 ． ７ｍ。
３ ２ 地 质 概 况 ．
２ｏ ０
Ｉ ｏ０
扎 营 山隧道 穿越地 质 地层 岩性 为 ： １ 覆 盖层 ， （） 为第 四系残 坡 积层 （ 川 ） 岩 性 为 紫 红 、 黄 、 Ｑ ， 褐 褐
３ 超前 预 报工程 实例
３ １ 工 程 概 况 ．
Ｏ
测线 长 度 ， ｍ
Ｏ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９
扎 营 山隧道 位于 贵州 省六 盘水 至盘 县高 速公 路 上 的一段 ， 分离 式单 向高 速公 路 隧道 ， 计 左 幅隧 为 设 道起 讫 桩号 为 Ｚ ６ ２０一 Ｋ ０＋ ５ （ ２ ３． ） Ｋ ８＋ ２ Ｚ ７ ９５ 长 ７５０ｉ ； ｎ 设计 右 幅隧道 起讫 桩 号为 Ｙ ６ ２ ５～Ｙ ７ ９ ３ Ｋ ８＋ １ Ｋ ０＋ ７
地质雷达在岩溶隧道超前地质预报中的应用
第18卷第9期中国水运Vol.18No.92018年9月China Water Transport September 2018收稿日期：2018-03-03作者简介：池昌峰（1992-），男，福建连城人，贵州大学资源与环境工程学院在读硕士研究生，主要从事探地雷达应用及数据处理方面的研究。
通讯作者：陈筠（1970-），女，贵州贵阳人，硕士，贵州理工学院交通工程学院，副教授，主要从事区域稳定与岩体稳定、岩溶工程地质、边坡工程等方面的研究。
基金项目：贵州省国土资源厅重大专项（992011010003）；贵州省水利厅科技专项经费项目资助（任务书编号：KT201804）。
地质雷达在岩溶隧道超前地质预报中的应用池昌峰1，陈筠2，梁风1，施鹏超1，邬忠虎3（1．贵州大学资源与环境工程学院，贵州贵阳550025；2．贵州理工学院交通工程学院，贵州贵阳550003；3．贵州大学土木工程学院，贵州贵阳550025）摘要：隧道在施工过程中常常面临各种不良地质现象的威胁，如不能及时发现将可能造成重大的人员和财产损失，所以超前地质预报是隧道施工中一个十分重要的环节。
地质雷达是分辨率较高的一种物探仪器，具有成本低、效率高等特点，在超前地质预报中得到了广泛的应用，其对于掌子面前方的溶洞具有一定的识别能力。
黔大高速东清段位于贵州省毕节市，其土老冲隧道和保罗山隧道的隧址区的不良地质现象为岩溶，属于典型的岩溶隧道。
通过对实际预报案例的研究，分析了岩溶裂隙和溶洞的雷达波形特征，以期对今后该区域的类似工程提供参考和借鉴，提高地质雷达图像解译的精度。
关键词：地质雷达；超前地质预报；岩溶隧道中图分类号：TD163文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2018）09-0185-03引言贵州省是中国主要的喀斯特地貌分布区，碳酸盐类岩石的出露面积占全省岩石出露面积的70%以上，地表岩溶形态和地下岩溶形态都十分发育[1]。
贵州省近年来大力修建高速公路，成为了中国西部第一个实现“县县通高速”的省份，大量的高速隧道穿过碳酸盐岩地层。
地质雷达与TSP在隧道超前地质预报中的使用对比分析
地质雷达与TSP在隧道超前地质预报中的使用对比分析摘要：现如今我国基础建设的发展非常迅速，隧道工程也在蓬勃兴起，人们对隧道的地质和质量问题也逐渐重视起来。
地质雷达勘察是最近几年应用较多的方法，其特点在于分辨率高、效率高。
本文就对地质雷达仪器和TSP法进行对比分析，明确两种技术的优缺点，并分析了在今后的工程中如何使两种仪器相互印证，提高地质检测的准确程度。
关键词：隧道；地质雷达；TSP；对比在隧道地质检测工作中，重点在于掌握掌子面附近的围岩信息，能够对不同的围岩状况使用不同的施工工法。
现如今比较常见的两种探测工具分别为TSP和地质雷达仪器，这两种仪器的使用范围越来越广，本文就对两种仪器进行对比，分析两者的长处、弥补存在的短处，推动隧道地质检测工作更好的开展。
1、工程实例某隧道为上下行分离的高速公路隧道，隧道左线起讫长度为3289米，右线起长度为3238米。
左线掘进到ZK32+280处时掌子面拱顶的位置出现涌水，由于渠道掘进方向为反坡段，掌子面同渠道的孔口之间相距15m，积水不能及时的排除，导致隧道中存在少量积水，掌子面位置的积水最深能够到达1.3米，最终导致隧道暂停施工。
本隧道左线掌子面围岩的材料为风化岗岩，比较坚硬，大多节理宽度低于1毫米，结构面为闭合状。
节理2组的间距为0.55米左右，隧道的走向为265度。
通过对隧道的实际情况进行严格的勘察能够看出，这段围岩为三级围岩，为了了解掌子面附近的地下水状况，同时了解地质构造，该工程中分别使用了TSP和地质雷达仪器对围岩进行检测。
2、TSP、雷达仪器技术分析2.1 TSP仪器2.1.1 TSP探测仪在本工程中使用的探测仪为TSP203系统，该仪器的主要构成部分包括记录单元、接收单元、爆炸装置等。
2.1.2 TSP操作在进行检测之前要先在隧道的墙边布设一条侧线，沿着测线的走向布置一些炮点，以此激发小型人工地震。
通常情况下采集数据能够在任意边墙上进行，如果断层最先出现在隧道的右边则炮点就应布置在隧道的右侧；为了更加清晰的探测到隧道围岩可以使用一个炮点剖面两个接受单元；对于一些比较复杂的隧道，可以在隧道的两边使用两个炮点刨面进行检测。
地质雷达在地下水发育隧道施工中超前探测的应用
１ ． ３ 测 线 布 置 与 信 号 采 集 方 式 选 择
方 岩土 体发 射高 频 电磁 波 ， 当 电磁 波 在 岩 土体 传 播 过 程 中遇 到介 电常 数 不 相 同 的界 面 时 ， 其 中一 部 分 波发 生折 射 透过 该 界 面 继续 向前 传 播 ， 而另 一 部 分
则 由该界 面 发生 反射 ， 被接 收 天线所 接 收 ， 反 射 电磁 波 由雷达 主 机记 录 ， 在 前方 更 深处 的界 面 ， 电磁 波 同
Ｉ ＳＳＮ １６ ７１— —２９ ００
采 矿 技 术 第 １ ３卷 第 ４期
Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｖｏ １ ． １ ３ ， Ｎｏ ． ４
ＣＮ ４ ３ —１ ３ ４ ７ ／ ＴＤ
２ Ｏ １ ３年 ７月 Ｊ ｕ ｌ ｙ ２ ０ １ ３
１ ． ２ ． ２ 采 样 时窗 的确定 时窗 Ｗ 的确 定 主要 取 决 于 掌 子 面 前 方 最 大探 测 距离 ｈ和岩 土体 电磁 波波速 。采 样 时窗 Ｗ 为 ：
Ｗ一２ ． ６ ／ ｖ （ ２ ）
施工 中 ， 提前 了解 掌子 面前 方 的地质 情 况 ， 可 以提 早 采取 预 防措施 ， 减少 事 故 的发生 ， 地 质雷 达超 前预 报
也得 到广 泛 的应用 。
１ ． ２ ． ３ 采样 间 隔的确 定
当地质 雷达 天线频 率 为 厂时 ， 采样 率 Ａｔ 为：
△ｔ 一１ ０ ０ ０ ／ ６ ｆ （ ３ ）
１ 地 质 雷达 综述
１ ． １ 地质 雷 达原理
在 隧道超 前 预 报 工 作 中， 一般分辨率设为 ０ ． ５
采
矿
技
关于地质雷达和TSP法在隧道超前地质预报中的应用
关于地质雷达和TSP法在隧道超前地质预报中的应用作者：李树凯来源：《卷宗》2020年第09期摘要：关于地质雷达和TSP法在隧道超前地质预报中的应用分析，首先需要对地质雷达技术、TSP法应用进行分析。
超前地质预报是地质工程学中重要的内容，我国对此内容研究有了很长时间，并且得到一定的成果，可以有效应用到各种地质工程建设中。
随着铁路和公路的持续完善，隧道的长度也会随着增加，同时出现很多地质问题，出现各种工程安全事故，所以地質雷达和TSP法已经被应用在隧道超前地质预报中，有效发挥自身价值作用，从而全面阐述地质雷达和TSP法在隧道超前地质预报中的应用重要性。
关键词：地质雷达;TSP法;隧道超前地质;预报应用1 地质雷达技术概述目前，我国最先进的电磁波是地质雷达技术得一种，通常应用社会各个领域，这一技术在我国工程检测中取得很好效果。
通常在具体实践中，相关工作人员和专家能够更好的掌握该项技术，应用地质雷达对质量进行检测，降低外部环境的干扰，例如;电流干扰和电磁干扰等，都能够起到有效保护作用，从而保证质量的检测结果。
同时，在隧道工程质量检测阶段，使用地质雷达，不会对隧道工程的紧密度造成影响。
地质雷达的使用是比较简单方便的，同时测量结果具有一定得明确性，最后的检测数据为后期工作奠定良好的基础。
总而言之，地质雷达技术的优势，是先进质量检测技术，对隧道工程的质量工作起到很大的作用，完善和解决工作中隐患，进一步地为隧道运营发展创造有利条件。
2 地质雷达技术的应用原理我国经济水平的提高，社会竞争越来越激烈，需要科学者对技术进行创新，在一定程度上推动中国工程的发展，同时采用相应检测技术，建筑质量得到保证。
但是在这个阶段，很多建筑工程的质量检测，都需要对工程地理信息进行检测和处理，为后期工作做好铺垫。
基于此，我国的检测手段不完善，对隧道工程质量造成很严重的影响。
地质雷达是一种先进技术，在施工阶段，能够及时的发现隧道地下障碍物，及时解决问题，提高工程质量。
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。
1.隧道工程施工的探测技术1.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。
目前，探测地质灾害的方法危险源可分为两类：地质调查和地球物理勘探。
地质调查包括工程地质分析、先导开挖和岩心钻探，同时地球物理勘探包括地震、电磁和地质雷达方法。
每种方法它有自己的优点和缺点。
2、隧道工程施工探测的难点可靠探测的挑战性问题包括：（1）故障的识别和定位，裂缝、溶洞和地下水体（如地下河）；（2）含水层探测；（3）探测的解释结果在多种解释的背景下物探成果及优化探测方法的选择。
地质雷达法在隧道超前预报检测中应用的探讨
44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析，即可推断隧道前方是否存在不良地质，并对不良地质的空间位置、规模等信息进行推测。
2 雷达数据处理基本理论 （1）三振相：香味、振幅、频率。
三振相即瞬时相位、瞬时频率和瞬时振幅，是隧道超前地质预报中不可或缺的三个指标。
相位：一个垂直的单道波形的波峰和波谷可以直观地表达出波形的相位，每一个完整的信号周期都至少包含一个波峰和波谷，地下不同的介质的接触面反射的电磁波会在地质雷达探测设备上显示出一个完整的反射信号周期。
地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用
地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用摘要：公路隧道正式施工过程中，受多方面因素影响，难以对复杂地质做出精准性判定，难以预先采取强有力的措施加以防范，增加地质灾害产生风险。
需积极利用地质雷达，对前方地质状况进行预报，采取预防措施，保证工程安全。
关键词：地质雷达；公路隧道；超前地质预报；应用公路隧道施工中可能产生多个不良地质现象，针对其及时做出预报，可积极采取预防措施提高施工效率，而且保证施工质量可靠性。
地质雷达作为一类分辨率较高的探测仪器，凭借自身优势用于工程勘察中，可及时、精准判定前方地质状况，有针对性做好预防措施。
1.地质雷达工作原理及基本方法1.地质雷达工作基本原理地质雷达作为一类最基本的探测方法，主要利用电磁反射探测技术，实际工作原理见图1，发射器将发射天线作为核心介质，向围岩和衬砌中定向发射相应的电磁波，电磁波实际传输途径过程中遇见存在电性差异界面，第一时间发生反射，从不同深度返回反射波主要交由天线和接收器接收。
同时，最先接收从反射天线历经两个天线所在介质表面传播至接收天线直达波，将其作为整个系统初期点。
信号通过加工处理之后，对直达波之后反射传输回归的不同时间段的反射波，取其时间1/2，与其相吻合介质的电磁波传播速度乘积为反射目标实际深度。
其实际目的层深度计算公式如下：h=1/2式中：h为目的层深度；x为发射天线和接收天线实际距离；V为介质中电磁波实际速度。
为精准性辨识反射目标自身性质，需充分结合多元化的反射信息特征，如反射波强度、纵向变化等，衬砌与围岩、围岩中空洞等均为反射界面自身目标。
地质雷达工作基本前提为探测主体目标与周围介质间存在显著的差异性，雷达波在介质中传播实际速度V与介质电磁性近似关系如下：V=c/式中V为介质中电磁波实际速度，c为真空中光速（m/ns）；为介质相对介点常数；为介质导磁率。
图1 探第雷达工作原理示意图1.地质雷达探测方法和步骤2.1天线频率的选择天线频率选择合理性直接决定最终地质雷达探测精准性，天线中心频率实际选择过程中需充分考量各方面因素，如目标体实际深度、最小尺寸等。
地质雷达在隧道超前预报中的应用
地质雷达在隧道超前预报中的应用曾爱霞杨峻摘要：隧道开挖掘进过程中常遇到不良地质体，需要提前进行预报。
以王子石隧道为例，研究断层破碎带、富水带、裂隙密集带等不良地质体在地质雷达图像中的显现特征，论证了地质雷达探测结果的可靠性。
关键词：地质雷达；不良地质体；超前预报1 前言在隧道施工中，由于前方地质情况不明，常遇到不良的地质因素，如断层、破碎带、溶洞、暗河等。
一般地面测绘所遇到的这类地质现象仅为地下开挖时所遇到的1%～9%，因而隧道施工的危险性很大[1]。
若能准确地在隧道掘进中提前了解掌子面前方岩性结构的变化情况，可及时合理地安排掘进进度，修正施工方案，安排防护措施，避免险情发生。
地质雷达技术被应用于隧道工程的地质超前预报中，它具有速度快、成本低及分辨率高等特点，因此具有广泛的应用前景。
2 隧道超前地质预报的雷达探测理论地质雷达是一种无损探测仪器。
地质雷达方法是一种用于确定地下介质分布的广谱(1MHz-1GHz)电磁技术。
它依据电磁波脉冲在地下传播的原理进行工作，电磁波脉冲由发射天线T发出，被地下介质介面（或埋藏物）反射，由接收天线R接收，见图2-1，然后将这王子石隧道隶属于沪蓉国道主干线湖北宜昌-恩施公路第一合同段，它位于宜昌市长阳县龙舟坪镇王子石村，呈近东西向展布，隧道地处构造溶蚀、侵蚀低山地貌区，山体总体呈北西向条形展布，沿隧道轴线总体呈东西高、中间低的特征，地面高程在230m~342m之间，最大相对切割深度212m。
隧道进口地形上表现为较陡斜坡，地形坡度在20°~40°左右；出口处地形陡峻，为近于直立的陡崖，垂直切割高度最大在70m以上；山坡植被较发育，进出口洞的冲沟边缘均分布有零星居民点。
隧道区地质构造较复杂，有断裂构造带通过且有岩溶发育；隧道区岩层产状总体上在195°~203°∠70°~84°之间，仅在隧道右线进洞口段岩层产状不同，其产状为5°∠42°。
SIR20地质雷达在隧道超前地质预报中的应用
４２ 测 试 结 果 及 建 议 ．
采用 前述方 法 ， 探 测数据 进行 处理后 ， 得 的 对 获 主要 结果 如 图 ３ ４所 示 。 、
Ｋ１ ＋ ４ ～ ５ １ ０范 围 内 ，隧 道 右侧 岩 体 裂 隙 发 ５ １２ Ｋ１ ＋ ５
育 ， 体破 碎 ， 裂 隙水 发育 ， 岩 且 稳定 性仍然 很 差 。
２ Ｈ Ｐ 声 波 反 射 法 的 基 本 原 理 Ｓ
隧 道 区位 于 四川盆 地 西北 边 缘龙 门山脉 北 端 。
紧邻 摩天 岭 山系 ， 隧道 穿越 山体 由多个 山脊组 成 ． 总 体走 向呈东西 向 ，并 以大 角度 与 山体 走 向斜 交 。根
据 地勘报 告 ， 隧道处 于青川 大断 裂 的下 盘 ， 细米 山倒 转 向斜 北翼 ，隧 道 围岩条 件极 差 ，０ ９ ％以上 为 Ｖ级 ，
（ 从黑到白： （ 从黑到白：
图 １ 地质雷达探测原理 示意
收 稿 日期 ：０ ２ ０ － ５ ２ １ —４ ２
育 ， 间充填方解石脉 ， 片理 揉皱现象较为 明显 。
作者简介 ： 杨词 光（９ ８ ）男 ， １８ 一 ， 江西九江人 ， 硕士 ， 研究方向 ： 隧道及地下工程防灾减灾 。
２ ０ｎ。 ０ ｌ。
图 ３ １ ＋ １掌子面底部右侧 测线波形 Ｋ １ ５ ２
（ ） １＋ ３ 观察 ，掌 子面 （ 转 第 ４ ２ Ｋ ５ １６处 下 ５页 ）
・
１ ・ ９
第 ５期
程
睿 ： 斜 槽 式 排 水 竖 井 裂 缝 成 因 分 析 某
第 ４ 卷 ８
４４ 裂 缝 成 因分 析 ．
第４ ８卷 第 ５期 ２１ ０ ２年 ５月
地质雷达在隧道超前地质预报中的应用
地质雷达在隧道超前地质预报中的应用作者：李其帅高文工来源：《武汉科技报·科教论坛》2013年第11期【摘要】在复杂地质情况下，对隧道进行超前地质预报能够准确预测掌子面前方围岩的地质情况，为施工提供可靠的地质依据。
地质雷达在预测中具有方便、快捷、准确又不耽误施工的特点，因而深受广大技术人员的青睐。
本位将详细介绍地质雷达在隧道超前地质预报中的应用原理及判图方法，并结合实例进行具体分析。
【关键词】隧道工程；超前地质预报；地质雷达一、引言隧道地质常用的地质探测技术有多种，常见的有瑞雷面波法、地质雷达法以及地震反射波剖面法等，隧道施工中通过多种探测方法以获取掌子面工程的地质情况，从而对隧道周围进行精确预报。
隧道地质超前预报主要是借助探测手段掌握施工现场的围岩级别、围岩完整度以及不良地质特征等情况，对隧道施工的安全进行给予指导。
地质雷达监测方法是用于了解地下介质其分布状况的一种电磁波法。
二、工作原理地质雷达的工作原理是确定受测范围在无铁磁性物质大量干扰的前提下，采用宽频脉冲形式的高频电磁波，借助发射天线将其送入指定方向的地质中，在受到具有电性差异目标体或是地层的反射后，回到地面被接受天线所接受。
在地下传播中的高频电磁波在经过介质时，该介质的几何形态以及电性性质将会影响电磁波的波形、磁场强度以及路径等。
所以，经过分析、处理以及采集时域波形，可掌握地下界面以及地质体的结构、空间、位置等信息。
三、判图方法地质雷达数据里面反映的是地下存在的介质的电学性质特点及分布。
岩体中介质密度、不均一性的变化，使之产生了电性的差异，这为地质雷达提供了良好的应用条件，因此开挖过程中采用地质雷达预报掌子面前方不良地质体是可行的。
四、工程实例（一）工程概况旗山隧道隧址区属剥蚀丘陵地貌，隧道轴线大致呈北东-南西走向，穿越南北向的低山丘陵，地形起伏较大，进口处地面高程410-404m，出口处地面高程394-399m，隧道轴线最高点高程800m，相对高差约390-425m，地表植被较发育，覆盖层较薄。
地质雷达在隧道施工超前地质预报中的应用
地 质雷达是 利用 高频 电磁 脉 冲波 的反 射来 探 测 目
的体 ， 过发射 天线 向地 下或 目的体发射 高频宽 带短 它通
脉 冲电磁 波 ， 地下 地层 或 目的体反 射后 返 回地 面 ， 经过
为接 收天线所接 收 。电磁 波在 介 质 中传播 时 ， 路 径 、 其
坪子 头隧 道 位 于 贵州 省水 盘高 速 某 合 同段 ， 隧道
Ｚ ２ －８ ～Ｋ３ ２ ０ ＹＫ ＋８ ０ ＹＫ３ ２ ０为 小 净 Ｋ ４８０ ＋ ５ ， ２ ８ ＋ ６
１ ～ ３ ０ ０ ×１
４ ０ ０ ．１
ＯＯ ．１
３２ ．
距 线 ４ ～１ 为分 ｄ～～１Ｏ５ 其 离式 ，线∞ ＋８走 向 一，９间距一０．７ｍ×５１一 隧道ＺＫ２ 线８ ～ ６， Ｏ ２２ｍ， 余ＯＯ ０ ～一其 中左 洞轴 一 １ ．０ １ 约 １ 。净空 １． ｍ， Ｚ ＋９２全长 ２９ｍ； Ｋ４ ７ ， ０２ 右线 ＹＫ２ ８０ ＹＫ５ －０ ， ＋ ８ ４０４
应 用为例 ， 通过 对地质 雷达 图像 的研 究、 分析 ， 以及对 照隧道 掌子 面开挖后 的地质 情况 ， 明地 质 雷达 说 是 隧道施 工超 前地质预报 的一 种快捷有 效 、 实用性 强的方 法， 对隧道施 工具有较好 的指导作 用 。
关键 词 ： 地质 雷达 ； 隧道施 工 ； 超前 地质预报
】０ ４
西 部探矿工 程
２ １ 年第 ４ ０１ 期
地 质 雷 达 在 隧 道 施 工 超 前 地 质 预 报 中 的 应 用
李 盼 ， 黄仁东 ， 杨 光 ， 杰 李
（ 中南大 学资源 与安全工 程学院 ， 湖南 长沙 ４０ ８） １０ ３
地质雷达在岩溶隧道短期超前地质预报中的应用
地 质 预报 的要 求 。
移动 ，如果掌子面条 件允许 ，也可采 用此种探测方法进行
超 前地 质 预报 。
２ 长乐 山隧道短期超 前地质预报应用 ２ １长乐 山隧道工程概况 ．
长 乐 山 隧道 是 大 广 南 高速 公 路 （ 北 黄 石 至 通 山段 ） 湖
的一座 地质 条件 较为复杂 的隧道 。隧道处属构造 剥蚀丘陵
和循环对可溶性 岩层进行化学溶解 作用和机械破坏 作用 的 ห้องสมุดไป่ตู้
产 物 。隧 道 工程 穿越 岩 溶 地 区 常常 伴 随 突 水 、 突泥 、坍 塌 等 地 质 灾 害 的发 生 。 地 质 雷 达 是 目前 分 辨 率 最 高 的 工程 地 球 物 理 方 法 ，对 于 断层 带 特 别 是 含 水 带 与 破 碎 带 有 较 高 的 识别 能 力 ， 而 且 操 作 方便 ， 占用 施 工 时 问 少 ， 处 理 数 据 速 度 快 。地 质 雷 达 的上 述 特 点特 别 适 用 于 岩 溶 隧 道 短 期超 前
岩 溶 是 地 表 水 和 地 下 水 经 过 断 的补 给 、 径 流 、渗 透
数据 的剖 面宽度与测线长度 一致 。连续测 量方式是通过测 量轮 的滚 动或预先设置好 的时间 间隔 自动 采集数据 ：通过
地质雷达方法在隧道超前地质预报中的运用
地质雷达方法在隧道超前地质预报中的运用摘要：地质雷达是一种探测地下深层构造的探测设备，目前主要应用于建筑、水利、考古、航空、采矿、电力等工程建设过程中，在检测这些工程建设质量过程中起到了重要的作用，但地质雷达方法也存在一些技术上的问题，比如无法获得完美的扫描图像、预报的结果不准确等，在隧道开挖前，尤其是地质复杂的隧道开挖前，很容易出现溶洞、地下暗河等不良的地质条件，探测前方的地质条件至关重要，不仅可以预防突发地质灾害给施工的安全带来威胁，还能保证正常工期。
本文将主要研究地质雷达方法在隧道超前地质预报中的运用。
关键词：地质雷达方法；隧道；超前地质预报引言基础设施建设是近年来我国大力支持、重视的工程项目，随着我国交通体系的逐渐完善，公路、铁路等的建设数量也逐年增长，在建设这些工程项目过程中，必然会存在很多隧道工程的建设，隧道前期的地质、地表勘察是隧道工程开挖设计的重要基础，可以有效的指导隧道施工的开展，隧道超前地质预报对保证隧道安全施工具有重要的作用，开展隧道超前地质预报的方法包括地震TSP预报法、地质雷达法等多种方法，需要根据隧道开挖的现场实际地质条件等出发，选择合适的预报方法，地质雷达法作为其中主要的探测方法，有着较高的探测效率、对施工的干扰较小、安全等优势，但也有着预报距离较短等缺点，为了保证隧道超前地质预报的准确性，要充分的对其参数设置、图像判读等进行研究。
一、地质雷达法（一）内涵地质雷达法是在隧道开挖前，利用发射装置向相应的区域发射电磁波，电磁波在前方岩体中进行传播、反射，检测设备对反射回来的电磁波波形进行检测，再根据传播的速度、反射脉冲波走势对隧道超前地质预报进行探测。
地质雷达法一般是应用在岩溶、断层破碎带、软弱夹层等地质条件不均匀地区的探测方式。
（二）应用要求利用地质雷达法进行隧道超前地质预报时，首先需要保证检测的地质地与周边的介质存在一定的介电常数差异，能够反射不明显的电磁波信号；其次检测的地质地具有一定的规模，可以被探测，而且地质雷达法不能对极高电导屏蔽层进行检测；最后地质雷达法所使用的探测仪器的指标要符合规定，包括：系统增益要高于等于150dB、信噪比高于60dB、采样间隔低于等于0.5ns、模数转换器高于等于16位等，还要保证探测仪器具有叠加信号、实时滤波、点测和连续策略等功能[1]。
超前地质预报技术在隧道中的应用试卷(每日一练)
超前地质预报技术在隧道中的应用试卷(每日一练)隧道工程是一项高风险的工程，因此预测隧道建设过程中可能出现的地质灾害是非常重要的。
传统的地质探测方法虽然可以了解隧道周围的地质情况，但是所获取的数据往往不够精确，且需要较长的时间来分析和处理数据。
这时，超前地质预报技术就可以派上用场了。
超前地质预报技术是一种先进的勘探技术，主要包括物探、光电、雷达、超声、振动等多种勘探手段。
这些技术都能够帮助工程师更加深入地了解隧道周围的地质状况，以便更好地预测可能发生的地质灾害。
具体来说，超前地质预报技术可以通过以下手段来预测隧道建设过程中可能出现的地质灾害：1.地质雷达技术地质雷达技术是一种可以探测岩层深度、岩石类型、岩层裂隙、水体等与地质有关的信息的技术。
在隧道工程中，地质雷达技术可以用来探测隧道周围的地下水体，以及地质构造和地下洞穴等。
2.超声波检测技术超声波检测技术是一种可以检测岩层裂隙、岩体结构以及岩石强度等地质信息的技术。
在隧道工程中，超声波检测技术可以用来检测岩体的质量以及是否存在裂隙等。
3.物探法物探法是指利用地球物理方法获取地质信息的技术。
在隧道工程中，物探法可以用来探测地下水位、岩层结构以及地下洞穴等，从而预测可能的地质灾害。
4.真空吸附法真空吸附法是一种可以检测岩石强度的技术。
在隧道工程中，真空吸附法可以用来检测岩石的强度，以便预测可能的岩石崩塌和坍塌情况。
总之，超前地质预报技术在隧道工程中的应用可以大大提高对可能发生的地质灾害的预测能力，从而采取相应的措施来降低事故发生的风险。
当然，在应用超前地质预报技术时也需要注意机器设备的性能和精度，以及对数据的分析处理能力，才能充分发挥超前地质预报技术的价值。
隧道超前地质预报中地质雷达的应用
隧道超前地质预报中地质雷达的应用摘要：本文引见了地质雷达的原理及详细的应用办法，并分离工程实例，论述了地质雷达在隧道超前地质预告中的应用方式，标明了地质雷达在隧道超前地质预告中的优越性。
随着经济实力的加强，交通运输事业的重要性日益凸显，故我国加大了对高速公路的建立力度。
隧道作为高速公路施工中的重点环节，对缩短公路里程、节约投资本钱等都起到很重要的作用。
由于在不同的地质状态下岩土的岩性等变化较大，在隧道施工过程中，对掌子面前方的地质条件和可能的地质灾祸展开超前地质预告，将对隧道的正常施工和顺利贯穿发挥无足轻重的作用。
胜利的预测促使施工及时采取应对措施，防备于已然。
为了能更好地指导隧道的开挖工作，采用地质雷达对掌子面前方的地质情况进行预告就显得尤为重要。
一、地质雷达原理地质雷达由一体化主机、天线及相关配件组成。
它是应用高频电磁脉冲波的反射原理来完成探测目的。
地质雷达属电磁波探测技术中的一种。
它经过发射天线向测试面前方发射宽频带短脉冲的高频电磁波信号，当电磁波遇到有电性差别(介电常数、电磁导率等)的界面或其它目的体(如围岩性质、地质构造结构、围岩完好性、公开水和溶洞等状况)时，就会发作反射、绕射等电磁波特有现象。
依据这些特性，我们经过接纳天线拾取响应信号，并记载到计算机上，根据电磁波的波形、相位、振幅、频谱等时域、频域特征，可取得测试面前方不同电性体的散布特征，经过反射波双程游览时间，可计算前方分界面或目的体的深度。
二、地质雷达应用办法(一)雷达主频选择。
由于雷达的天线型号与中心频率的选择是逐个对应的，在进行地质雷达测试时。
地质预告为简化操作，减小施工干扰，普通只需求100MHz的屏蔽天线，但地质雷达100MHz的天线实践测试有效间隔是5～30m，也就是说前5m是个含糊区，这在理想中是不允许的，所以我们能够有两种选择，一种是采用100MHz的天线和400MHz的天线共同来完成测试;另一办法为只用100MHz天线测试，但是前后两次测试需搭接上5m，实践每次测试间隔依据实践状况再定。
地质雷达在探测地下富含水区域中的应用
地质雷达在探测地下富含水区域中的应用胡少伟;陆俊;王国群【摘要】地质雷达法用于地下水探测以及地下环境监测,是近年水利和物探行业研究的热点之—.简要介绍了地质雷达法的优点及其在探测地下水活动中应用的国内外研究现状.根据雷达的频谱图和能量特征,可有效探测地下富含水区域.结合南京某小区地下管道泄漏的工程案例,对地下富含水区域和管道等其他异常情况进行地质雷达探测.实践证明地质雷达法在探测地下富含水区域方面能取得较好效果.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】5页(P33-37)【关键词】地下水;地质雷达;频谱图【作者】胡少伟;陆俊;王国群【作者单位】南京水利科学研究院,江苏南京210029;南京水利科学研究院,江苏南京210029;江苏省地质勘查技术院,江苏南京210008【正文语种】中文【中图分类】P631地质雷达探测是近年来迅速发展的高精度无损探测技术，具有探测速度快、采集数据量大、定位准确、操作灵活、可实现连续透视扫描以及二维彩色图像实时显示等独特的优点，目前我国地矿、水利、电力、煤炭、铁道、交通、建筑、核工业、航天等部门都在开展这一技术的试验和应用研究工作，如地质勘察、城市地下管道工程和隧道工程施工、公路工程质量检测、桥梁施工、地基和道路地下空洞及裂缝调查、管线探测、埋设物探测、地下障碍物探查、保护性建筑结构无损检测、地质灾害调查等．地质雷达向地下发送脉冲形式的高频宽带电磁波，电磁波在地下介质传播过程中，当遇到存在电性差异的地下目标体，如空洞、分界面时，电磁波便发生反射，返回到地面时由接收天线所接收;对接收到的电磁波进行信号处理和分析，根据信号波形、强度、双程走时等参数来推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态，从而达到对地下隐蔽目标物的探测［1－2］．脉冲波的近似行程时间为探地雷达探测目的层深度的计算式为地质雷达探测作为一种新兴的地球物理方法，与其他地球物理方法(如浅层地震勘探、电阻率法、激发极化法)相比，具有以下特点:(1)分辨率高．地质雷达中心频率为10～1 500 MHz，其分辨率可达厘米级．(2)无损性．地质雷达为无损探测技术．(3)效率高．地质雷达仪器轻便，可连续测量，从数据采集到处理成像一体化，操作简单，采样迅速，所需人员少．(4)结果直观．地质雷达采用图像实时显示，可在野外定性解释．(5)地下传播规律复杂．由于地下介质比空气具有较强的电磁波衰减特性，加之地下介质的多样性和非均匀性，电磁波在地下的传播比空气中复杂得多，因而，地质雷达系统涉及的理论面广，技术难度大［3］．1 国内外研究现状近年来地下水电磁法勘探从模型到技术，再到反演，均呈现明显的“联合”、“移植”和“借鉴”的趋势．地下水研究的电磁模型所存在的问题可以概括为:定性化多定量化少、一维近似多高维模型少、传统手段沿用多现代技术应用少、单一方法研究多综合影响考虑少．地质雷达用于地下水探测以及地下环境监测，是近年水利行业和物探行业研究的热点之一．2007年，杨迪琨等［4］指出电磁法探测地下水受地面条件影响较小，可以连续测量，成本低廉．王春辉［5］指出探地雷达方法用于测量近地表含水量主要包括反射波法、地面波法、钻孔雷达法和地表反射系数法等4种．2008年，雷少刚等［6］分析了探地雷达测定潜水埋深的技术原理，利用探地雷达能测定地下潜水埋深，探测精度与水位埋深和采用的天线主频等因素有关，在确定潜水位埋深时，还需考虑土壤毛细水带高度的影响．2010年，李镐等［7］有效地对掌子面前方的地下水发育情况进行了探测．裴尼松得出探地雷达对水的预报．国外在该方面也有不少的研究，2007年，Seung-Yeup Hyun等［8］在实验室条件下进行了按比例缩小的模拟泄漏，为不同泄漏情况中探地雷达的应用提供了研究基础．Sunjay等通过使用超高频对蓄水层进行探测，并对蓄水层中的污染物等做了测定;Matthaios Bimpas等研究出一种UWB雷达来对水管进行高分辨率拍摄;Xiaozhou Liu等详细描述了GPR的工作原理，并总结了探地雷达技术的快速、高分辨率、简单识别等优点;Khan Zaib Jadoon等根据频率、盐分、温度变化对水进行了探地雷达特征研究，得出介电损耗将有效提高探地雷达测试效率;Jens S．Buchner等在人造沙地环境中使用探地雷达技术对含水量和反射深度进行了研究，并得出使GPR结果更精确的方法;Sevket Demirci等通过实验室模拟了沙地中管道的泄漏，利用探地雷达后投射方法对地下管道中的泄漏进行探测，证明探地雷达用来检测泄漏的准确性［9－12］．2 工程案例南京某小区地下有一废弃污水管在桩基础施工中被管桩击穿，地面出现塌陷、塌陷最深处近2 m，塌坑被填埋后地面仍有下沉．本次探测目的是为了摸清被管桩打穿的大口径排水管道漏水情况及基础是否存在被冲刷的空洞［15］．2．1 探测技术介电常数差是雷达工作的基础，常见介质电性参数见表1．表1 常见介质电性参数Tab．1 Common medium electrical parameters介质电导率S/m 相对介电常数速度/(m·μs－1)介质电导率S/m 相对介电常数速度/(m·μs－1)300干沙 10－7～0．001 2～6 212～122湿沙 0．001～0．01 10～30 95～54干黏土 0．1～1 2～6 212～122湿黏土 0．1～1 5～40 134～47黏性干土空气0 1黏性土0．01～0．1 4～10 150～95 0．001～1 10～30 95～54干壤土 10－4～10－3 4～10 150～95湿壤土 0．01～0．1 10～30 95～54干沙土 10－4～1 4～10 150～95湿沙土 0．01～0．1 10～30 95～54淤泥0．001～0．1 5～30 70水的电导率远高于灰岩、砂岩等岩石，因而探地雷达对水特别敏感．经过相关理论推导可得到以下地质雷达探水原则［7］:(1)雷达波对水或含水率高的介质的反射强烈，反射波强度大．(2)雷达波从其它介质到含水层界面的反射波相位与入射波相反．(3)雷达波通过含水体后，高频成分被吸收，反射波的优势频率降低．本次探测工作在垂直塌坑走向布置12条长剖面，采用32 MHz低频组合天线进行探测，遇放样点打标，标记间距1 m．以地面可见塌坑中心线为轴线布置，线间距2～3 m，测线长度10 m左右，测线累计长度120 m，探测测点间距20 cm，累计测点数700个．2．2 探测资料解释与分析为了较好显示混凝土管道的异常，采取了多种处理技术，主要有调零、归一、滤波、增益、相关、频谱分析等，频谱分析较好显示了管道和地下水异常．2．2．1 富含水异常电磁波由混凝土管道进入水中，从高速介质进入低速介质，在相位上显示为负相位起跳．电磁波在混凝土管道结构中传播，由于水存在于松散介质中，而形成连续负波．从测线9可以看出能量图与频谱图的明显差异．能量图中偏下位置有一长轴为上下方向的椭圆形低能量区，说明该区域含水量较高(见图1)．图1 测线9所在富含水区域雷达伪彩图(纵坐标为双程旅行时间，单位为10－9 s)Fig．1 Radar pseudo-color image of line 9 rich in water(Y-axis means round trip time，unit:10－9 s)2．2．2 管道异常测线1为平整场地，以测线1为例，进一步分析频谱图地下管道的异常特征．由图2可以看出，频谱图在该区域显示为低频低能量，而在该区域右侧有一高能量高频率弧形异常，弧形隐隐约约构成圆形，圆内能量相对较高．推断频谱图中的圆形异常为管道异常．异常区内存在明显的圆形封闭异常，如果排除浅层异常多次反射的因素，圆形异常区的上半部频率低到近乎为直达波、下半部则显示为高能量高频率，推断管道下半部仍存有污水．图2 测线1雷达频谱图和异常大样图(纵坐标为双程旅行时间，单位为10－9 s)Fig．2 Radar spectrum diagram and abnormal detailed drawing of line 1(Y-axis means round trip time，unit:10－9 s)2．2．3 其他各典型测线的解释测线6与1附近管道异常特征存在明显差别，差别在于圆形异常区内高能量高频率的信号基本不存在，推断管内的污水排出较多;7线管道异常特征极不明显，其他测线上的圆形异常区在该测线上基本不存在，推断该区域的排污管被管桩打碎，推断管内的污水排出多、且有较多泥沙流入;8线管道异常显示为“云状”，推断该处排污管虽然未被管桩击穿、但已经严重变形，泥沙流入相对较少、管内的污水排出慢(见图3)．根据资料处理后的地质雷达频谱资料分析，整体推断结果如图4所示．图3 8线地质雷达频谱图Fig．3 Radar spectrum diagram of line 8图4 推断成果图Fig．4 Inference results diagram2．3 探测结果本次地质雷达探测大深度管道有效，采用频谱分析技术效果好．根据地质雷达资料分析，排污管被击穿的位置处在地面可见塌坑一侧．在排污管被击穿一侧的地质雷达成果资料普遍存在低频低能量区域．虽无明显的空洞异常特征，但可以推断该区域的土体严重松散且含水量较大．3 结语由于地质雷达检测技术(GPR)应用范围广、穿透深度大、非接触连续测量、快速简便、结果直观等优点，其用于地下水探测以及地下环境监测已成为水利和物探行业研究的热点．本文在系统总结地质雷达探测地下水的国内外研究现状的基础上，根据雷达的频谱图和能量特征，有效地对地下富含水区域进行探测．并结合南京某小区地下管道泄漏探察工程案例，对地下富含水区域和管道其他异常进行了地质雷达探测，表明地质雷达在探测地下富含水区域方面具有较好效果．本文工作拓展了GPR技术在查找渗漏点和探测水源区域等技术领域的应用，为后续探测水源等相关工作提供了基础．参考文献:［1］胡少伟，陆俊，牛志国．高速地质雷达在引水隧洞混凝土衬砌质量检测中的应用［J］．水利水运工程学报，2010(2):1-6．(HU Shao-wei，LU Jun，NIUZhi-guo．Application of high-speed ground penetrating radar in detecting the quality of tunnel concrete lining［J］．Hydro-Science and Engineering，2010(2):1-6．(in Chinese))［2］陆俊，游日，牛志国．高速地质雷达在公路隧道衬砌质量检测中的应用［J］．筑路工程与施工机械化，2010，27(5):24-27．(LU Jun，YOU Ri，NIU Zhi-guo．Application of high-speed ground penetrating radar in detecting quality of concrete lining in highway tunnel［J］．Road Machinery＆Construction Mechanization，2010，27(5):24-27．(in Chinese))［3］杨峰，彭苏萍．地质雷达探测原理与方法研究［M］．北京:科学出版社，2010．(YANGFeng，PENG 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地质雷达隧道超前预报检测
摘要:隧道地质超前预报是工程地球物理研究中的疑难问题之一。
地质雷达方法是一种用于探测地下介质分布的广谱电磁技术。
在地下水、断层及其影响带等不利地质情况下，由于其不利介质与完好介质的相对介电常数均有较大差异，为进行地质预报提供了良好的物理基础。
利用该方法，能够较准确地预报出掌子面前方20m 范围内的地质情况。
通过在某水电站的隧道检测的实践说明地质雷达是隧道施工中的较好的地质预报手段。
关键词:隧道超前预报地质雷达探测探地雷达（GRP）又称地质雷达，是现代广泛用于测试地下介质分布的电磁技术之一，它主要是通过地下发射的高频宽带的电磁脉冲信号，然后根据回波信号的振幅、波形和频率等特征，利用地下介质的电磁特性的差异来分析和推断地下介质的结构特征的，具有快速便捷、操作简单、抗干扰和场地适应能力强，无损等特征。
目前探地雷达技术已经应用于如采矿工程、水利水电工程、地质工程和岩土工程勘察、建筑工程、桥梁道路、隧道工程、管线勘测、环境检测、考古等方面的行业中[1]。
1地质雷达工作概述1.1地质雷达基本工作原理示意图地质雷达与对控雷达在原理上是很相似的，他们都是基于地下介质的电性差异存在的，也都会向地下发射高频的电磁波，也都能够接收地下介质反射回来的电磁波，以此对他们进行处理、分析和解释的工程物探技术，两者的主要探测原理就是图1所表示的。
发射机接收机第一层界面第二层界面第三层界面深度时间目的体图1地质雷达工作原理示意图雷达脉冲波的行程方程为：t=4z 2+x 2姨v式中:t 为脉冲波走时(ns，lns=s)；z 为反射体深度；x 为发射机和接收机间的距离；v 为雷达脉冲波速。
1.2地质雷达基本工作方法主要是通过隧道的掌子面发射天线的电磁波，把主频为数十兆至数百兆乃至数千兆赫的脉波送入隧道掘进方向，这样当在岩体传播过程中遇到不同的目标体的电性介面时，就会有部分的电磁能力被反射回到掌子面，在被接收天线接收时，就会主动生成记录，得到从发射经岩体界面反射回到接收天线的双程走时t。
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地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测摘要突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。
作为一种地球物理方法，地质雷达因具有扫描速度快、操作简便、重量轻、分辨率高、屏蔽效果好、图像直观等优点在我国得到了广泛应用，近年来也被用于隧道超前预报。
本文在总结前人积累的宝贵经验的基础上就地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测进行一些探讨。
关键词：地质雷达；地下水；超前预报Discussion on the Application of GPR inGroundwater Detection for Tunnel Geological PredictionZhou WenqiuAbstract Water-inrush is one of the familiar geological disasters during tunnel construction. Groundwater prediction is the most important thing in the tunnelgeological prediction. With the progress of tunneling technology, it has put forward higher request to geological forecast. As a method of geophysics,GPR(Ground Penetrating Radar ) has the advantage of high scan speed, simple operations , light weight, high resolution and good electro-magnetic shield effect ,etc. Recently, the GPR has also been used in tunnel geological prediction . On the basis of summarizing the experience of both past and present generations of scientists and technicians, the author put forward some views on the application of GPR in groundwater detection .Key words GPR，groundwater，geological prediction 0 引言在西部大开发的大背景下，随着国民经济的发展，近年来我国加大了基础设施的建设，特别是水电建设更是如火如荼。
无论是西北、西南地区大型水电站，还是华北、华东、华南和东北等地高水头抽水蓄能水电工程，都将修建大量的深埋长隧洞和高水头隧洞。
南水北调工程的西线工程与中线工程，大部位于我国西部山区，也将修建大量穿越山岒的超长大隧洞。
由于这些隧道、隧洞大都处于地下各种复杂的水文地质、工程地质岩体中，为了摸清和预知周围的水文地质和工程地质条件，隧道施工期地质超前预报显示出越来越重要的作用。
在隧道开挖掘进过程中，提前发现隧道前方的地质变化，为施工提供较为准确的地质资料，及时调整施工工艺，减少和预防工程事故的发生非常重要。
隧道地质超前预报因为技术要求高、难度大、观测条件受限而成为疑难问题，而含水性的预报又是难中之难。
危险的含水体问题，包括含水断裂、含水溶洞、含水松散体等的位置、规模、富水性、水压。
1 突(涌)水对隧洞施工的危害突(涌)水是隧洞施工中的主要地质灾害之一，隧洞内的突(涌) 水一般均发生在岩溶地区，这些地区赋存有丰富的地下水，由岩溶裂隙、溶洞、地下暗河构成地下水的运移网络。
在隧洞开挖过程中时常遭遇突水及突泥现象，并具有水压力大、突发性的特点，这一点在锦屏长探洞、武隆铁路隧道的开挖过程中已得到了证实。
锦屏二级水电站长探洞内曾发生瞬时涌水量大于等于0.1m3/s 的突水突泥点10处,最大突水点的最大瞬时涌水量达4.91m3/s，造成施工设备被淹，严重影响施工工期。
武隆铁路隧道施工过程中遭遇到三条地下暗河，最大平均涌水量达16.2m3/s，冲毁路基及洞口。
这些涌水点除具有突发性的特点外, 其涌水初期均携带有大量砂粘土，造成洞内淤积。
且大多隧洞施工过程中所出现的涌水现象，已引起一定的环境地质问题。
另据文献记载，我国部分隧道及矿山开挖过程中产生了不同程度的水文地质灾害(表1)，表中开滦范各庄矿突水量高达34.22m3/s，为世界采矿史上罕见的特大矿山水灾。
我国部分隧道及矿山水文地质灾害一览表2 地质雷达在地下水探测中的应用地质雷达方法具有操作简便，使用成本较低，对隧道施工干扰较小等特点，因而在国内隧道建设中广为采用。
近年来经过广大物探工作者的积极探索，使得地质雷达在隧道超前预报中发挥出了重要作用，成为隧道超前预报的一种重要方法，尤其在探测地下水方面更是积累了许多宝贵的经验。
2.1地质雷达（GPR）检测方法简介地质雷达(亦称探地雷达)是目前分辨率最高的工程地球物理方法，在工程质量检测、场地勘察中被广泛应用，近年来在我国也被用于隧道超前预报工作，国外还少见此种用法。
探地雷达是通过发射和接收到的反射波来实现探测的。
其工作原理是基于不同岩土介质电磁波阻抗的不同，电磁波在地质体中传播时遇到波阻抗变化界面会发生反射，根据接收到的反射波的走时和波相可推断界面的位置和性质。
水是自然界中常见的物质中介电常数最大、电磁波速最低的介质。
与岩土介质和空气的差异很大。
含水界面会产生强烈的电磁反射，岩体中的含水溶洞、饱水破碎带很容易被地质雷达检测发现，因而将地质雷达作为掌子面前方含水的断裂带、破碎带、溶洞的预报工具。
在深埋隧道和富水地层以及溶洞发育地区，地质雷达是一种很好的预报手段。
但是地质雷达目前探测距离较短，大约在20~25m以内。
对于长隧道只能根据施工进度分段进行，相互影响较大，同时雷达记录易受洞内侧壁和机具的干扰，增加了预报难度和风险。
2.2 地质雷达方法原理探地雷达检测是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，其工作过程是由置于地面的发射天线发送入地下一高频电磁脉冲波(主频为数十兆赫至数百兆赫乃至千兆)，地层系统的结构层可以根据其电磁特性如介电常数来区分，当相邻的结构层材料的电磁特性不同时，就会在其界面间影响射频信号的传播，发生透射和反射。
一部分电磁波能量被界面反射回来，另一部分能量会继续穿透界面进入下一层介质，电磁波在地层系统内传播的过程中，每遇到不同的结构层，就会在层间界面发生透射和反射，由于介质对电磁波信号有损耗作用，所以透射的雷达信号会越来越弱。
探地雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和终端设备(计算机)等组成，典型的探地雷达系统如图2.1所示。
图2.1 地质雷达测试系统图各界面反射电磁波由天线中的接收器接收并由主机记录，利用采样技术将其转化为数字信号进行处理。
从测试结果剖面图得到从发射经地下界面反射回到接收天线的双程走时t。
当地下介质的波速已知时，可根据测到的精确t值求得目标体的位置和埋深。
这样，可对各测点进行快速连续的探测，并根据反射波组的波形与强度特征，通过数据处理得到地质雷达剖面图像。
而通过多条测线的探测，则可了解场地目标体平面分布情况(如图2.2所示)。
通过对电磁波反射信号(即回波信号)的时频特征、振幅特征、相位特征等进行分析，便能了解地层的特征信息(如介电常数、层厚、空洞等)。
2.3 电磁波的传播理论2.3.1 电磁波的界面反射、折射地质雷达主用于探寻地表近层的异常特征，因此遇到的实际介质往往都是非均匀的。
为了讨论非均匀介质中电磁波的传播情况，我们首先研究电磁波在两种不同均匀介质分界面上的传播规律，这里主要讨论平面波的反射和折射。
平面电磁波到达两种不同均匀介质的分界面处会发生反射和折射。
入射波、反射波和折射波的方向，遵循反射定律和折射定律，如图2.3所示入射波在界面所引起的反射和折射，θi，θr和θt分别为入射角、反射角和折射角。
定义折射率（2.1）反射定律和折射定律表明，入射角θi等于反射角θr，与界面两边的介质性质无关；折射率与两边介质性质有关。
当n>1时，θi>θt，υ1>υ2；n<1时，θi<θt，υ1<υ2。
根据式(2.1)可知：{n}≥0，且在一般介质中n为复数。
电磁波在两种介质界面处将会发生能量再分配。
根据能量守恒定律，界面两边的总能量保持不变。
因此入射部分能量与透射部分能量之差就是反射波能量。
地质雷达使用的是偶极源，在离源很远的区域，波的等相面在一定范围内可看成平面，此时波场可按平面波分析。
一般情况下，地质雷达偶极矩平行界面，即入射电场E,与入射面垂直，下面讨论垂直极化波在界面的反射和折射情况入射波、反射波与折射波在界面处电场与磁场变化关系示意图如图2.2所示。
图2.2 入射到界面上的TE（横电）波和垂直于入射面的电场矢量图中，E i、E r、E t，分别为入射波、反射波与折射波的电场强度，它们的磁场强度相应为H i=E i/η1，H t=E t/η2，η1，η2分别为上层和下层介质的波抗阻。
根据电磁理论，电磁波在跨越介质交界面时，紧靠界面两侧的电场强度和磁场强度的切向分量分别相等，则有反射系数及反射信号的大小主要取决于探测界面两侧介电常数的差异大小，差值越大，反射信号越强，反映在记录图像上异常明显，清晰度高，反射系数越小，信噪比低，就不会得到高清晰度图像。
另外，当1h> 172 将获得与初始相位同相的反射波形，当n1<1 72 ，获得与初始相位反相位的反射波形。
电磁波在部分常见介质中的传播参数（The propagation parameters of the electromagnetic wave in the medium）2.3.2 瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率瞬时振幅是反射强度的量度，它正比于该时刻地质雷达信号总能量的平方根，得用这种特征便于确定特殊岩层的变化。
当地层存在明显介质分层或滑裂带，或地下水分界面，瞬时振幅会产生强烈变化，反映在瞬时振幅剖面图中就是分界面位置出现明显振幅变化。
瞬时相位是地质雷达剖面上同相轴连续性的量度。
无论反射波的能量强弱都能显示出来。
当电磁波在各向同性均匀介质中传播时，其相位是连续的。
当电磁波地有异常存在的介质中传播时，其相位将在异常位置发生显著变化，在剖面图中明显不连续。
因此利用瞬时相位能够较好的对地下分层和地下异常进行辨别。