地质雷达在隧道超前预报中的应用
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介绍了地质雷达的原理及具体的应用方法，并结合工程实例，阐述了地质雷达在隧道超前地质预报中的应用方式，表明了地质雷达在隧道超前地质预报中的优越性。
关键词地质雷达隧道超前地质预报中图分类号：u456 文献标识码：a随着经济实力的增强，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设力度。
隧道作为高速公路施工中的重点环节，对缩短公路里程、节约投资成本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害开展超前地质预报，将对隧道的正常施工和顺利贯通发挥举足轻重的作用。
成功的预测促使施工及时采取应对措施，防范于未然。
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状况进行预报就显得尤为重要。
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。
它是利用高频电磁脉冲波的反射原理来实现探测目的。
地质雷达属电磁波探测技术中的一种。
它通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异（介电常数、电磁导率等）的界面或其它目标体（如围岩性质、地质结构构造、围岩完整性、地下水和溶洞等情况）时，就会发生反射、绕射等电磁波特有现象。
根据这些特点，我们通过接收天线拾取响应信号，并记录到计算机上，依据电磁波的波形、相位、振幅、频谱等时域、频域特征，可获得测试面前方不同电性体的分布特征，通过反射波双程旅行时间，可计算前方分界面或目标体的深度。
二、地质雷达应用方法（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一一对应的，在进行地质雷达测试时。
地质预报为简化操作，减小施工干扰，一般只需要100mhz的屏蔽天线，但地质雷达100mhz的天线实际测试有效距离是5～30m，也就是说前5m是个模糊区，这在现实中是不容许的，所以我们可以有两种选择，一种是采用100mhz的天线和400mhz的天线共同来完成测试；另一方法为只用100mhz天线测试，但是前后两次测试需搭接上5m，实际每次测试距离根据实际情况再定。
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。
浅谈地质雷达在岩溶隧道超前地质预报中的运用
浅谈地质雷达在岩溶隧道超前地质预报中的运用蒋帅男（1.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都610059）摘要：近年来，随着我国交通事业的迅猛发展和西部大开发战略的实施,在岩溶地区修筑的隧道越来越多，而在岩溶地区隧道施工中，对掌子面前方一定范围的地质情况进行准确超前预报却是保证隧道施工安全的关键。
本文以中坝隧道为例,通过对拟掘进段隧道勘察资料及工程地质条件的解读、隧道掌子面地质编录情况的判别和解译结果的综合分析，预判拟掘进段存在溶腔，并通过超前钻孔揭示验证，得以及时采取有效措施，确保了生命及生产安全，表明在岩溶地区采用地质雷达进行超前地质预报是可行的。
关键词：隧道；超前地质预报；地质雷达；岩溶；1 前言由于地面水和地下水的溶蚀作用，在碳酸盐岩地区发育着各种类型的岩溶地貌和岩溶形态，给工程建设带来一定的复杂性，每年都因不同程度的岩溶危害而造成巨大的经济损失和危及人身安全，而随着我国交通事业的迅猛发展和西部大开发战略的实施,在岩溶地区修筑的隧道越来越多，因此在岩溶地区隧道施工中，对掌子面前方一定范围的地质情况进行准确超前预报是保证隧道施工安全的关键。
超前地质预报方法用来准确预测隧道开挖工作面前方工程地质状况，可以减少施工的盲目性。
采用科学的、先进的隧道超前隧道岩溶超前预报的手段有很多种，比如TSP、超前地质钻孔和地质雷达等。
而地质雷达探测具有分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图像显示、处理速度快等优点，近年来在国内外岩溶预报上，比较受亲睐[1]。
本文以中坝隧道为例,具体阐述了地质雷达的基本工作原理及其在岩溶隧道超前地质预报中的测试方法,并针对岩溶预报雷达图像进行了具体的解译。
最后通过对拟掘进段隧道勘察资料及工程地质条件的解读、隧道掌子面地质编录情况的判别和解译结果的综合分析[2]，预判拟掘进段存在溶腔，并通过超前钻孔验证预判的准确性，得以及时采取有效措施，确保了生命及生产安全，实例表明在岩溶地区采用地质雷达进行超前地质预报是可行的。
瞬变电磁和地质雷达法在隧道破碎夹泥地质超前探测中的应用
瞬变电磁和地质雷达法在隧道破碎夹泥地质超前探测中的应用发布时间：2023-03-06T08:17:28.415Z 来源：《城镇建设》2022年20期作者：张金冰刘昌叶宋晓光[导读] 瓦斯、煤炭采空区等。
目前国内针对隧道建设期不良地质灾害的调查，主要是采用钻探、物探以及变形测量等方法危主要探测手段。
常用的物探方法主要有反射波法、地质雷达法，瞬变电磁法、直流电阻率法、激发极化法等。
张金冰刘昌叶宋晓光中建八局轨道交通建设有限公司，江苏南京 210046摘要：瓦斯、煤炭采空区等。
目前国内针对隧道建设期不良地质灾害的调查，主要是采用钻探、物探以及变形测量等方法危主要探测手段。
常用的物探方法主要有反射波法、地质雷达法，瞬变电磁法、直流电阻率法、激发极化法等。
煤炭采空区作为一种对隧道结构安全存在较大影响的不良地质现象，不仅在施工期对隧道安全存在影响，运营期同样存在一定的影响。
关键词：瞬变电磁；地质雷达法；地质超前探测引言目前，钻探法、地震波法、瞬变电磁法，是隧道施工现场最为常用的三种探水地质超前预报方法。
钻探法能直观反应掌子面前方含水情况，但钻孔深度有限，钻探角度存在偏差，影响现场施工进度；地震波法主要针对前方破碎带比较敏感，结合地质情况辅助解译含水状态，对前方探水预报需要丰富的预报经验；瞬变电磁法是一种专门探水的方法，探测距离远，且能探测隧道周边含水情况分布，探测时间短，不影响现场施工进度，在探水预报工作中使用广泛、可靠。
一、探测原理（一）瞬变电磁法瞬态电磁法是一种时域电磁感应法，其数学物理基础以相变场驱动下传导环境引起的自旋场问题为基础。
其测量的基本原理是:用回线发射一次脉冲磁场，即用回线发射二次脉冲磁场，即在回线上提供电流波形在这一场的推动下，地下导体中会发生漩涡。
场消失后，漩涡不会立即消失，有一个过渡过程。
产生的电磁场(子场)将传播到曲面。
表面用线圈或磁探针观测到的闪光二极管场随时间变化，反映了地下导体的电分布、不均匀元件的沉积位置、形态和电特性、瞬态电磁测量系统主要由发射回线和回线两部分组成，工作过程主要分为发射、电磁感应和接收三部分，由于传统的瞬变电磁发在浅层地质勘探存在一定的不足，致使部分区域不能准确探测，其次是由于抗电磁干扰能力不强，容易受电磁场的干扰等问题，使得对一些存在电磁干扰的浅层地质探测变得较为困难，近年来随着技术的进一步提升，采用等值反磁通瞬变电磁法原理研制的HPTEM高精度瞬变电磁系统的出现很好的解决了这一问题。
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。
地质雷达在地铁隧道超前地质预报中的应用
以得 到该地 区花 岗岩 的介 电常数 参考 值 Ｊ ， 回， 由另一接 收天线 Ｒ所接收 ， 并 由主机记录下来 ， 而剩余 电磁能 岩体 中的传播速度 ， 不同风化程度介质 的介 电特 征见 表 １ 。 量则穿过介质界面继续 向深处传播。地 质雷达的工作原理见 图 １ 。
表１ 不 同风 化 程 度 介 质 的 介 电 特 征
现场情况 ， 对掌子面前方 的破碎带 和含水层进行 了准确预报 ， 验证 了地 质雷达 预报的准确性 ， 并根 据地质雷达 的原 理 ， 对 其应 用的 优缺点给 出了建 议。
关键词 ： 地铁隧道 ， 超 前地 质预报 ， 地 质灾害 ， 地质 雷达
中图分类号 ： Ｕ ４ ５ ６ ． ３ ３ 文献 标 识 码 ： Ａ
蕞 厂
毳 Ｌ
已 开挖隧道 ：
／
界 面
岩性
花岗岩
介电常数
４ ． ０— ８ ０
电磁波速 ０ ０ ． １ ３ ７
Ｏ ． １ ｌ Ｏ
蓊 厂
微风化花 岗岩 中风化花 岗岩
７ ５ ＭＨｚ 。
图 １ 地质雷达的工作原 理示意图
地 质雷达工作时 ， 其 回波走 时（ 电磁波行程 所需时间 ） ｔ 为：
ｔ ＝～
（ １ ） 得 的天线 中心频率 综合 考虑 ， 计算 出最 终 的雷达 天线 中心 频率 。
其中， 为发射 、 接收 天线 的间距 ； ｚ为反 射 点 的法 线 深度 ；
ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｓ ｏ ｆ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｏ ｆ ｔ ｒ ｏ ｃ ｋ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ
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°。
地质雷达在引水隧洞施工超前预报中的应用
・
波 、反褶 积 、偏 移归 位处 理ｌ－ ６ ７。数字 滤波就 是用 Ｊ
１ ・ Ｏ
小水电 ２１年第 ５ （ ００ 期 总第 １ 期） ５ ５
技术 交流
醋 入射 波 （ 自到黑 ） 从
反射波
Ｌ 扫 天 描Ｉ
（ 从黑到 白
图 １ 地质雷达探测原理
当沿着被 测物体 表 面 同步 、连续 移动 发射和 接
收天线 时 ，使 得反射 波 反复重 叠 ，根 据反 射波 的波
形 和强 度特征 ，得 到其 内部介 质 的剖 面 图形 ，结合 多 条测 线 的探 测 ，可 以了解 目标体 的平面分 布情 况
（ 图 １。 见 ）
地质 雷达 的数据 处理 方法 主要包括 预处 理 、滤
１ 地质雷达超前预报原理
地质 雷达 是利用超 高频 窄脉 冲 电磁 波探测 隐蔽
面前方 的地 质状况 ，并 进行 围岩稳 定性分 析 ，为隧
道动态施 工 和采取 有效措 施 预防突 发工程 地质事 故 提供科 学依据 ｌ 。 地 质超前 预报 主要分 为直 接法 和间接法 ［ 。直
挖 面 的岩 石温度 ，寻找不 同于正 常红 外辐射 场 的温
式 中，ｄ为 目标 体 深 度 （１ ； Ｖ为 电磁 波 在 ｎ）
度 异 常 点 ，根 据 异 常 点 的 分 布 规 律 探 查 含 水 构 造 ＿ ，探 测距离 短 ，对于 水量大 小 、水 体宽 度及具 ３ Ｊ
介 质 中的传播 速度 （ ／ｓ ； Ｔ为 记 录 的反 射 电 磁 ｒ ｎ） ｎ 波双程 走时 （ｓ；Ｘ 为发 射 天 线 与 接 收天 线 之 间 ａ）
地质雷达在公路隧道超前地质预中的应用
０ 引 言
电性 差异 的 目标 物 时 ，如断层 、破 碎带 、溶 洞 和含 水 层 等 ，由于介 质表 面 两侧介 质 的介 电常数 不 同会 被 反 射 回来 ，由接 收天 线 Ｒ 收 ，差 异越 大反 射 信 接 号 就会 越强 烈 （ 图１ 见 、图２ 。根据 电磁 波 的双程 走 ）
现 场 测 量 时 应 清 除 天 线 和 天 线 电缆 附 近 的 金 属 物 ，
支撑 天线 的器材 应用 绝缘 材料 。如 果现场 某些 干 扰
图 １ 地 质 雷 达 电磁 波 发 射 接 收 示 意 网
反 射 线 反 射线 Ｉ 反射线２ 反射线３
空 气
物件 无法 清 除 ，应将 其记 录 ，并在 数据 分析 时予 以 考虑。 １ － 数据 处 理及分 析 ．３ ２ 首 先 对 采 集 的 原 始 数 据 中的 不 良数 据 进 行 剔
程 中难 以 准确地 把 握复 杂 的地质 情况 ，经 常会 出现
地勘 资 料 与实 际不 符 的情 况 。在施 工 过程 中会 产 生
未 知风 险 。因此 。如 何在施 工 中快 捷准 确地 对前 方 地 质进行 探 测 就显 得尤 为 重要 ，地 质 雷达 （ Ｐ 法 Ｇ Ｒ） 是 目前普 遍 被采 用 的一种 地 质预报 方 法ｌ ｌ ｌ 。
地质雷达在彝溪口隧道超前地质预报中的应用
２１ ０ １年 １ ２月
武
汉
工
程
大
学
学
报
Ｖ ０１３３ Ｎ ｏ． ２ ． １
Ｄｅ ． ｃ ２ Ｏ１１
Ｊ ． Ｗ ｕ ａ Ｉ ｓ ． Ｔｅ ｈ ｈｎ ｎｔ ｃ．
文章 编 号 ： ６ ４ ８ ９ ２ １ ） ２ ０ ６一 ４ １ ７ —２ ６ （ ０ １ １Fra bibliotek～０ ４ Ｏ
绍 了地质 雷 达 超 前 预 报 的基 本 原 理 ， 以水 绥 二 级 公路 彝溪 口隧 道 为 工 程 背 景 ， 绍 了地 质 雷 达 在 介
超前 地质 预报 中 的应 用．
隧道 地质 雷达 超 前 预报 方法 是一 种 用 于确定
隧道掌 子 面前 方地 质 情况 分 布变 化 的广 谱 电磁 波
图 １ 地 质 雷 达 超 前 预 报 工 作 示 意 图
Ｆｉ． Ｓ ｅ ｃ ｐ ｏ ｒ ｕ ｄ ｐ ｎ ｔ ａ ｉ ｇ ｒ ｄ ｒｆ ｒ ｇ１ ｋ ｔｈ ｍａ ｆｇ ｏ ｎ ｅ ｅ ｒ ｔ ａ ａ ｏ ｎ
ｇｅ ｏｇｉ ｒ ｄｉｔｏｎ ｏｌ ｃ ｐ ｅ ｃ ｉ
扫描 速 度 快 、 备 重 量轻 、 像 分辨 率 高 、 蔽 效 设 图 屏 果好 、 图像直 观 、 操作 简 便 等优 点 在隧 道超 前 预 报 中得 到广泛 的应 用＿ ］ 但 是 由于 预 报 距离 短 而 经 １． 。
常结 合隧道 地震 波超 前 预测 系统 （ ｎ ｅ Ｓ ｉｍｉ Ｔｕ ｎ ｌ ｅ ｃ ｅ Ｐ ｅ ｉ ｉｎ ＴＳ ） 料 进 行 隧 道 超 前 预 报． 文 介 ｒｄｃ ｏ ， Ｐ 资 ｔ 本
１ 地 质 雷 达 的 基 本 原 理
地质 雷 达 （ ｒ ｕ ｄＰ ｎ ｔａｉｇＲａ ａ ， Ｐ Ｇ ｏ ｎ ｅ ｅｒｔ ｄ ｒ Ｇ Ｒ） ｎ 是 近年来 兴 起 的 一 种 新 型 物 探 方 法 ， 用 于 浅 层 应
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预报中的应用
地质雷达在隧道超前预报中的应用王锋，高级工程师。
张家祥，硕士研究生，重庆交通大学2010级研究生1班467信箱，、摘要：首先介绍地质超前预报的意义、内容、方法以及地质雷达的基本原理和雷达图的定性解释，以地质雷达在云雾山隧道超前地质预报应用为例，说明地质雷达的应用能够准备的指导施工。
关键词：地质超前预报地质雷达预测隧道abstract: the meaning, the contents, the methods of the geological advanced prediction , the basic principle of the geological radar and the entirely qualitative interpretation of the radar wave are introduced firstly, then takes the application of gpr in the tunnel of mountain yunwu as an example and explains the detection technology of gpr can accurately guide tunnel construction.keywords: advance geological forecast; gpr; forecast; tunnel中图分类号：f407.1文献标识码：a 文章编号：1 地质超前预报的意义和内容我国地域宽广，国土多为土地，相应的各种断裂带发育、造山带、地下水丰富，这些都向隧道工程师提出了一系列难题，地质超前地质预报工作显得尤为重要。
作为隐蔽工程的隧道工程在开挖时，由于前方地质情况不确定，经常会因遇到破碎带、断层、高地应力、暗河、溶洞等不良地质体而导致泥石流、塌方、岩爆冒顶、涌泥、涌水等地质灾害发生。
这就需要在隧道施工中，对隧道掘进前方的危险地质情况进行地质超前预报来控制风险，及时提出调整支护参数或加固措施建议，以保证施工安全和工程质量，加快施工进度，缩短工期[1]。
地质雷达和TST技术在地质预报中的应用
地质雷达和TST技术在地质预报中的应用摘要：在隧道工程中，地质超前预报是不可缺少的步骤，而TST技术的应用，有利于确保超前地质预报结果的准确性。
因此，本文就地质雷达和TST技术在地质预报中的应用进行研究，希望能为相关行业提供借鉴。
关键词：地质雷达;TST;超前地质预报;效果评价引言目前，仍有很多山区道路没有修通，在山区道路修建中，开挖隧道是常见的工程项目之一，很多山区地形复杂，如果绕过山体进行修建，不仅费时费力，成本还高，因此经常选择在山体中开挖隧道的方式来保证道路的连通性。
隧道开挖本质上是一种山体破坏行为，山体原有结构平衡被打破，在施工过程中很容易发生安全事故。
面对这种情况，不良地质体探测是一项非常重要的风险预报工作。
不良地质体，具体包括瓦斯、断层、破碎带、软弱围岩、富水带和溶洞等。
施工一旦遭遇这些不良地质体，很容易引发塌方、突水、围岩大变形等地质灾害，严重威胁现场施工人员安全。
基于上述背景，进行不良地质体探测具有重要的现实意义。
1TST系统技术的原理隧道地震波成像技术就是TST技术，利用规模不大的爆破或电火花产生地震波，在地震波传播时，会遇到岩性变化大的波抗界面，地震波就会被反射或散射，并被检测器所接收。
关键技术可以被分为三种，分别是围岩波速分析、三位波场分离和偏移成像。
TST系统由多个设备组成，激震源、信号检测仪和检波器就是系统的重要组成。
激震源通常为制造地震波的材料，如雷管、炸药等。
检波器为压电晶体带阻尼检波器，这种检波器内部设置了IC放大器，其最大频带可达5000Hz。
信号检测仪具有24通道，24位A/D转换，其最大采样频率高达156kHz。
2地质雷达技术基本原理地质雷达属电磁探测技术，其根据不同地质体对电磁波的响应不同的特性来明确其分布特性。
地质雷达内置信号发射天线将高频短脉冲电磁波发射，如地质体内，电磁波在地质体内传播过程中遇到各种不同的地层或目标地质体将产生反射，信号接收天线将收到反射电磁波，并由主机对其反射信号进行分析处理。
公路隧道超前地质预报中地质雷达的运用
通过 TSP 了解到该隧道掌子面里程 YK325+907 前方 0~30 m 位置的岩体地质情况进行测线的探查，掌子面位置 自左向右、自右向左共布置二条测线，探测线长 7.4 m，在 进行时采用连续测法。
总结 ：根据本次 TSP 超前预报探测数据的分析情况了 解到，掌子面前方里程段 YK325+907-YK326+007 可能存 在溶洞溶蚀裂隙带。
转换装置 ；同步装置 ；分析软件。在配备好收发的天线或 者资料处理软件、计算机后，做好设备的工作流程和性能 指标工作。
技术指标工作的选择，时间窗宽度为 1 ns~2 000 ns ； 发射机脉冲重复率为 115 kHz ；最大扫描的频率为每秒保 持 56 次 ；每一扫迹样点数量为 512 ；增益的范围为指数时 间变量增益功能和用户选择的线性 ；可调增益控制的范围 为 0~80 dB，动态范围在 128 dB。
3 案例分析
3.1 工程的主要概况
该预报的隧道工程名称是 ：国家高速公路菏泽至宝鸡
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]。
地质雷达探测技术在隧道地质超前预报中的应用探析
ｌ ∞
１ ６
１ ０ ％
２ ４
２ Ｏ ％
１ ６
２ Ｏ ％
５ ０
２ ０ ％
１ Ｏ ％ － ２ ０ ０ ％
池
●
出水 浓度 ８ ３ ２ ８ １ ９ ５ ７ ５
进 水浓度 ８ ３ Ｚ８ １ ９ ５ ７ ５ （ ｍｇ ／ Ｌ）
关键词 ： 地 质探 测 ； 雷达探 测技 术 ； 应用
中图分 类 号 ： Ｔ Ｖ ２ ２ １ ． １ 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 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
— —
—
达 到回用水水质标
化
池
出水浓度
（ ｍｇ ／ Ｌ） ９ ４５ ２ １ ７ ５ １ ０ ０ ｌ ６ ２ ４ １ ６ ５ ０
缺 氧
池
进水浓 度 （ ｍｇ ／ Ｌ）
去除率
（ ｍｇ ／ Ｌ）
９ ４ ５
ｌ ２ ％
２ １ ７ ５
３ ． ２深化 处理 段 工艺 流程 方 框 图 （ 见 图２ ）
目标体 或 是地 层 的反 射 后 ， 回到地 面 被接 层 、压 扭性 断 层 以及 岩性 的接 触 断层 等 。 例 如 角砾 受天线所接受。 在地下传播 中的高体 ， 波在 经过 介 质时 ， 该 介质 的集 合几 何 形 态 岩 、 糜 棱岩 等 ， 此 外 还 有地 下 水 以及 断层 以及 电性 性 质将 会影 响电 磁波 的波形 、 磁 泥 等 物质 ， 介 质 的均 一性 偏 低 且分 布 不 均 场强 度 以及路 径 等 。 所以， 经 过分 析 、 处 理 匀 ， 电性存在明显差异 ， 断层两侧岩体发 以及 采 集 时域 波形 ， 可 掌 握地 下 界 面 以及 育特 点通 常具 有节 理性 与褶 皱性 。 断层 的 内 部 的 电性 差 异 偏 大 则 为 地 质 探 测 作 业 地质 体 的结 构 、 空间、 位 置 等信 息 。 １雷 达 探 测 技 术 对 断 层 破 碎 带 的 地 提供 了 良好物 理基 础 。 地 质雷 达在 探测 断 质探 测 层破 碎 带 的发 育 区时 ， 自动增 益 的梯度 范 断 层 属 于 隧道 施 工 过 程 中 的重 要 地 围通常 控制 在 ８ － ３ ０ ｄ Ｂ之 间 ，断 层 富 水带 质构 造 ， 而地 质雷 达 探测 技 术 的 主要 目的 自动增 益 的梯 度存 在 更 大 的变 化 ， 断 层破 则是 要 明确 断层 的规 模 、 产 状 以及 空 间 分 碎 带 内部 雷达 图形 的色 彩分 布散 乱 ， 电磁 布状 况 。 国 内有部 分 隧道均 存 在不 同程 度 波 具有 规 律性 差 、能量 衰 减迅 速 等 特点 ， 的 断 层现 象 ，例 如 有 些 隧 道 常 有 岩 脉 断 反 射 波形 杂乱 无 规 律 ，幅 度 变化 较 大 ； 因
隧道地质超前预报钻孔雷达技术及应用
隧道地质超前预报钻孔雷达技术及应用摘要：近年来，我国的隧道工程建设有了很大进展，在隧道工程中，钻孔雷达技术发挥着重要的作用。
小煤窑采空区及巷道多存在资料不完善、规模小、隐蔽性强等特征，勘察阶段采用常规方法难以查明采空区的平面位置和埋深，对隧道工程施工安全和结构稳定造成极大影响。
因此本文首先分析钻孔雷达技术原理，其次探讨钻孔雷达的应用，可为类似工程建设提供借鉴经验。
关键词：地质超前预报；钻孔雷达；探地雷达；围岩等级引言隧道工程作为一种特大的隐蔽工程，具有距离长、埋深深、地质条件复杂等特点，使得隧道工程施工过程中存在许多工程地质问题，常见的地质灾害有破碎带、岩溶、岩爆、突泥、涌水和塌方等，对隧道工程质量、进度和安全控制带来不利影响。
因此，在隧道施工过程中开展超前地质预报工作，可补充地质勘察阶段工作的不足，进一步探明不良地质体的位置和规模，提前防范和及时调整施工方案，确保隧道安全、高效施工。
1钻孔雷达技术原理利用钻孔雷达进行隧道涌水超前预报是最近几年才发展起来的方法，尽管其还有许多需要发展和完善的地方，比如单孔不能确定不良地质体方位、雷达天线如何在水平钻孔内移动等，但是在岩溶区，其仍是一种非常值得推广的技术方法，利用钻孔雷达进行隧道涌水超前预报具备直观，探测距离远等优势，可以结合超前钻探进行，基本上不会影响施工进度。
常规的探地雷达虽然在浅层地质超前预报具有高效、精准等优点，但其预报的范围较小，通常只能预报井孔周围一定范围内的地质情况，由于地形等的影响，井孔的布置受到一定程度的制约，从而导致在采用探地雷达进行地质超前预报时可能会错过比较重要的地质情况，因此在井内探测的需求日益旺盛。
随着相关研究成果的不断涌现以及其他新技术的兴起，钻孔雷达越来越多的被应用于工程实践中。
作为一种井内雷达探测方法，它主要通过向井内发射很高频率的电磁波，高频率电磁波在地层中传播时会形成一定图像，从而可以了解前方地质情况，较早的获取前方不良地质情况，具有分辨率高，探测范围广的优点。
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地质雷达在隧道超前预报中的应用摘要：从地质雷达预报的基本原理出发，结合工程实践进行了案例分析与说明。
实践表明，采用地质雷达进行隧道超前预报，提前采取有效的防范措施，确保隧道施工的安全是可行的，且具有较高的预报精度。
关键词：隧道地质雷达超前地质预报
1 引言
隧道地质超前预报由来已久，超前预报的方法也有很多，主要有隧道地质超前预报系统（tsp）、地质雷达（ gpr ）法、超前钻孔法和超前平导法等几种，地质雷达具有扫描速度快、重量轻、分辩率高、屏蔽效果好、图像直观、对施工影响小和可跟踪施工全过程等优点，并积累了大量的工程实测数据和图像分析经验，近年来在施工检测及地质预报中得到了广泛应用。
本文主要介绍地质雷达工作的基本原理和在六宜高速公路隧道施工过程中的应用及指导作用。
2 地质雷达法的基本原理
地质雷达（ground penetrating radar ，简称gpr）方法是一种用于探测地下介质分布的广谱（1mhz—1ghz）电磁技术。
地质雷达用一个天线发射高频电磁脉冲波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。
通过对接收的反射波进行分析就可推断地下地质情况。
探地雷达发射的高频电磁波传播速度主要与介质的介电常数有
关。
电磁波在某种介质中传播时，遇到不同的界面（如岩体的脱空、充水等）将会产生反射和透射。
3 工程实例
加底峒隧道是广西六（寨）～宜（州）高速公路上一座地质条件较为复杂的山岭隧道，隧道围岩以白云质灰岩为主，中厚层状构造，节理裂隙较发育，岩体较破碎。
局部存在溶隙，溶洞，软弱夹层等潜在的地质条件，为了保证施工过程的顺利进行以及施工安全，在隧道开挖过程中做了大量关于地质雷达隧道超前预报的工作。
预报采用仪器为美国gssi公司生产的sir—20型地质雷达，天线中心频率为100mhz，测线布设采用“井”字形。
通过地质雷达对加底峒隧道左线出口zk47+501～zk47+476段进行探测预报。
探测时掌子面里程zk47+501，岩性以白云质灰岩为主，强～中风化，块碎～碎裂状结构，节理、裂隙较发育，局部裂隙中有粘性土充填，整体稳定性一般～稍差。
通过对探测数据的图像处理，得出地质雷达图像（见图1）。
从图中可以看出：据目前掌子面21-25米段（即zk47+480-
zk47+476）强反射界面较多，有双曲线型异常反射体，据此推断为溶洞，后经开挖验证， zk47+480处掌子面有一个溶洞（见图2）。
4 主要结论与认识
21）采取地质雷达进行隧道掌子面前方不良地质体的探测，其关键是对采集雷达波的判读。
2）由于隧道施工现场，周边环境复杂，诸多因素均对雷达电
磁波存在干扰，导致所采集到的雷达波可能失真，因此，加强地质调查和经验推测，进行综合分析，对于提高预报精度极其重要。
当然，地质雷达图像解释还存在着像多解性，需要工程技术人员在实践中不断总结经验、改进预报手段，有时还需要用其它方法进行补充验证。
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