14地质雷达超前预报
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]。
地质雷达图像解释(含超前地质预报及检测)
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。
二衬欠厚
其他不利地质体的地质雷达图像
其他不利地质体的地质雷达图像
其他不利地质体的地质雷达图像
其他不利地质体的地质雷达图像
二衬板缝三角形脱空
其他不利地质体的地质雷达图像
二衬中的空洞及管线
其他不利地质体的地质雷达图像
孤石脱空
其他不利地质体的地质雷达图像
路面检测
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
富含水和淤泥的大型岩溶
裂隙
溶 洞 顶 部
裂隙
溶 洞 中 部
说明：图像中存在多次强烈的多次反射，此溶洞后经钻孔验证，两条裂 隙补给溶洞的水和淤泥
典型溶洞的地质雷达图像仰拱ຫໍສະໝຸດ 的溶洞典型溶洞的地质雷达图像
典型溶洞的地质雷达图像
其他不利地质体的地质雷达图像
断层
其他不利地质体的地质雷达图像
地质雷达图像解释(含超前地质预报及检测)PPT课件
地面架空电线（双曲线） 测线附近的金属物（强振幅、密集的反射波组） 地面上的砾石（多次反射，局部强振幅回波） 测绳和皮尺（典型的“X”型干扰） 2) 地下异常的多次波 在地质体与地表面来回反射，严重影响目标体的反射波 信息，波形杂乱，不规则。
隙
部富水
次反射
岩性变化 接触面或 软弱夹层
其他不利地质体的地质雷达图像 空洞
其他不利地质体的地质雷达图像
其他不利地质体的地质雷达图像
其他不利地质体的地质雷达图像
其他不利地质体的地质雷达图像
右拱腰塌方回填不密实 左拱腰塌方回填不密实
其他不利地质体的地质雷达图像
拱顶塌方回填不密实
其他不利地质体的地质雷பைடு நூலகம்图像
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
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。
超前地质预报 标准
超前地质预报标准地质预报是指通过对地质现象和地质过程的观测、分析和研究，对未来一定时期内可能发生的地质灾害进行预测和预报。
超前地质预报是指在地质灾害发生前，提前做出预测和预警，以便采取相应的防灾减灾措施，保护人民生命财产安全。
超前地质预报的标准主要包括以下几个方面：首先，要有可靠的监测手段和技术手段。
地质预报需要依靠对地质现象和地质过程的监测和观测，因此必须具备可靠的监测手段和技术手段。
这包括地震监测、地质构造监测、地下水位监测等多种手段，以及遥感技术、地球物理勘探技术等现代化技术手段。
其次，要建立科学的预测模型和算法。
超前地质预报需要建立科学的预测模型和算法，通过对地质数据的分析和处理，运用数学、物理等相关知识，建立准确的预测模型，以实现对地质灾害的准确预测。
再次，要有完善的预警系统和预警机制。
超前地质预报需要建立完善的预警系统和预警机制，及时发布预警信息，让相关部门和人员能够及时采取应对措施，最大限度地减少地质灾害带来的损失。
最后，要进行有效的应对措施和救援准备。
超前地质预报不仅需要提前预测地质灾害，还需要做好相应的应对措施和救援准备工作。
这包括加强地质灾害防治工程建设，提高应急救援能力，加强地质灾害防治知识的宣传和教育等方面的工作。
总之，超前地质预报标准的制定和实施，对于预防和减轻地质灾害的影响具有重要意义。
只有建立科学的预测模型和算法，完善的预警系统和预警机制，有效的应对措施和救援准备，才能更好地保护人民的生命财产安全，实现地质灾害防治工作的科学化、规范化和精细化。
希望各级地质灾害防治部门和地质科研单位，能够高度重视超前地质预报标准的制定和实施工作，不断提高地质灾害防治工作的水平，为人民群众的生命财产安全提供更加有力的保障。
地质雷达预报
说明：同步远程数据是将药品和项目等信息从服务器中下载至收费电脑，以便在收费录入明细信息时，不用从服务器获取数据（从数据库获取数据需要时间），提高响应速度。
所以同步远程数据操作对服务器数据库的数据是没有影响的，只要觉得数据有问题都可以随时进行同步操作。
第一步：删除缓存目录，即把从服务器下载的数据删除。
首先，打开计算机（或者我的电脑），进入到C盘，如图：
Win7的
XP的
点击图中红色部分，输入172.16.100.13，即搜索文件夹名字为172.16.100.13，找到文件夹之后，双击进去，将会看到下图中的文件夹，把这个文件夹整个删除掉。
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第二步：同步远程资源，即将数据重新从服务器上下载下来。
首先登录系统，进入系统管理->同步远程资源，如图所示：
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再点击，同步远程资源，
如图：
同步远程资源结束之后，选中下面几张表，然后点击同步远程数据（只点同步远程数据），直到同步成功，如图：
功，如图所示：
同步成功之后，说明所有的表都同步完了，可以收费了。
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如图：。
超前地质预报超前地质预报主要内容超前地质预报概述
超前地质预报超前地质预报主要内容超 前地质预报概述
1.1、TSP超前地质预报原理
数据采集时通过依次激发隧洞一边侧墙等间隔炮孔， 产生以波形式向周围方向的能量传递，从掌子面前方任一 波阻抗差异界面反射的信号及直达波信号将被2个三分量 检波器接收，该过程所需时间约1小时。然后利用TSPwin 软件处理可得P波和S波波场分布规律，最终显示掌子面前 方与隧道轴线相交的反射同相轴及其地质解译的二维或三 维成果图。由相应密度值，可算出预报区内岩体物理力学 参数，进而可划分该区围岩工程类别。
二、超前地质预报的具体方法及认识
技 术 人 员 隧 道 内 进 行 地 质 雷 达 探 测
超前地质预报超前地质预报主要内容超 前地质预报概述
二、超前地质预报的具体方法及认识
超 前 水 平 钻 探 场 景
超前地质预报超前地质预报主要内容超 前地质预报概述
二、超前地质预报的具体方法及认识
技 术 人 员 在 隧 道 量 测 水 压
其原理是向岩体中辐射一定频率的高频地震波当地震波遇到波阻抗分界面时将发生折射反射频谱特征也将发生变化通过探测反射信号接收频率为声波频段的地震波求得其传播特征后便可了解工作面前方的岩体特震源和检波器的布臵除离开开挖面对施工干扰较小外还因反射波位于直达波面波延续相位之外而不受干扰因此记录清晰信噪比高反射波同相轴明显
准确预报施工前方地质条件是隧道建设的迫切需要，是确 定工程对策、工程措施的关键，是工程施工安全的前提，是 控制和合理运用工程投资的重要因素。
因此，世界各国都把此类问题列入重点研究课题进行攻关。 我国自六、七十年代修建成昆铁路线时开始开展此项工作。 八十年代以来，特别是近几年，由于铁路基础建设大发展的 需要，铁路系统隧道施工超前地质预报技术得到了长足的发 展，尽管如此，还没有哪一种仪器和设备能解决所有的地质 问题，预报理论与技术仍需完善，仪器和设备仍需不断更新 改进，仍然属于边生产边科研性质的技术。
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。
超前地质预报(地质雷达法)施工作业指导书
超前地质预报（地质雷达法）施工作业指导书1.适用范围适用于xx隧道工程超前地质预报（地质雷达法）作业。
2.作业准备2.1施工前应充分掌握隧道设计图纸及相关文件内容，并及时与现场进行核对，以确定合适的超前地质预报方法并配备相应机具设备。
根据施工图设计要求及现场实际情况做好超前地质预报作业技术交底。
2.2熟悉《铁路隧道超前地质预报技术规程》（Q/CR9217-2015）、业主下发有关超前地质预报的管理办法等文件要求。
2.3将隧道超前地质预报工作纳入正常的施工工序管理，建立完善的信息收集和信息反馈系统。
2.4熟悉了解已有勘察资料，掌握掌子面所处地段的地层岩性、构造特征、不良地质及水文地质特征。
2.5熟悉了解其他预报手段探测成果，分析判断掌子面所处地段工程地质与水文地质特征可能出现的差异（与勘察成果比较）。
3.技术要求3.1技术指标3.1.1地层岩性预报，特别是针对软弱夹层、破碎地层及特殊岩土的预测预报。
3.1.2地质构造预报，特别是针对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整性的构造发育情况的预测预报。
3.1.3不良地质预报，特别是针对瓦斯等发育情况的预测预报。
3.1.4地下水预测预报，特别是针对富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况的预测预报。
3.2技术标准3.2.1探明断层的性质、产状、富水情况、在隧道中的分布位置、断层破碎带的规模、物质组成等，并分析其对隧道的危害程度。
3.2.2测定瓦斯含量、瓦斯压力、涌出量、瓦斯放散初速度等，评价隧道瓦斯严重程度及对工程的影响，提出技术措施建议等。
4.施工程序与工艺流程4.1施工程序施工程序详见图1。
4.2工艺流程工艺流程详见图2、图3。
图1 隧道超前地质预报工作程序框图图2超前地质预报实施流程图图3 地质预报信息处理流程图5.施工要求5.1施工准备5.1.1根据施工图设计要求及现场实际情况做好超前地质预报作业技术交底。
5.1.2超前地质预报施工前应熟悉相应隧道的设计图纸，核对地质资料。
超前地质预报方法介绍
超前地质预测预报的方法为保证隧道的顺利施工，避免地下水发育地段突水、突泥的发生，防止地表水、地下水流失，确保隧道施工安全，需要采取有效措施对隧道掌子面地质情况进行较为准确的预测预报，根据隧道的具体情况，判定超前地质预报内容并纳入工序管理之中。
经过超前地质预报，在开挖后对地质条件再次认知，通过对比反馈信息和分析，逐步提高对围岩的预报判释的准确性。
超前地质预报的工作程序参见图2图2 超前地质预报工作内容程序图地质素描地质素描预测法分为岩层岩性及层位预测法、条带状不良地质体影响隧道长度预测法以及不规则地质体影响隧道长度预测法三种。
对掌子面已揭露出的岩层进行地质素描（观察岩石的矿物成分及其含量，结构构造特征和特殊标志），给予准确定名，测量岩层产状和厚度。
测量该岩层距离已揭露的标志性岩层或界面的距离，并计算其垂直层面的厚度。
将该岩层与地表实测地层剖面图和地层柱状图相比，确定其在地表地层（岩层）层序中的位置和层位。
依据实测地层剖面图和地层柱状图的岩层层序，结合TSP探测成果，反复比较分析，最终推断出掌子面前方一定范围内即将出现的不良地质在隧道中的位置和规模。
施工过程中，每次爆破后由地质工程师进行地质素描，内容包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、岩性风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量）、喷射混凝土开裂、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等。
同时定期对地表水文环境进行观测和监测记录，及时了解隧道施工对地表水的影响，确定施工控制措施，最终做出掌子面地质素描图和洞身地质展示图。
及时对洞内涌水进行水质分析和试验，提交分析和试验结果，对影响隧道衬砌结构的水质提出处理意见，上报技术部门，以利采取有效的防护措施。
超前探测主要针对地下水发育地段的断层破碎带及其影响带、岩层接触带、构造及发育带超前物探长距离超前物探：首选方法为TSP203地质探测仪（探测距离约200m），对比方法为水平钻孔超前探测。
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。
一、地质超前预报的目的和采用的主要方法
宜万铁路西南交大监理站Ⅰ、Ⅱ级风险隧道地质超前预报工作内容和方法编制：徐林二00六年十月湖北·恩施一、地质超前预报的目的和采用的主要方法1、地质超前预报工作的目的：◆归避风险◆解决目前地面勘探技术无法解决的地质问题◆查明安全隐患，保障运营安全2、地质超前预报的主要工作内容：◆探测前方不良地质体的空间位置◆查明已揭露不良地质体的规模、水文地质特征◆查明隧底及周边不良地质体的空间位置、规模和对隧道安全的影响3、地质超前预报采用主要方法：由于的地质条件复杂、隧道场地条件的限制、各种方法探测方法的局限性，采用了物探－－钻探相结合，长距离探测与短距离探测相结合、勘探与地质资料的综合分析的综合探测方法。
主要有：地质素描、TSP、地质雷达、红外探水、水平钻探和超前炮孔等二、地质超前预报各方法的特点1、TSP:主要的长距离探测方法。
探测距离100~150m，用以提供位于掌子面前方、较大型的溶洞、断层等不良地质体的大概位置。
每一次探测大约3~4小时。
外业数据采集要求严格，干扰因素多，智能性的数据处理系统产生假异常，影响解释结果的准确性。
TSP资料的分析主要注意三点：资料的干扰情况、强反射面是否突出、速度异常。
TSP数据采集应注意的问题：接收器的安置、查断层与查岩溶的布置区别、噪音监视。
2、地质雷达：短距离探测方法。
隧道超前预报要求采用100MHz 屏蔽天线，探测距离10~15m。
主要用于发现小的溶蚀裂隙，判定岩体的破碎状况。
受隧道内导电性物体的干扰和藕合条件影响大。
在掌子面严重渗水时不能采用。
雷达资料分析应注意：◆波形的连续性;◆波列的弯曲和增生。
资料采集应注意测点的准确里程、不进行连续据采集、收发距经试验确定后就不应在同一次测量中发生改变、注意与隧底或掌子面的藕合。
资料处理中应注意压制干扰。
3、红外探水：用于探测掌子面前方和周围的隐蔽含水体。
主要以含水体与隧道内温度的差异来判定含水体的存在。
◆受环境温度影响大，当有水渗出洞壁或掌子面时，就会产生假异常，混凝土的水化学作用都会影响它的探测结果。
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°。
超前预报(地质雷达)
目录1 概况 .................................................................. - 1 -2物探方法基本原理....................................................... - 1 -2.1 基本原理....................................................................................................................... - 1 -2.2 探地雷达在勘查中的基本参数................................................................................... - 2 -2.2.1 电磁脉冲波旅行时.......................................................................................... - 2 -2.2.2 电磁波在介质中的传播速度.......................................................................... - 3 -2.2.3 电磁波的反射系数.......................................................................................... - 3 - 2.3 数据处理方法......................................................... - 3 -2.3.1 距离归一化.............................................................................................................. - 3 -2.3.2确定波速................................................................................................................... - 3 -2.3.3 水平和垂直滤波...................................................................................................... - 4 -3 设计文件描述的预报段地质条件........................................... -4 -4 掌子面地质编录及地质分析............................................... - 4 -5 探底雷达测试与结果分析................................................. -6 -5.1 测线的布置....................................................... - 6 -5.2 数据处理结果..................................................... - 7 -5.3解译分析......................................................... - 8 -6.结论和建议 ............................................................ - 9 -附件一：掌子面地质编录表................................................ - 10 -1 概况××隧道为××××高速公路××标段的在建隧道。
超前地质预报
超前地质预报一、概述1、超前地质预报的目的（1）进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件,指导工程施工的顺利进行。
（2）降低地质灾害发生的几率和危害程度。
（3）为优化工程设计提供地质资料。
（4）为编制竣工文件提供地质资料。
2、超前地质预报的内容（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）地质构造预测预报，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响岩体完整必的构造发育情况的预测预报。
（3）不良地质预测预报，特别是对岩溶、人为坑洞、瓦斯等发育情况进行预测预报。
（4）地下水预测预报，特别是对岩溶管道水及富水断层、富水褶皱轴、富水地层中的裂隙水等发育情况。
2、超前地质预报的方法地质调查法：包括补充地质调查、洞内开挖工作顾地质素描和洞身地质素描、地层分界线及构造线地下和地表相关必分析、地质作图等。
超前钻探法：包括超前地质钻探、加深炮孔探测及孔内摄影。
物探法：包括弹性波反射法（地震波反射法、水平声波剖面法、负视速度法和陆地声呐法等）、电磁波反射法（地质雷达探测）、红外探测、高分辨率直流电法等。
超前导坑预报法：包括平行超前导坑法、正洞超前导坑法等。
超前地质预报长度的划分和预报方法的选择可执行以下规定。
长距离预报：预报长度100m以上。
可采用地质调查法、地震波反射法及100m以上的超前钻探法等。
中长距离预报：预报长度30~100m。
可采用地质调查法、弹性波反射法及30~100m的超前钻探法等。
短距离预报：预报长度30m以内。
可采用地质调查法、弹性波反射法、电磁波反射法、红外探测及小于30m的超前钻探法等。
二、超前地质预报实施1、断层预报断面预报可按以下步骤进行：（1）根据区域地质资料、工程地质平面图与纵断面图以及必要的补充地质调查，进一步核实断层的性质、产状、位置与规模等。
（2）采用弹性波反射法确定断层在隧道内的大致位置和宽度。
（3）必要时采用红外探测法、高分辨率直流电法探测断层带地下水的发育情况。
关于超前地质预报和监控量测
超前地质预报和监控量测一、超前地质探测与预报方法根据本标段隧道工程地质条件，参考设计文件，主要采用TSP203、地质雷达、超前水平钻、超长炮眼、地质素描等地质预报。
1.地质条件复杂地段⑴地质素描：每循环一次，2m一循环（每开挖循环）。
⑵超前水平钻5孔，距离30～60m，30m一循环，搭接长度5m。
⑶超长炮眼17孔，距离5m，2m一循环。
⑷地质雷达（25m一循环，搭接5m）。
⑸TSP203，长度100m，搭接长度10m。
⑹根据超前地质预报的地层岩性、物探异常、岩溶、水量与水压等地质条件变化，及时调整地质复杂程度分级和预报方案；并按照建设单位管理方法办理相关手续。
2.地质条件较复杂地段⑴地质素描：每循环一次，2m一循环（每开挖循环）。
⑵超前水平钻3孔，距离30～60m，30m一循环，搭接长度5m。
⑶超长炮眼12孔，距离5m，2m一循环。
⑷地质雷达（25m一循环，搭接5m）。
⑸TSP203，长度100m，搭接长度10m。
3.地质条件中等复杂地段⑴地质素描：地质条件相同地段，每30m进行一次地质素描；地质条件变化地段（如：地层岩性变化、结构面产状变化、断层等）每循环进行一次地质素描。
⑵超前水平钻1孔，距离30～60m，30m一循环，搭接长度5m。
⑶超长炮眼8孔，距离5m，2m一循环。
4.地质条件简单地段⑴地质素描：地质条件相同地段，每50m进行一次地质素描；地质条件变化地段（如：地层岩性变化、结构面产状变化、断层等）每循环进行一次地质素描。
⑵超长炮眼3～5孔，距离5m，2m一循环。
5.超前水平钻布设根据设计工程地质情况及预报要求，项目部拟采用孔径75mm超前水平钻机。
具体布置见图1.图1 超前水平探孔布置图6.超长炮眼布设超长炮孔探测主要是为了弥补超前钻孔的不足而采取的超前预报措施，就是将正常的施工炮孔延长到5m左右，确保一个施工循环后，掌子面前方和周边还有3m左右的稳定岩盘。
由于可以在炮眼施工的同时施做，占用掌子面的时间少，一种境界有效的短距离探测方法。
超前地质预报方法介绍
2.3 超前地质预测预报的方法为保证隧道的顺利施工，避免地下水发育地段突水、突泥的发生，防止地表水、地下水流失，确保隧道施工安全，需要采取有效措施对隧道掌子面地质情况进行较为准确的预测预报，根据隧道的具体情况，判定超前地质预报内容并纳入工序管理之中。
经过超前地质预报，在开挖后对地质条件再次认知，通过对比反馈信息和分析，逐步提高对围岩的预报判释的准确性。
超前地质预报的工作程序参见图2图2 超前地质预报工作内容程序图2.3.1地质素描地质素描预测法分为岩层岩性及层位预测法、条带状不良地质体影响隧道长度预测法以及不规则地质体影响隧道长度预测法三种。
对掌子面已揭露出的岩层进行地质素描（观察岩石的矿物成分及其含量，结构构造特征和特殊标志），给予准确定名，测量岩层产状和厚度。
测量该岩层距离已揭露的标志性岩层或界面的距离，并计算其垂直层面的厚度。
将该岩层与地表实测地层剖面图和地层柱状图相比，确定其在地表地层（岩层）层序中的位置和层位。
依据实测地层剖面图和地层柱状图的岩层层序，结合TSP探测成果，反复比较分析，最终推断出掌子面前方一定范围内即将出现的不良地质在隧道中的位置和规模。
施工过程中，每次爆破后由地质工程师进行地质素描，内容包括掌子面正面及侧面稳定状态、岩层产状、岩性风化程度、节理裂隙发育程度（产状、间距、长度、充填物、数量）、喷射混凝土开裂、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响、不良气体浓度等。
同时定期对地表水文环境进行观测和监测记录，及时了解隧道施工对地表水的影响，确定施工控制措施，最终做出掌子面地质素描图和洞身地质展示图。
及时对洞内涌水进行水质分析和试验，提交分析和试验结果，对影响隧道衬砌结构的水质提出处理意见，上报技术部门，以利采取有效的防护措施。
2.3.2超前探测主要针对地下水发育地段的断层破碎带及其影响带、岩层接触带、构造及发育带2.3.2.1超前物探长距离超前物探：首选方法为TSP203地质探测仪（探测距离约200m），对比方法为水平钻孔超前探测。
地质雷达超前地质预报技术在隧道探测工程中的应用
地质雷达超前地质预报技术在隧道探测工程中的应用摘要：隧道施工常遇到不良地质概况，如不提前预测可能对工程安全和进度产生较大影响。
在勘察过程中有效采用地质雷达进行超前地质预报具有高效、准确、无损探测物的优点，补充完善地质钻孔的缺陷，在隧道工程地质超前预报领域具有较好的适用性。
本文介绍了地质雷达探测技术在隧道地质超前预报领域的应用，着重介绍了地质雷达的操作经验和数据后处理技巧，对后续使用地质雷达进行地质预报具有一定的指导借鉴意义。
关键词：隧道工程；地质雷达；超前地质预报；数据采集；后处理引言我国隧道建设工程多分布于地质条件复杂的西南山区，隧道开挖常遇到岩溶发育、较大空洞、地下暗河发育、构造带、岩石破碎带等工程灾害，给隧道施工造成很多困难。
而地质钻探具有一定的局限性，它不能全面连续的揭露隧道围岩的地质构造，因此需要采用一定的手段对这些地质构造和地质灾害进行探测和预报，提前采取措施消除灾害。
地质雷达超前探测预报是一种无损检测的高新技术，具有轻便、高效、可靠、成果直观等特点，已经在多条隧道的地质探测实践中进行了验证。
1 地质雷达探测原理地质雷达探测是根据不同物质具有不同的介电常数、导电率和磁导率的特性，通过仪器设备发射和接收的高频电磁波，经过分析处理从而判断出施工场地前方地层的介电常数差异，进而判断前方地质情况。
电磁波在介质中的传播特性是由介质的波阻抗η决定的，η与其相对介电常数ε具有一定的关系。
反射系数R为：图1 不同介质中传播的电磁波反射2 探测仪器地质雷达发射装置发出的高频电磁波频带范围在几兆Hz到几千兆Hz之间。
低频电磁波的探测深度较大，范围较广，而高频电磁波其探测深度一般较浅，范围较小，其在常见的地质中探测的深度和范围从几米到十几米不等，有效深度较深的可达三十多米。
目前市场上应用比较广泛的地质雷如美国GSSI公司的SIR系列、加拿大Sensor&Software公司的EKKO系列、瑞典Mala公司的地质雷达等，达频带一般为100兆天线。
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3-1-14 地质雷达超前地质预报1 前言地质雷达又称GPR（Ground Penetrating Radar）,它是利用电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度和波形随着通过介质的电性性质和几何形态不同而发生变化的性质进行地下勘探、工程检测的一种物探方法。
我国上个世纪八十年代就引进这一先进技术，并用于地面地质勘察、隧道超前地质预报、结构物质量检测等，到目前已有二十多年的应用历史。
在隧道超前地质预报方面，地质雷达最初应用在岩层单一、地质条件简单的隧道中，且每次预报距离很短，随着仪器设备不断改进，处理软件不断升级，地质雷达预报距离逐步增大，预报精度、准确度不断提高。
目前，地质雷达已成为地质短期预报最主要的方法，被大量应用于岩溶隧道、地下水探测。
2 地质雷达超前地质预报概述适应范围地质雷达适用于对断层及其影响带、溶洞、裂隙发育带、软弱夹层，以及地下水的预测预报。
技术特点地质雷达用于隧道超前地质预报具有适用范围广、操作简单、现场测试环境要求低、预报距离短但准确度高、提交结果及时，以及预报成本低，对施工干扰小等特点。
基本原理地质雷达是利用发射天线将高频电磁波以宽频带短脉冲的形式传入围岩，电磁波在遇到地质反射面时被反射回来，再被接收天线接收。
通过测得反射波的双程走时，计算不良地质距离掌子面的距离，通过分析反射波的振幅、波形、波速、频率等来判断不良地质的性质。
图14-1是地质雷达探测原理图。
图14-1 地质雷达探测原理图根据地质雷达探测原理图求得电磁波在围岩中的旅行时间为：（14—1）式中Z—探测目标体距掌子面的距离；X—发射、接收天线间的距离；V—电磁波在介质中的传播速度。
当时,上式即为：t = 2 Z / V （14—2）电磁波在介质中传播与弹性波一样遵循波动方程，电磁波速度V与相位系数α的关系为：V=ω/α。
当、μ=1时（14—3）式中c—电磁波在真空中的传播速度；εr—介质的相对介电常数；α—相位系数；ω—电磁波角频率；μ—介质磁导率；ε—介质介电常数；σ—介质电导率。
由式（14—2）、式（14—3）可求得反射面距掌子面距离Z的表达式为：（14—4）式中t—反射电磁波的双程走时；c—电磁波在真空中的传播速度；εr—介质的相对介电常数。
地质雷达天线发射的电磁波，一部分被介质吸收，一部分发生反射，一部分发生透射。
反射波遵循反射定律，反射波的能量大小由反射系数决定，对非磁性介质，当电磁波垂直入射时，反射系数的表达式为：（14—5）式中ε1、ε2—分别表示反射界面两侧介质的相对介电常数。
由式（14—5）可知，ε1、ε2相差越大，即反射界面两侧介质相对介电常数差异越大，反射系数越大，接收天线接收到的信息越丰富，地质异常在图像上表现得越明显，越利于结果的分析解释。
水、岩溶、破碎带等异常的相对介电常数与完整围岩的相对介电常数存在较大差异，这是地质雷达用于隧道超前地质预报的物理基础。
在隧道超前地质预报中，地质雷达天线发射电磁波的频率越高，电磁波衰减越快，探测距离越短，但分辨率越高；电磁波频率越低，电磁波衰减越慢，探测距离越长，但分辨率越低。
实际应用中，常选用100MHz雷达天线，这主要是综合探测深度和隧道内掌子面可操作性两方面因素决定的。
仪器设备及主要参数目前国内使用最多的是美国GSSI公司生产的SIR系列地质雷达，下面以SIR－20型地质雷达为例，介绍其主要参数。
用于隧道超前地质预报的地质雷达仪器设备主要包括SIR－20地质雷达主机、100MHz 天线（根据天线探测深度和天线、隧道断面净空尺寸确定）和数据处理软件三部分。
该雷达具有轻便、操作简单、预报精度高等特点，其天线为屏蔽天线，受外界干扰小，非常适合在隧道内工作。
SIR－20地质雷达主要技术指标如下：增益范围：-20－+100dB可调垂直滤波：时间域滤波。
无限脉冲响应（IIR）、有限脉冲响应（FIR）、矩形和三角型高低通滤波器。
叠加:2 到32768个扫描背景消除:2 到32768个扫描通道数：4个天线：适配所有的GSSI天线记录长度：0-8000ns 可选输出数据格式：8位或16位可选扫描样点数：256、512、1024和2048可选扫描速率：2 到800扫描/秒可选时基精度：%工作温度：-10℃-40℃工作相对湿度：<95%劳动力组织劳动组织体系项目负责人技术负责人检测工程师检测工程师数据采集小组报告编写小组劳动组织人员配置及分工人员人数主要任务项目负责人1全面负责测试工作的协调、组织、安排工作技术负责人1全面负责地质预报技术相关工作检测工程师2负责数据采集、数据分析处理和报告编写工作工人3负责天线的移动、稳定和现场辅助工作地质预报流程图测线布置仪器连接参数设置另一测线数据采集数据处理数据解释提交地质预报报告3 地质预报前的准备工作资料收集检测前应将隧道工程概况、隧道地质纵断面图、隧道地质平面布置图、掌子面里程桩号等资料和数据收集齐，以备数据处理和解释时用。
测试台架准备、测试环境清理采取全断面开挖的隧道，由于断面净空大，用地质雷达开展地质预报工作一般无法对掌子面上部的测线进行测试，因此在数据采集前需准备工作台架。
通常可采用隧道开挖时掌子面附近的工作台架。
在测试前，还需将掌子面、顶部上松动的石块，掌子面前方的乱石、障碍物清除掉，以免影响测试效果，发生安全事故。
测线布置检测前应根据工作现场和掌子面围岩情况确定测线的布置位置和数量，测线号与布置位置应通过平面图在记录本上记录下来。
在条件允许的情况下，测线应尽可能均匀分别在整个掌子面，一般布置3～5条测线，重点部位或怀疑有异常部位可加密测线，如在灰岩岩溶发育段有异常的部位。
图14-2是测线布置示意图。
4 现场数据采集参数设置数据采集前通常要对时间窗、采样速率、增益大小等参数进行设置。
设置前，将主机与天线通过电缆线连接起来，打开主机，进入数据采集状态，将天线贴在掌子面较平整的面上固定不动，然后开始采集参数的设置。
时间窗的大小取决于期望探测的深度和天线能探测的深度，一般可适当取大些，目的是为获取更多的信息，也可采用现场试验，通过观测地质雷达图像来确定。
采样速率是单位时间内雷达电磁波扫描的次数，该值过大过小都不利于对地质异常的判断，测试现场一般根据天线移动的速度来确定。
增益大小应根据反射信号的强弱来调节，一般可先通过自动功能，由系统自动调节，然后用手动调节功能对个别值进行调节，调节的原则是突出异常反射层，压制干扰。
数据采集数据采集包括点测和连续测量两种，在测试面不大和掌子面明显凹凸不平的条件下采用点测，点测间距20 cm～40cm，一般情况下都采取连续测量的方法进行测量。
连续测量时，雷达天线由两名工作人员抬起，贴在掌子面围岩上，从每条测线的起始位置开始，缓慢移动到测线的末端，移动时雷达天线始终贴在围岩上，从而保证采集数据的质量。
在测量掌子面纵向测线时，可将天线两端系上绳子，工作人员站在工作台架上将绳子拉住。
测试时，将天线贴在掌子面上，同时下放两端绳子，天线在重力作用下下移，下移过程中，可派一名工作人员在工作台架下用一根棍子将天线往掌子面方向压住，目的是使天线在下移过程中与掌子面始终相贴。
每条测线测完后，需将数据保存的文件号与对应的测线号记录下来，以备数据解释用。
图14-2 测线布置示意图5 数据处理及解释数据处理步骤先将采集的数据传输到计算机上，以便资料的处理与解释。
地质雷达资料处理的目的是压制干扰、增强有用信号、提高信噪比、突出异常反射。
处理前，应回放测试原始数据记录，一般要求原始数据记录完整、信号清晰。
在资料处理过程中，可根据原始资料的波形特征和需要达到的目的选用不同的处理方法。
一般情况下，地质雷达原始数据应做下面几步处理：（1）零点校正，在地质雷达图像中确定掌子面表面的位置。
（2）颜色选取，以获得便于对反射层识别的图像。
（3）输入介电常数或电磁波波速，表14-1是常见介质的相对介电常数与电磁波在介质中的传播速度。
（4）距离规一化，将相同距离的雷达扫描因采集速度不同而造成的扫描不均一处理成均一相等。
（5）水平、垂直滤波，消除表面波和多次波。
（6）增益调整，压制干扰，提高信噪比。
（7）时深转换，将时间剖面转换为深度剖面。
根据需要，有时还需做其它处理，如频谱分析、希尔伯特变换、背景滤波等。
介质相对介电常数εr速度(m/ns)水81空气1数据解释包括对断层、破碎带、岩溶、地下水等异常的判断，地质雷达地质预报数据解释应遵循以下原则：（1）数据解释前要求对测区内的围岩类别、岩体性质有充分认识，解释时要结合区域地质地貌、前期地质勘察资料、野外地质踏勘和隧洞已开挖段地质情况进行综合分析。
（2）在做出结果判断时，应根据现场记录，区分有效异常与干扰异常，排除环境影响和假异常。
（3）对不同地质异常雷达反射波的波形特征、电磁波各种参数的变化规律熟练掌握。
a、断层、破碎带地质雷达图像特征：反射波同相轴错断、高频成分衰减厉害、振幅增大。
b、溶洞地质雷达图像特征：空溶洞会出现强振幅、多次反射，小溶洞还会出现双曲线图像；充填溶洞内部反射波图像与破碎带相似，但界面反射一般较破碎带强。
c、地下水地质雷达图像特征：反射波表现为强反射、相位反相。
6 地质预报质量控制要点（1）测线位置布置要合理，测线数量要适量。
（2）数据采集前地质雷达参数设置要合理。
（3）采用连续测量方式时，雷达天线移动时要保证与围岩相贴。
（4）选用合理的数据处理方式提高信噪比，突出异常反射。
（5）坚持跟踪地质观测，积累地质资料和预报经验。
（6）数据解释必须结合前期地质勘察资料、野外地质踏勘和隧洞已开挖段地质情况。
7 安全注意事项（1）所有工作人员进入隧道必须佩戴安全帽。
（2）数据采集前必须将掌子面和拱顶的松动岩石清除。
（3）利用台架测试时，台架上的工作人员必须系安全绳，台架下除有一名工作人员稳定天线外，不得再有其他人员。
（4）仪器必须安放在围岩相对较完整、稳定性相对较好部位的下面。
（5）测试时保证隧道内的通风和照明。
8 工程实例工程简介富宁～广南公路高速公路（富广高速公路）是国道主干线（G275）衡阳～南宁～昆明公路滇境中的一段，该路线经广西白色市进入云南省富宁县，经砚山、弥勒、石林等县至昆明，是云南省出省通往广西壮族自治区及沿海港口的运输大动脉，是交通部发展战略规划中“五纵七横”国道主干线公路系统中重点改造路段，也是云南省高等级公路网规划“三纵三横”、“九大通道”的重要组成部分。
富广高速公路老鹰咀隧道是一座双洞四车道分离式隧道，位于广南县境内，全长一千七百多米。
隧址区属滇东南中低山区地貌，地势北高南低，最高海拔1756米，最低海拔882米。
地形起伏较大，山势较陡，坡面植被较发育。
地层主要由泥盆系中泥盆系中统灰岩、泥质灰岩、泥岩和硅质岩，夹泥灰岩、碳质页岩、煤矸岩和第四系坡、残积物。