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]。

隧道地质超前预报主要预测以下内容：断层及其影响带和节理密集带的位置、规模和性质；软弱夹层的位置、规模和性质；岩溶发育的位置、规模和性质；工程地质灾害可能发生的位置和规模；隧道围岩级别变化及其分布等等[2]。

2 超前地质预报的方法

隧道地质超前预报主要有以下十类：①工程地质调查、推断和分析方法，包括地面地质调查法、地质素描法、利用节理裂隙统计分析预测和钻孔测速法；②地质雷达（简称gpr）检测方法；③隧道内反射地震预报方法；④超前导坑法、水平钻机超前探测法；⑤地震负视速度法；⑥trt反射地震层析成像方法；⑦tsp超前预报技术；⑧水平声波反射法(hsp)；⑨高频地震法（陆地声纳法）；⑩红外探水法。

3 地质雷达的基本原理

地质雷达探测属于波反射法，是一种地下超高频(106-109hz)电磁波反射定位探测法，因此遵循几何光学原理。地质雷达在工作时，雷达发射天线向地下连续发射脉冲式高频电磁波，当遇到有电性差

异的界面或目标体（电导率和介电常数不一样）时发生反射波和透射波；接收天线接收反射波，经过叠加、滤波、整形和放大等处理后，在由电缆传递给主机，在主机上形成数据；最后把数据通过雷达处理分析系统进行处理，得到可识别的雷达波图，通过对对雷达波图的振幅、频率、波形特征和时差变化规律等特性进行定性解释。

地质雷达探测的工作原理示意图见图1所示。

4 雷达波的定性解释

地质雷达图定性解释从反射波振幅大小及相位正反、反射波波形特征、频率特征和时差变化规律着手分析，可总结得到以下几种不良地质与雷达波图像特征的简要关系如表1所示。

地质体名称地质雷达图像特征和波形特征

同向轴连续性波形相似性振幅强弱能量变化

完整岩体连续波形均一低幅按一定规律缓慢衰减

断层破碎带不连续波形杂乱波幅变化大衰减快、规律性差

富水带与含水量有关基本均一高、宽幅按一定规律快速衰减

溶蚀裂隙区不连续波形杂乱高幅衰减较快

裂隙密集带时断时续波形杂乱高幅衰减较快、规律性差岩性变化带不连续波形杂乱一般为高幅规律性差

5.工程实例

5.1 工程简介

云雾山隧道为分离式双洞公路隧道，左幅隧道起讫桩号为

zk18+165～zk21+525，长3360m；右幅隧道起讫桩号为yk18+165～yk21+500，长3335m。左幅隧道zk18+170～zk18+450坡降-2.50%、zk18+450～zk21+525坡降-1.95%；右幅隧道yk18+165～yk18+450坡降-2.50%、yk18+450～yk21+500坡降-1.95%。隧道最大埋深约277m。该隧道工程起点位于福禄镇和平村，线路至东向西穿越云雾山中段，于铜梁县大庙镇学堂屋基出洞。隧址区内地形最高标高622.60m，最低标高290.00m，隧道穿过地带相对高差达332.60m。隧道进洞口处斜坡走向北77°东，地形坡度46°；出洞口处斜坡近底部学堂屋基民房处，斜坡坡向290°，坡度角11～32°。

隧址测区东侧有常年性河流壁南河，河流延伸32.87m，流域面积750k㎡。小安溪河由南向北发育，为涪江-支流，河流延伸26.7m，流域多年平均降水量为1200mm。

5.2 现场探测

隧道右线开挖至yk19+240，掌子面主要为薄～中厚层状灰岩，岩层间夹泥，岩体节理、裂隙较发育，掌子面湿润，岩体溶蚀较发育，渗水明显，围岩整体稳定性较差，顶部偶有掉块现象发生。为了施工安全，对该掌子面前方做地质超前预报进行预测。本次预测采用了意大利ids公司生产的ris-k2最新型探地雷达设备，该天线主要用于地质勘测，如地下溶洞及地下水分布、隧道超前预报、节理带断裂带分布、滑坡分析等方面。本次量测中选择40mhz屏蔽天线对隧道开挖掌子面前方0~30m范围内进行短距离地质超前预