地质雷达培训
地质雷达学习资料
一．雷达理论基本要点
1.1地质雷达的波组特征
雷达天线发射的是子波而不是单脉冲，子波由几个震荡波形组成，占有一定的时间宽度，反射与折射波依然保持有原来子波的特点，只是幅值上有所变化。这里将雷达子波的周期、持续时间长度和衰减比三个参量作为子波的波阻特征。子波的频率成分与天线的主频相近，持续一个半到两个周期，后续振相略有衰减。例如对于100MHz天线的子波，持续时间可到15-20ns，对于1GHz的天线，持续时间约2ns。子波的波形的确定对于后期处理是非常重要的，它是小波处理的基础。有很多方法可以获得各种频率天线的子波，最简单的方法是利用金属板反射。将一块较大的金属板放置于地面上，发射与接受天线与金属板平行，相距为3个周期的时程，进行数据采集，即可获得子波记录。不同类型的雷达、不同型号的天线，雷达子波的形状是不同的。天线与介质的距离、介质的电导特性对子波的形态和特点也有一定的影响，应根据现场工作条件从记录中分离子波。从下边的记录中也可以辨认出子波的特征。表面反射波、内界面反射波都是近联各州其的衰减波形。对其进行分析可以得到子波的波组特征
为获得雷达探测的结果，需要对雷达记录进行处理与判读，判读是理论与实践相结合的综合分析，需要坚实的理论基础和丰富的实践经验。雷达记录的判读也叫雷达记录的波相识别或波相分析，它是资料解释的基础。在此首先介绍波相分析的基本要点。
1.2雷达波资料解释三要素
要点1：反射波的振幅与方向
从反射系数的菲涅耳（Fresnel）公式中可以看出两点，第一点，界面两侧介质的电磁学性质差异越大，反射波越强。从反射振幅上可以判定两侧介质的性质、属性；。第二点，波从介电常数小进入介电常数大的介质时，即从高速介质进入低速介质，从光疏进入光密介
质时，反射系数为负，即反射波振幅反向。反之，从低速进入高速介质，反射波振幅与入射波同向。这是判定界面两侧介质性质与属性的又一条依据；如从空气中进入土层、混凝土反射振幅反向，折射波不反向。从混凝土后边的脱空区再反射回来时，反射波不反向，结果脱空区的反射与混凝土表面的反射方向正好相反。如果混凝土后边充满水，波从该界面反射也发生反向，与表面反射波同向，而且反射振幅较大。混凝土中的钢筋，波速近乎为零，反射自然反向，而且反射振幅特别强。因而，反射波的振幅和方向特征是雷达波判别最重要依据。
钢筋反射波的振幅与方向
要点2：反射波的频谱特性
不同介质有不同的结构特征，内部反射波的高、低频率特征明显不同，这可以作为区分不同物质界面的依据。如混凝土与岩层相比，比较均质，没有岩石内部结构复杂，因而围岩中内反射波明显，特别是高频波丰富。而混凝土内部反射波较少，只是有缺陷的地方有反射。又如，表面松散土电磁性质比较均匀，反射波较弱；强风化层中矿物按深度分化布，垂向电磁参数差异较大，呈现低频大振幅连续反射；其下的新鲜基岩中呈现高频弱振幅反射，从频率特性中可清楚地将各层分开。如围岩中的含水带也表现出低频高振幅的反射特征，易于识别。节理带、断裂带结构破碎，内部反射和散射多，在相应走时位置表现为高频密纹反射。但由于破碎带的散射和吸收作用，从更远的部位反射回来的后续波能量变弱，信号表现为平静区。
反射波的频谱特性
要点3：反射波同向轴形态特征：
雷达记录资料中，同一连续界面的反射信号形成同相轴，依据同向轴的时间、形态、强弱、方向反正等进行解释判断是地质解释最重要的基础。同向轴的形态与埋藏的物界面的形态并非完全一致，特别是边缘的反射效应，使得边缘形态有较大的差异。对于孤立的埋设物其反射的同向轴为向下开口的抛物线，有限平板界面反射的同向轴中部为平板，两端为半支下开口抛物线。
二、典型工程案例信号
在工程勘察中，常见的不良地质现象有：断层破碎带、裂隙带、富水带、岩溶洞穴、岩性变化带等。以下分别采用了来自不同工区的地质雷达波形图对以上几种典型地质现象与地质雷达特征图像的对应关系进行分析。
2.1 完整岩体
完整岩体一般介质相对均匀，电性差异很小，没有明显的反射界面，雷达图像和波形特征通常表现为：能量团分布均匀或仅在局部存在强反射细亮条纹；电磁波能量衰减缓慢，探测距离远且规律性较强；一般形成低幅反射波组，波形均匀，无杂乱反射，自动增益梯度相对较小。该类岩体的探测和解释精度通常比较高，其典型图像见图1。图1 中最上面的几条水平强反射波同相轴为直达波和地表层受爆破松弛影响所致(6)。
图1 完整岩体的地质雷达特征图像(6)爆破松弛所致
2.2 断层破碎带和裂隙带
断层是一种破坏性地质构造，其内通常发育有破碎岩体、泥或地下水等，介质极不均匀，电性差异大，且断层两侧的岩体常有节理和褶皱发育，介质均一性差。而裂隙带通常存在于断层影响带、岩脉以及软弱夹层内，裂隙内也有各种不同的非均匀充填物，介电差异大。他们一般都有明显的反射界面，这就为地质雷达创造了良好的应用条件。在断层或裂隙带，其地质雷达图像和波形特征较为相似，通常表现为断层和裂隙界面反射强烈，反射面附近振幅显著增强且变化大；能量团分布不均匀，破碎带和裂隙带内常产生绕射、散射，波形杂乱，同相轴错断，在深部甚至模糊不清；电磁波能量衰减快且规律性差，特别是高频部分衰减较快，自动增益梯度较大；一般反射波同相轴的连线为破碎带或裂隙带的位置。其典型地质雷达特征图像如图2 和图3 所示。
图 2 断层破碎带地质雷达特征图像图 3 裂隙带的地质雷达特征图像
虽然两者的雷达特征图像相似，但通过对比分析可大致把它们分辨开来：
a. 断层破碎带的影响范围通常比裂隙带宽，在地质雷达图像上有较宽的异常反应。相反的，裂隙带异常在雷达图像上一般表现为相对较窄的条带。
b. 断层破碎带的波幅变化范围通常比裂隙带大，而裂隙带的振幅一般为高幅。
c. 在相对干燥情况下，断层破碎带在地质雷达图像上同相轴的连续性不如裂隙带，它的同相轴错断更明显，其波形更加杂乱，而裂隙带在地质雷达图像上同相轴的连续性反映了裂隙面是否平直、连续。
d. 探测时可参考当地的区域地质背景资料和钻孔资料，对可能遇到的地质现象做出大致的判断，为图像解释时对这两种地质现象的分辨识别提供依据。
2.3 富水带
地下水经常存在于断层带、裂隙密集带以及岩溶发育带中，含水程度和储水条件主要受构造控制。在常见物质中，水的相对介电常数最大为80，与基岩介质相比存在明显的电性差异。富水带地质雷达图像和波形特征一般表现为：地质雷达波在含水层表面发生强振幅反射；电磁波穿透含水层时将产生一定规律的多次强反射，在富水带内产生绕射、散射现象，并掩盖对富水带内及更深范围岩体的探测；电磁波频率由高频向低频剧烈变化，脉冲周期明显增大，电磁波能量快速衰减,能量团分布不均匀，自动增益梯度很大；因含水面通常分布连续，反射波同相轴连续性较好，波形相对较均一；从基岩到含水层是高阻抗到低阻抗介质的变化，因而反射电磁波与入射电磁波相位相反。其典型地质雷达特征图像见图4。
2.4 岩溶洞穴
岩溶洞穴一般出现在灰岩地层中，洞穴中可能为空、含水或填充其他物质，其地质雷达图像和波形特征通常表现为：岩溶洞穴在地质雷达图像上的形态特征主要取决于洞穴的形状、大小以及填充物的性质，一般表现为由许多双曲线强反射波组成；在洞穴侧壁上一般为高幅、低频、等间距的多次反射波组，特别是无填充物或充满水时反射波更强，而洞穴底界面反射则不太明显，只有当洞穴底部部分充填水或粘土、粉砂、砂砾性物质时底部反射波会有所增强，可见一组较短周期的细密弱反射；如果洞穴为空洞或充水洞则在洞体内部几乎没有反射
电磁波；有充填物时电磁波能量迅速衰减，高频部分被吸收，反射的多为低频波，自动增益梯度大。其典型地质雷达特征图像见图5。岩溶洞穴的地质雷达图像特征比较明显，相
对
容易判断，一般根据当地岩体类型、水文地质资料及前期岩溶地质调查资料等，都能做出准确的解释。以上典型地质现象与地质雷达图像和波形特征的对应关系简单总结，示于表2。
对不同地区的工程勘查，结合钻探和其它物探资料证实，利用这种地质雷达特征图像与典型地质现象的对应关系进行解释是比较准确的。当前期地质、水文及钻探资料不健全时，借助于这种地质雷达图像判别经验和其它物探方法，也可以最大程度的减少多解性，提高解释的准确性。
图 4 富水带地质雷达特征图像图 5 岩溶洞穴的雷达特征图像
破碎带（波形杂乱）含水层（基本均匀）
注：以上典型图像基本出自铁道部隧道预报规范
三、实际工作案例
（1）翁隧道出口YK54+840掌子面进行地质雷达探测，推断掌子面前方地质情况,为隧道下一步的施工提出建议。下图为普翁隧道YK54+840掌子面地质雷达探测成果图及其波形情况图，从雷达图像分析可见在掌子面前方15m至17米见一明显强振荡反射，且该反射信号振幅基本未衰减。推断该隧道继续开挖将揭露一溶蚀空腔，且无任何填充物，因为空气中雷达传播速度约为围岩波速的3倍，故该溶洞轴向宽度约为6米左右且靠近隧道掌子面左半幅。隧道继续开挖至YK54+830处揭露一空溶腔，溶腔发育段为YK54+830~YK54+825段。
图1 ZK26+903掌子面左边墙发育一溶腔，向掌子面左上方延伸图2 ZK26+903掌子面左侧距左边墙约2m处拱顶发育一结构面，充填有粘土
图3老黑山隧道出口左幅ZK26+903掌子面地质雷达波形图
根据雷达图像显示，ZK26+903～ZK26+893区段反射波强烈，波形相似性差，存在连续的同相轴，推断该区段岩体节理较发育，岩体整体较破碎，存在溶蚀构造，前方地下水稍发育。据此，我方提出如表1所示围岩级别变更建议。
表1 围岩级别建议表
线位
里程
长度
（m ）
原设计 围岩级别 预报建议 围岩级别
左洞
ZK26+903～ZK26+893
10
III Ⅳ ZK26+893～ZK26+873
20 III
III
2013年10月11日至10月14日，隧道继续开挖过程中揭露ZK26+903～ZK26+893区段掌子面左侧岩体较破碎，存在溶蚀现象，局部夹泥，掌子面右侧
ZK26+903～ZK26+893区段岩体较破
ZK26+888～ZK26+873区段夹泥，存在
溶蚀构造
区段岩体较完整，呈块状结构，实际情况与我方预报情况相吻合。
2013年10月15日，老黑山隧道出口左幅掌子面开挖至ZK26+893，掌子面揭露为灰白色中风化细晶白云岩，岩质较坚硬；岩体节理较发育，多为方解石脉充填；岩体整体较完整，呈块状结构。掌子面左侧靠边墙ZK26+895～ZK26+893区段发育一溶腔，向掌子面左上方发育，直径约1.5～3m，深度2m左右，内部有粘土充填，呈可塑～软塑状。掌子面左侧距左边墙约2m处拱顶发育一结构面，倾角约为90°，几乎沿隧道轴线方向向掌子面前方延伸，揭露延伸长度约为4m，结构面充填有泥质，含水量较高，呈软塑～流塑状。掌子面潮湿，地下水稍发育。掌子面照片如图4、图5所示。
图4 ZK26+893掌子面左边墙（ZK26+895～ZK26+893区段）溶腔图5 ZK26+893掌子面左侧距左边墙约2m处拱顶发育一结构面
鉴于掌子面揭露情况，我方决定增加预报频次，于2013年10月15日对老黑山隧道出口左幅ZK26+893掌子面前方30m进行了超前地质预报，雷达图像如图6所示。
图6老黑山隧道出口左幅ZK26+893掌子面地质雷达波形图综合两次雷达图像进行分析，推断ZK26+893掌子面前方区段岩体整体较破碎，存在溶蚀构造，掌子面揭露溶洞与裂隙有贯通趋势，前方地下水稍发育。
依据已开挖段揭露地质情况，结合两次地质雷达数据处理结果，我方提出如下围岩级别变更建议。
表2 围岩级别建议表
线位里程
长度
（m）
原设计
围岩级别
预报建议
围岩级别
左洞
ZK26+893～ZK26+873 20 III Ⅳ
ZK26+873～ZK26+863 10 III III 2013年10月16日至10月20日，隧道继续开挖过程中揭露ZK26+893～ZK26+883区段掌子面左侧岩体较破碎，揭露溶洞逐步扩大，夹泥较多；掌子面
含水信号
右侧区段沿裂隙有软塑～流塑状粘土渗出，土体含水量较高，拱顶岩体表面湿润，局部存在点滴状渗水、掉泥。总体上，实际情况与我方预报情况相吻合。
2013年10月20日，掌子面开挖至ZK26+883。掌子面揭露为石炭系摆佐组灰白色中风化细至中晶白云岩，岩质较坚硬。掌子面左侧发育一溶洞，揭露溶洞洞口处直径约5m，向内部增大趋势，向上延伸深度约20m，洞内有块石堆积，洞壁有粘土附着，呈可塑～软塑状；溶洞内部ZK26+893拱顶上方约10m处揭露一洞口，直径约2m，向已开挖段延伸，延伸长度未知；ZK26+887拱顶上方约6m处揭露一洞口，直径约2m，向隧道进口方延伸，深度及规模未知（据现场施工人员描述，内部规模较大，向前延伸深度在30m以上）。掌子面右侧中部发育有裂隙，并有软塑～流塑状黄泥渗出。掌子面照片如图7～10所示。
图7 ZK26+883掌子面照片（9月19日）图8 ZK26+883掌子面照片（9月20日，塌
落物清理后）
图9 ZK26+883掌子面右侧中部沿裂隙有软塑至流塑状粘土渗出图10 ZK26+883掌子面右侧靠边墙沿裂隙渗出的软塑至流塑状粘土
（3）毕镇线锅庄隧道预报
2015年12月10日，锅庄隧道进口右幅掌子面开挖至YK11+795时，揭露岩性灰黑色中风化薄~中厚层灰岩，掌子面中部拱顶揭露竖向岩溶管道，溶腔内有黄泥夹石块充填充填，充填物无自稳能力，遇水后易形成泥流、突泥现象；我方第一时间赶赴现场与施工方对洞内及地表进行调研。根据现场调查结果，目前锅庄隧道进口左洞开挖位置已处于断层破碎带影响范围，该区段隧道顶板为大型岩溶漏斗，推测当前掌子面揭露为漏斗范围，后对地表进行调查及走访，发现在地表形成一塌坑，塌坑直径约为3米，深约4米~5米。
掌子面照片如图1-1、图1-2；地表照片如图1-3、图1-4；隧道断面图及位置图如图1-5图1-6所示。
图1-1 YK11+795 揭露竖向岩溶管道。图1-2 ZK11+822 岩溶管道内有黄泥夹石块充
填
图1-3 地表塌坑图1-4 坍塌内
2. 锅庄隧道地质情况及预报结果与分析
我公司于2015年12月06日对该隧道YK11+788掌子面前方进行了地质雷
达测试。
雷达处理后图象见下图：
图2-1 YK11+788掌子面地质雷达波形图
(测线1) 图2-2 YK11+788掌子面地质雷达波形图
(测线2)
表2-1 地质雷达测试成果判释隧道名称及
洞别测试范围
探测长度
（m）
地质雷达测试成果判释
锅庄隧道进口右幅YK11+788
～
YK11+818
30
分析测线反射波形图可以发现，前方预报区段地质
雷达波形整体较杂乱，同相轴连续性一般，其中4～
26m范围内呈现多处强反射信号，反射波波形杂乱，
同相轴时断时续，能量团不均匀；结合掌子面围岩
地质情况，综合推断YK11+792～YK11+814区域在
受构造影响，构造裂隙及沿裂隙溶槽发育，竖向岩
溶管道或溶腔，充填物无自稳能力；地下水发育，
围岩自稳能力极差。
（4）错误分析案例
4.1雷达图像显示
3-7 I#隧道出口左幅ZK3+257上台阶底部附近前方地质雷达成果图
I#隧道出口左幅ZK3+257上台阶底部附近前方地质雷达成果图
问题：两个图所反映的信息？
高频低频信号的区别？
同相轴连续性？
4.2结果判别
表3-1 地质雷达测试成果判释
隧道名称
及线位测试范围
探测长度
（m）
地质雷达成果分析
I#隧道出口左幅ZK3+257
～
ZK3+237
20
分析测线反射波形图可以发现，前方预报区段雷
达波形较为均匀(1)，能量团分布较为均匀(2)，低频同
相轴连续性一般(3)，结合勘察、设计资料综合分析推
测：初步推测本次预报段内岩性为泥岩夹砂岩、砂岩
夹泥岩(4)，围岩含泥质重，岩质较软至软，围岩节理
裂隙、软弱夹层密集，岩体破碎至极破碎，局部围岩
(2)此处可不提能量团或能量团分布不均匀
(3)同相轴（错断，时断时续，连续性差等）
(4)地质推测不应卸载雷达预报中
(5)雷达能测泥质，能测岩质，难怪业主认为我们的雷达如此万能，
总体分析结果：
分析测线反射波形图可以发现，前方预报区段雷达反射波形较为杂乱，能量团分布不均匀，高低频反射信号同相轴错断连续性较差。结合勘察、设计资料综合分析推测：初步推测本次预报段内节理裂隙发育，岩体破碎，地下水稍发育，总体上围岩完整性类似于现在掌子面。
五、雷达自校
现场雷达异常应检查系统的连接等原因，先从硬件上找原因，保证系统能够运行，在系统运行正常时，如雷达长期在15m，20m等固定位置出现干扰，考虑是否现场干扰，排除该类情况下，应进行雷达自校：并填写自校记录。
自校方式有两种一种是中心自校规程，见附表一：
另一种方式为（1）开阔户外连接系统开机正常；（2）将100Mhz天线底面朝上，空采一定数量数据（时间点测均可）；（3）分析雷达数据，该测试数据主频一般略低于标示主频（如100Mhz天线频率100Mhz，实际测试主频为95左右）
地质雷达仪器自校记录
项目校验数据成果图结果
一、外观1、外观是否清洁无损伤？
外观清洁、无损伤
2、仪器各部件是否能正常连通工作？接通仪器后各部件均可正常工作
二、使用高频天
线实测空气电磁波速度值Cc1与空气电磁波速度标准值Co之间的相对误差值β11、实测t1 = / ns Cc1= / m/ns
β1= /
2、是否β1≤±5% ?
/
/
三、使用低频天
线实测空气电磁波速度值Cc2与空气电磁波速度标准值Co之间的相对误差值β21、实测t2 =19.57ns Cc2= 0.306m/ns
β2= 2.25%
2、是否β2≤±5% ？
是
自校结论：
自校员核校员日期日期
直达波信号汽车反射信号
地质雷达在地下管线探测中的应用研究
地质雷达在地下管线探测中的应用研究 发表时间：2018-09-04T14:12:30.883Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第11期作者：尹凡 [导读] 在城市建设发展速度不断加快的背景下，城市地下空间的利用率也不断提升。 上海京海工程技术有限公司 200131 摘要：在城市建设发展速度不断加快的背景下，城市建设中针对地下空间管线探测的工作量日益增多。更为关键的是，随着地下管线施工工艺的发展以及管道材质的多元化完善，地下管线探测的难度也在日益增加。地质雷达作为一种高频宽度电磁波地下管线探测技术，适用于地下浅层深度的探测作业，具有分辨率高、准确可靠、安全无损、快捷连续等一系列优势，在地下管线探测领域中具有非常确切的应用价值。本文即在分析地质雷达探测原理的基础之上，概述地质雷达技术在地下管线探测中的应用优势，并就其实际应用要点展开分析与探讨，望能够引起业内人士的高度关注与重视。 关键词：地下管线；地质雷达；探测；应用 在城市建设发展速度不断加快的背景下，城市地下空间的利用率也不断提升，地下管线类型众多且在用途、材料性质以及尺寸上均存在非常明显的差异性，因此针对不同类型地下管线需应用的探测技术也会存在一定的差异性。传统意义上所选用的地下管线探测技术无法准确针对损伤程度进行评估，地下管线的铺设质量也难以得到准确的反应，由此可能导致一系列质量安全隐患的产生，对地下管线探测质量产生非常不良的影响。地质雷达作为一种高频宽度电磁波地下管线探测技术，适用于地下浅层深度的探测作业，具有分辨率高、准确可靠、安全无损、快捷连续等一系列优势，在地下管线探测领域中具有非常确切的应用价值，本文即针对地质雷达技术在地下管线探测领域中的应用问题进行分析与探讨。 1 地质雷达探测原理 地质雷达是一种用于评估并分析地下介质分布情况的高频电磁技术。地下雷达探测以地下介质在介电性方面的差异为依据，通过天线发射或接收高频电磁波信号的方式，利用工作软件处理所接收信号并成像，从而帮助工作人员得到相应探测结果。应用地质雷达技术进行地下管线探测的基本原理如下图（见图1）所示。 图1：地质雷达的技术进行地下管线探测的基本原理示意图 在应用地质雷达技术进行地下管线探测作业的过程中，最基础的操作过程是：由放置于地面的天线面向地下待探测区域发射高频电磁脉冲信号，在高频电磁脉冲信号于地下空间内进行传播的过程当中，若遭遇相对介电常数不同（及有不同电性表现）的界面时，高频电磁脉冲信号中一部分透射界面并继续向地下空间其他区域进行传播，而另一部分信号则在该位置直接反射会地面，由地面所安装接收天线进行接收并记录至主机中。在这一操作过程当中，若地下介质波速已知或地下探测空间中介质的相对介质常数已知，则可以根据所测定反射波自发射天线发出至接收天线接受耗时（以下定义为t）的具体结果，计算所地质雷达技术所探测物体的埋深以及具体位置。在这一过程当中，假定T为发射天线，R为地面接收天线，h为地下管线目标体顶部埋设深度，r为电磁波双程走时，则可建议如下所示关系：vt＝（4h2＋x2）-1 (1) 该式中，定义屏蔽式发射体现为t，接收天线为r，两者距离为x，若两者距离高度相近，即在x无线趋近于0的情况下，可将式（1）转换为： h＝1/2vt (2) 根据上式，若电磁波在介质中的传播速度v处于已知状态，并且电磁发射博的走时的t可以加以准确计算，则就能够通过以上方式得到待测定目标物体的深度取值。 2 地质雷达技术在地下管线探测中的应用价值 第一，分辨率高。在地下管线探测过程中，应用地质雷达探测技术具有较高的分辨率，所呈现出的地下管线分布图像清晰度高，能够直接掌握所探测区域地下管线的实际分布情况，并在探测结果的辅助下展开科学有效的设计施工作业，强化地下管线设计质量，并更好的为地下管线正式施工提供服务，保障地下管线铺设的安全性与可靠性。同时，依托于地质雷达技术所提供的高分辨率图像，还能够为整个城市建设探测提供重要指导，支持对城市建设水平的综合评定与分析。 第二，准确可靠。地质雷达探测技术的准确性高，在应用地下管线探测的过程中呈现出了连续性的特点，确保所探测地下管线分布数据状态的完整性与动态性。地质雷达探测技术通过对介质介电性质以及几何形态的分析，以改变电磁场强度以及波形特征，使功能、形态以及性质存在差异的地下管线能够通过地质雷达探测图像所呈现出来，方便工作人员对地下管线进行合理的选取，确保管线铺设质量，并为后续针对地下管线的高精度探测提供指导。 第三，快捷无损。地质雷达探测技术在地下管线探测中的应用在浅层分布探测目标中有良好的适用性，检测过程安全且缺损。整个检测过程中，通过对高频宽谱无损电磁波的发射与接收，来辨别被探测区域中地下介质的分布情况，也可在现代化互联网辅助技术的支持下，转移至地面进行探测，发挥地质雷达技术高速反射的功能优势，方便相关工作人员更为及时与准确的掌握地下管线分布情况，及时对安全隐患进行识别与防控，以促进地下管线探测质量与探测效率的进一步提升与优化。 3 地质雷达技术在地下管线探测中的应用实例 在地下管线探测过程中，工作人员首先需要对探测区域内的地下管网资料进行收集与整理，展开实际调查，安排专人进入地下管线探测区域现场，寻找露头窨井，将其打开进行拍照、丈量深度、填写记录等。然后，针对现场发现的露头金属管或电力管线，应当在爱地下
地质雷达 原理
地质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、场地勘察中被广泛采用，近年来也被用于隧道超前地质预报工作。地质雷达能发现掌子面前方地层的变化，对于断裂带特别是含水带、破碎带有较高的识别能力。在深埋隧道和富水地层以及溶洞发育地区，地质雷达是一个很好的预报手段。 1、基本原理 探地雷达是一种用于确定地下介质分布情况的高频电磁技术，基于地下介质的电性差异，探地雷达通过一个天线发射高频电磁波，另一个天线接收地下介质反射的电磁波，并对接收到的信号进行处理、分析、解译。其详细工作过程是：由置于地面的天线向地下发射一高频电磁脉冲，当其在地下传播过程中遇到不同电性（主要是相对介电常数）界面时，电磁波一部分发生折射透过界面继续传播，另一部分发生反射折向地面，被接收天线接收，并由主机记录，在更深处的界面，电磁波同样发生反射与折射，直到能量被完全吸收为止。反射波从被发射天线发射到被接收天线接收的时间称为双程走时t，当求得地下介质的波速时，可根据测到的精确t值折半乘以波速求得目标体的位置或埋深，同时结合各反射波组的波幅与频率特征可以得到探地雷达的波形图像，从而了解场地内目标体的分布情况。
一般，岩体、混凝土等的物质的相对介电常数为4—8，空气相对介电常数为1，而水体的相对介电常数高达81，差异较大，如在探测范围内存在水体、溶洞、断层破碎带，则会在雷达波形图中形成强烈的反射波信号，再经后期处理，能够得到较为清晰的波形异常图。 在众多地质超前预报手段中，使用探地雷达预报属于短期预报手段，预报距离与围岩电性参数、测试环境干扰强弱有关。一般，探地雷达预报距离在15~35米。 2、探地雷达在勘查中的基本参数 ①数电磁脉冲波旅行时
第二讲 国内外地质雷达技术发展状况
第二讲国内外地质雷达技术发展状况（历史与现状） 探地雷达的历史最早可追溯到20世纪初，1904年，德国人Hulsmeyer首次将电磁波信号应用与地下金属体的探测。1910年Leimback和Lowy以专利形式在1910年的专利，他们用埋设在一组钻孔里的偶极子天线探测地下相对高的导电性质的区域，并正式提出了探地雷达的概念。1926年Hulsenbeck第一个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路，指出只要介电常数发生变化就会在交界面会产生电磁波反射，而且该方法易于实现，优于地震方法[1,2]。但由于地下介质具有比空气强得多的电磁衰减特性，加之地下介质情况的多样性，电磁波在地下的传播比空气中复杂的多，使得探地雷达技术和应用受到了很多的限制，初期的探测仅限于对波吸收很弱的冰层厚度（1951，B.O.Steenson，1963，S.Evans）和岩石和煤矿的调查（J.C.Cook）等。随着电子技术的发展，直到70探地雷达技术才重新得到人们的重视，同时美国阿波罗月球表面探测实验的需要，更加速了对探地雷达技术的发展，其发展过程大体可分为三个阶段： 第一阶段，称为试验阶段，从20世纪70年代初期到70年代中期，在此期间美国，日本、加拿大等国都在大力研究，英国、德国也相继发表了论文和研究报告，首家生产和销售商用GPR的公司问世，即Rex Morey和Art Drake成立的美国地球物理测量系统公司（GSSI），日本电器设备大学也研制出小功率的基带脉冲雷达系统。此期间探地雷达的进展主要表现在，人们对地表附近偶极天线的辐射场以及电磁波与各种地质材料相互作用的关系有了深刻的认识，但这些设备的探测精度、地下杂乱回波中目标体的识别、分别率等方面依然存在许多问题。 第二阶段，也称为实用化阶段，从20世纪70年代中后其到80年代，在次期间技术不段发展，美国、日本、加拿大等国相继推出定型的探地雷达系统，在国际市场，主要有美国的地球物理探测设备公司（GSSI）的SIR系统，日本应用地质株式社会（OYO）的YL－R2地质雷达，英国的煤气公司的GP管道公司雷达，在70年代末，加拿大A－Cube公司的Annan和Davis等人于1998年创建了探头及软件公司（SSI），针对SIR系统的局限性以及野外实际探测的具体要求，在系统结构和探测方式上做了重大的改进，大胆采用了微型计算机控制、数字信号处理以及光缆传输高新技术，发展成了EKKO Ground Penetrating Radar 系列产品，简称EKKO GPR系列。瑞典地质公司（SGAB）也生产出RAMAC 钻孔雷达系统，此外，英国ERA公司、SPPSCAN公司，意大利IDS公司、瑞典及丹麦也都在生产和研制各种不同型号的雷达。80年代全数字化的GPR问世，具有划时代的意义，数字化GPR不仅提供了大量数据存储的解决方案，增强了实时和现场数据处理的能力，为数据的深层次后处理带来方便，更重要的是GPR 因此显露出更大的潜力，应用领域得以向纵身拓展。 第三阶段，从上个世纪80年代至今，可称为完善和提高阶段。在此期间，GPR技术突飞猛进，更多的国家开始关注探地雷达技术，出现了很多探地雷达的研究机构，如荷兰的应用科学研究组织和代尔夫大学，法国_德国的Saint-Louis 研究所（ISL），英国的DERA，瑞典的FOA，娜威科技大学和地质研究所，比利时的RMA，南非的开普敦大学，澳大利亚昆士兰大学，美国的林肯实验室和Lawrence Livermore国家实验室以及日本的一些研究机构等等。同时，探地雷达也得到了地球物理和电子工程界的更多关注，对天线的改进、信号的处理、地下目标的成像等方面提出了许多新的见解。GSSI公司在商业上取得了极大的成功，
SIR-3000作业指导书
GSSI公司SIR-3000仪器参数 顺序系统参数Parameters 1500MHz 900MHz 400MHz 270MHz 100MHz 1* 系统调用SYSTEM->SETUP->RECALL 1500GrayCart 1500BlueCart 900met 400mhzTime 400mhz623Cart 400mhz620SW 270_SW 100met 2 显示刻度(竖直方向) SYSTEM->UNITS->VSCALE Time/Depth Time/Depth Time/Depth Time/Depth Time/Depth 天线COLLECT->RADAR->ANTENNA 1500mhz 900mhz 400mhz 270mhz 100mhz 发射率COLLECT->RADAR->T_RA TE 100KHz 100KHz 100KHz 100KHz 50KHz 6 测量模式(水平方向) COLLECT->RADAR->MODE Time/Distance Time/Distance Time/Distance Time/Distance Time/Point GPS COLLECT->RADAR->GPS None None None none None 采样点数COLLECT->SCAN->SAMPLES 512 512 512 512 512/1024 数据位COLLECT->SCAN->FORMA T(bits) 16 16 16 16 16 4* 记录长度(纳秒)COLLECT->SCAN->RANGE(ns) 12 15-20-25-30 40-50-80-100 50-80-100-120 100-200-300 介电常数COLLECT->SCAN->DIEL 6 6 6 6 6 7 扫描速度(扫描/秒) COLLECT->SCAN->RA TE 60-120 60-120 60-120 60-120 16 8 测点(扫描/单位）距离COLLECT->SCAN->SCN/UNIT 20-50-100-200 10-20-50-100 10-20-50 10-20-50 10 5* 增益：类型-点数COLLECT->GAIN->AUTO-POINTS Y-1 Y-2--3-4-5 Y-5 Y-5 Y-5 3-1 信号位置：模式COLLECT->POSTION->MODE MANUAL MANUAL MANUAL MANUAL MANUAL 3-2 信号位置：延时COLLECT->POSTION-> OFFSET 0 0 -14 3-3 信号位置：地面COLLECT->POSTION->SURFACE(%) 0 0 0 0 0 滤波COLLECT->FILTERS 低通-无限响应滤波器-> LP_IIR (mhz) 0 2500 800 700 300 高通-无限响应滤波器-> HP_IIR (mhz) 10 225 100 75 25 低通-有限响应滤波器-> LP_FIR (mhz) 3000 0 0 0 0 高通-有限响应滤波器-> HP_FIR (mhz) 250 0 0 0 0 叠加(扫描) COLLECT->FILTERS ->STACKING 0 0 0 0 3-64 背景去除(扫描) COLLECT->FILTERS->BGR_RMVL 0 0 0 0 0 9-1 颜色表OUTPUT->DISPLAY->C_TABLE 9-2 颜色变换表OUTPUT->DISPLAY->C_XFORM 10 保存参数SYSTEM->SETUP->SA VE SETUP15 SETUP09 SETUP04 Setup03 SETUP01 11* 数据采集RUN/SETUP 12* 数据传输OUTPUT->TRANSFER->FLASH Y Y Y Y Y
地质雷达操作规程
地质雷达法检测操作规程 1、地质雷达法适用范围 地质雷达法可用于地层划分、岩溶和不均匀体的探测、工程质量的检测，如检测衬砌厚度、衬砌背后的回填密实度和衬砌内部钢架、钢筋等分布，地下管线探查及隧道超前地质预报等。 2、地质雷达主机技术指标： （1）系统增益不低于150dB； （2）信噪比不低于60dB； （3）采样间隔一般不大于、A/D模数转换不低于16位； （4）计时误差小于1ns； （5）具有点测与连续测量功能，连续测量时，扫描速率大于64次/秒； （6）具有可选的信号叠加、实时滤波、时窗、增益、点测与连续测量、手动与自动位置标记功能； （7）具有现场数据处理功能，实时检测与显示功能，具有多种可选方式和现场数据处理能力。 3、地质雷达应符合下列要求： （1）探测体的厚度大于天线有效波长的1/4，探测体的宽度或相邻被探测体可以分辨的最小间距大于探测天线有效波第一聂菲儿带半径。 （2）测线经过的表面相对平缓、无障碍、易于天线移动。 （3）避开高电导屏蔽层或大范围的金属构件。
4、地质雷达天线可采用不同频率的天线组合，技术指标为： （1）具有屏蔽功能； （2）最大探测深度应大于2m； （3）垂直分辨率应高于2cm。 5、现场检测 （1）测线布置 1、隧道施工过程中质量检测应以纵向布线为主，横向布线为辅。纵向布线的位置应在隧道的拱顶、左右拱腰、左右边墙和隧道底部各布置一条；横向布线可按检测内容和要求布设线距。一般情况线距8～12m；采用点测时每断面不少于6点。检测中发现不合格地段应加密测线或测点。 2、隧道竣工验收时质量检测应纵向布线，必要时可横向布线。纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰和左右边墙各布一条；横向布线线距8～12m；采用点测时每断面不少于5个点。需确定回填空洞规模和范围时，应加密测线和测点。 3、三线隧道应在隧道拱顶部位增加2条测线。 4、测线每5～10m应有一历程标记。 （2）介质参数的标定： 检测前应对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定，且每座隧道不少于一处，每处实测不少于3次，取平均值为该隧道的介电常数或电磁波速。当隧道长度大于3km、衬砌材料或含水率变化较大时，应适当增加标定点数。
地质雷达
地质雷达在隧道超前地质预报中的应用 摘要：本文简要介绍了地质雷达基本原理及其探测深度、精度，并结合实例阐述了地质雷达的工程应用。 关键词：地质雷达；隧道超前地质预报；掌子面 引言 目前，我国修建大量穿越山岭的特长隧道。由于这些隧道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。一、地质雷达基本原理及探测深度、精度 地质雷达( Ground Penetrating Radar, 简称GPR, 也称探地雷达) 是利用超高频(106Hz～109Hz)电磁脉冲波的反射探测地下目的体分布形态及特征的一种地球物理勘探方法。发射天线( T) 将信号送入地下，遇到地层界面或目的体反射后回到地面再由接收天线( R) 接收电磁波的反射信号，通过对电磁波反射信号的时域特征和振幅特征进行分析来了解地层或目的体特征(见图1)
图1 地质雷达反射探测原理图 根据波动理论，电磁波的波动方程为： P = │P│e-j（αx-αr）﹒e-βr（1）（1）式中第二个指数-βr是一个与时间无关的项，它表示电磁波在空间各点的场值随着离场源的距离增大而减小，β为吸收系数。式中第一个指数幂中αr表示电磁波传播时的相位项，α为相位系数，与电磁波传播速度V的关系为： V = ω/α（2）当电磁波的频率极高时，上式可简略为： V = c/ε1/2（3）式中c为电磁波在真空中的传播速度；ε为介质的相对介电常
GR地质雷达介绍
GR-III地质雷达产品介绍 1 技术指标 1.1 主机： (1)数据采集方式：点测、连续测量、测距轮控制 (2) 触发方式：时间触发、键盘触发、测距轮触发 (3) A/D转换：16位 (4) 采样率： 10ps采样间隔 (5) 扫描速度：200KHz脉冲频率 (6) 测量时窗：5－3000ns (7) 功耗：35W (8)最大系统动态范围：156 dB 1.2 天线 （1）天线种类：屏蔽式地面耦合TE极化天线。 （2）天线频率：50MHz/100MHz/200MHz/400MHz/750MHz/1000MHz （3）天线前端模控噪声放大器：+20dB～- 60dB 1.3 软件基本功能 软件系统包括以下八大功能: (一) 项目管理 采用文件项目管理模式： ●用户可以将测区所用测线导入该测区的项目中。 ●通过下拉选择框，用户可以方便选取测区的任何测线。 ●对任何测线的任何处理在测线列表中保留其处理过程，在测线列表中，用户 可以方便选择任意处理文件，并方便对任意处理文件进行删除和叠加操作。 ●用户可以输入测区所有测线坐标位置，可以在平面图上观察所有测线的分布，
同时可以直接在测线平面分布图上选取测线。 (二) 输入输出 ●雷达剖面的打印输出。 ●雷达剖面的图像文件输出。 ●将当前数据转换为SEGY等地震格式 (三) 标记管理 既可以在屏幕上直接删除和插入标记，也可以通过对话框编辑标记实现。 (四) 里程管理 可以进行标记控制里程管理，也可以进行道间距里程管理。这两种里程管理模式可以相互转换。 (五) 处理功能 处理功能很多，主要参见如下： (六) 数据分析 ●速度分析 ●各种谱值分析 (七) 解释系统 解释系统是本软件具有独特功能的研究成果 ●层位自动识别和追踪，与里程结合起来自动解释。 ●公路评价系统：自动评价公路厚度的合格率等重要参数。
地质雷达的应用
地质雷达的应用领域 探地雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)，又称地质雷达，是近些年发展起来的高效的浅层地球物理探测新技术，它利用主频为数十兆赫至千兆赫兹波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由地面通过天线发射器发送至地下，经地下目的体或地层的界面反射后返回地面，为雷达天线接受器所接受，通过对所接受的雷达信号进行处理和图像解译，达到探测前方目的体的目的。与传统的地球物理方法相比，探地雷达最大的优点就是具有快速便捷、探测精度高以及对原物体无破坏作用。因此，探地雷达在道路建设和公路质量检测领域已逐渐被认识到并广泛应用起来。 地质雷达自上世纪70年代开始应用至今将近30年了，其应用领域逐渐扩大，在考古、建筑、铁路、公路、水利、电力、采矿、航空各领域都有重要的应用，解决场地勘查、线路选择、工程质量检测、病害诊断、超前预报、地质构造研究等问题。在工程地球物理领域有多种探测方法，包括反射地震、地震CT、高密度电法、地震面波和地质雷达等，其中地质雷达的分辨率最高，而且图象直观，使用方便，所以很受工程界信赖和欢迎。 1.1 工程场地勘察 地质雷达最早用于工程场地勘查，解决松散层厚度分布，基岩风化层分布，以及节理带断裂带等问题。有时也用于研究地下水分布，普查地下溶洞、人工洞室等。在粘土补发育的地区，探查深度可达20m以上，效果很好。 1.2 埋设物与考古探察 考古是地质雷达应较早的领域，在欧洲有成功的实例，如意大利罗马遗址考古、中国长江三峡库区考古等项目都应用了雷达技术。利用雷达探测古建筑基础、地下洞室、金属物品等。在现今城市改造中，有时也需要了解地下管网，如电力管线、热力管线、上下水管线、输气管线、通信电缆等，这对于地质雷实是很容易的。目前地质雷达为地下管线探测发展了
地质雷达
探地雷达使用提纲 1、适用范围及适用条件 2、设计规范及收费标准 3、不同地质情况的雷达波形特征 1、适用范围及适用条件 1.1适用范围： 探地雷达法适用于基岩深度、水位深度、软土层厚度与深度，断裂构造等地质工程探查，城市路面塌陷、岩溶塌陷、土洞、滑坡面等地质灾害调查，地下水污染带监测，地基加固效果评价，路面、机场跑道、洞室衬砌检测，堤坝隐患，地下泄露，地下管线及其他埋设物探测，考古探查等。 1.2适用条件： （1）探测目的体与周边介质之间应存在明显介电常数差异，电性稳定，电磁波发射信号明显； （2）目的体在探测深度或距离范围内，其尺寸应满足探测分辨率的要求； （3）测线上天线经过的表面应相对平缓，无障碍，且易于天线移动； （4）测区内不应存在大范围金属构件、无线电发射频源等较强的电磁波干扰，或通过处理无法消除的干扰； （5）不应存在极低阻屏蔽层； （6）单孔或跨孔检测时不得有金属套管； 2地质雷达测线测点设计规范及收费标准 2.1测线测点设计规范 2.1.1工程物探应根据任务要求、探测方法、目的物的规模与埋深等因素综合确定工作比例尺，测网布置应与工作比例尺一致，测网密度应能保证异常的连续、完整和便于追踪； 2.1.2布置测线时，测线方向宜避开地形及其它干扰的影响，应垂直于或大角度相交于目的物或已知异常的走向，岩溶、采空区、防空洞等走向多变体的探测宜布设两组相互正交的测线； 2.1.3测线长度应保证异常的完整和具有足够的异常背景； 2.1.4探测范围内有已知点时，测线应通过或靠近该已知点的布设；
2.1.5点测时，测点布设位置、测量应满足资料解释推断的需要； 2.1.6工作比例尺确定后，宜参照表1选择测网密度。 表1 工作比例尺与测网密度 比例尺线距（m）点距（m）点测（点/km2）1∶25000 250 25－50 10－20 1∶10000 100 10－20 80－120 1∶5000 50 10－20 300－400 1∶2000 20 5－10 2000－2500 1∶1000 10 1－5 －－ 1∶500 5 0.5－2 －－ 2.2收费标准 地质雷达探测收费参见《工程勘察设计收费标准》第7章——工程物探，收费标准见表2 表2 地质雷达收费标准 地质雷达 工作方式工程勘探路面质量点测点20 （元/点）20（元/点） 连续km 13500（元/km）6300（元/km）探淤深度>10m，附加调整系数为1.3；不足4个组日按4个组日计
探地雷达操作规程
探地雷达操作规程 （文件编号：****-010） 共1页第1页版本/版次：D/ 0 生效日期：2016-01-01 1. 目的 为了使检测员更好地熟悉和掌握检测仪器的操作方法，保证检测数据的科学、公正和准确性，特制定本规程。 2. 适用范围 适用于探地雷达仪器 3 操作步骤 3.1测试前的安装准备 检查所有部件是否带齐，包括：电池、雷达主机、数据线、处理器电源线、信号线、工具箱、备件、固定用绑扎带、记录本； 3.2试验/检测的工作程序 （1）测试连接。将地质雷达天线通过支架安装。 （2）在扫描前调试主机并对主机进行参数设置。 （3）打开电源，控制天线移动的人员根据操作主机的人员口令，将天线紧贴待测界面上匀速移动。 （4）测试结束。按下stop结束测试点，保存文件并退出； （5）拆除信号线，拆除天线，支架。 3.3扫描之前的仪器调试和参数设置 （1）菜单系统—>设置—>调用，选择所用的天线。 （2）系统—>单位垂直刻度设为时间，单位为ns （3）测程：900M天线探测混凝土的量程约为15纳秒，为使所有有效信号完全显示，一般设置为20ns （4）采样点数：一般设为512或1024 采样点数越多，扫描曲线越光滑，垂直分辨率越好。但是采样点数增大，使得扫 描速率下降 （5）每秒扫描数：64 （6）增益点数：2 （7）垂向高通滤波器：225MHz
（8）垂向低通滤波器：2500MHz （9）数据位：16位 （10）发射率：100 KHz，发射功率越高，采集速度越快，但若采集过高，易损坏雷达系统 （11）信号位置设为手动 （12）表面设为0 （13）调出完整的直达波（首波），调整延时参数 若检测结构与上次相同，可不再次设置以上参数，系统默认上次检测参数。 （14）增益设置为自动，增益函数手动设置，可以改变增益点数多少、并且可以调整各增益点的函数大小，进而调整信号强度。增益函数调整过大，在探测资料中可能 人为造成假象。设置方法为先设为手动，再设为自动。 编制/日期：批准/日期：
地质雷达在工程中的应用
地质雷达在工程中的应用 李勃 (辽宁省有色地质局一0八队，沈阳 110121) 摘 要:探地雷达是近年来发展起来的一种物探新技术新方法。本文介绍了其基本原理及在岩溶地质勘探、地下管线探测、高速公路检测中应用的实例分析，重点阐述了雷达图像的推断解释，同时表明地质雷达具有快速经济、灵活方便、剖面直观等优点，具有良好的实用性。 关 键 词:地质雷达 实例分析 实用性 1 前 言 地质雷达，全称地质勘探雷达系统（Ground Penetrating Radar ）(简称GPR)。它是通过向所探测地面下方发射高频电磁波束、并接受来自地下的介质界面的反射波来探测地下介质分布的地球物理勘探设备。其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图像显示等优点，备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查等众多领域，取得了显著的探测效果和社会经济效益，本文以三个实例，说明探地雷达技术在工程中的应用效果。 2 基本原理 地质雷达是一种使用高频电磁波探测地下介质分布的非破坏性探测仪器。它 通过剖面扫描的方式获得地下剖面的扫描图像(图1)。雷达通过在地面上移动的发射天线向地下发射高频电磁波， 电图1 地质雷达探测工作 图2 雷达波形记录示意图 天线天线 地面基岩面溶洞 点位（m) 12345670 双 程 时 间 (ns)
磁波在介质中传播时，其电磁波强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收到波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度与波形资料，可推断介质的结构。雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录，波形的正负峰分别以黑、白表示，或者以灰度或彩色表示。这样同相轴以等灰度、等色线即可形象地表征出地下反射面。图2为波形记录的示意图，图上对照一个简单的地质模型，画出了波形的记录，在波形记录图上各测点均以测线的铅垂方向记录波形，构成雷达时间剖面，通过对雷达图像的判读，可确定地下界面或地质体的空间位置及结构。 3 工程实例 3.1 岩溶地质勘探 本次工作任务是探测挖掘坑深部15米内有无岩溶洞穴、溶槽溶沟、溶蚀裂隙。挖掘坑为一溶洞，根据钻探资料可知，上面为洞穴堆积物，下面基岩层为灰岩。 地质雷达的观测方法采用剖面法。根据所揭示的地层分布特征，覆盖层的电 磁波平均速度一般为0.06～0.08 m/ns ， 下伏灰岩电磁波平均速度一般为0.09～ 0.12m/ns;考虑雷达波的穿透能力，采用 100Mhz 天线，设定探测窗口为500ns ， 采样点为1024，采取连续观测采集数据。 在隐伏基岩为灰岩的地区，溶蚀破碎带是一种较为常见的地质现象，一般情况下，致密的灰岩雷达波相特征是非常弱的反射或无反射，其周期较上覆黏土层应明显增加。而当致密的灰岩层在地下水的作用下发生溶蚀后，首先是以细微裂隙形式存在，且伴随溶蚀程度的提高而逐渐扩大，当这些细小的裂隙发展到一定程度后，常常会上下，左右连通，致使周围岩石破碎，进而形成溶蚀破碎结构。由于这些破碎的裂隙空间常常被空气、水以及黏土等物质所充填，进而使得裂隙与围岩之间接触面两侧的波阻抗存在差异，因此，当雷达波运行到这些波阻抗存在差异的接触面时，将会发生反射、折射和绕射，形成杂乱的强波阻抗反射特征。 当溶蚀裂隙扩展到一定程度，便发育成溶洞。溶洞雷达图像的特点是被溶图3 溶蚀破碎带雷达变面积曲线图 破碎
地质超前预报作业指导书
地质超前预报作业指导书 一、目的 为确保隧道施工安全质量，根据设计提供的工程及水文地质资料，结合地质超前预报，进行分析研究，制定完整的施工技术方案。做好技术、物质、机械设备的储备，避免地质灾害的发生。使之达到施工设计及施工规范的要求及工期目标的实现，特制订本作业指导书。 二、使用范围 本指导书适用于隧道黄土Ⅴ级围岩洞身段开挖施工。 三、依据 1、双线客运专线施工技术指南（报批搞）； 2、铁路隧道施工规范及验收规范《铁建设【2005】160号》； 3、铁路隧道喷锚构筑法技术规范《TB10108-2002》。 4、甬台温铁路施工图； 5、《铁路隧道施工规范》－TB10204-2002 6、《铁路隧道工程质量检验评定标准》－TB10417-98 四、加强隧道地质预报和围岩监控测量 山后隧道穿越地段工程地质条件复杂主要为粉质粘土、角砾土、粉砂岩及硅质岩层，隧道安全问题为隧道工程施工的重点。为此成立
专门的地质预报小组，工程施工中采用超前TSP-203型地质预报仪及BK2000型地质雷达进行探测预报不良地质，严格按新奥法原则进行施工，采用CRD、CD、台阶法进行施工，并建立完善的安全控制体系，确保施工安全。 五、超前地质预报 山后隧道根据地质特点，本着以“早预报、早预防”的原则组织施工，本隧道采用地质调查、TSP-203超前地质预报、钻孔超前探测、开挖面及其附近的地质观测素描和地质作用等综合手段，预测不良地质的位置、性质、规模和对施工的影响程度。 针对本隧有断层破碎带、岩溶等不良地质和设计阶段地质勘测异常区，采用超前地质预测方法主要有： 地质素描法进行预报；TSP203超前地质预报仪进行距离100m～200m的超前预报；采用地质雷达、红外探水仪、HSP水平声波反射法和超前地质钻孔进行距离在30m～50m的预报。 超前地质预报工作内容及方法分别见图5-1“主要地质预报工作范围图”和表5-2“各不良地质段采取的地质预报方法”。 图5-1 主要地质预报工作范围图
美国GSSI地质雷达隧道超前预报介绍与资料处理
美国地质雷达隧道超前预报工作介绍目前我们国家地下隧道建设工作量大，地质条件复杂，有灰岩地区、花岗岩地区、黄土高原、第四季覆盖等等。 隧道开挖中常常遇到岩溶发育、出现大的空洞，充水或者充泥，有时地下暗河发育；也会遇到构造带，或者岩石破碎，同时地下水发育，这给隧道开挖和建设造成很多困难，同时也给隧道运营造成一定的隐患。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，提前采取措施来排除灾害。 工作任务 为了能够探明隧道开挖面(俗称"掌子面")前方的地质构造，通常采用多种方法进行综合分析、探测、预报。常见的方法有：地质分析，地球物理探测(声波法、直流电法、电磁波方法)，钻孔方法，或者超前导洞等等。采用各种地球物理方法进行探测，分别给出探测结果，综合地质构造情况，进行综合解释，给出掌子面前方的地质构造和可能的地质灾害信息。 探测前提条件 隧道开挖中遇到的地下材料或者介质，主要有石灰岩、花岗岩、大理岩、砂岩、第四季覆盖、沙土、黄土，还有地下水、空洞等等。由于这些材料的物理性质有很多种，比如密度、导电率、介电常数、磁导
率等等。 声波超前预报。由于密度不同、声波传播速度不同，可以采用声波法进行探测，出现了地震波超前预报。 直流电法超前预报。根据导电率的差异采用直流电法，预报掌子面前方材料的导电率差异，尤其是含盐份的地下水表现为良导体、而空气为高阻体； 地质雷达预报。根据导电率、介电常数、磁导率的差异，采用地质雷达高频电磁波方法进行探测，获取掌子面前方材料的介电常数差异信息， 瞬变电磁预报。由于岩石、土壤、水、空气的电磁响应不同，采用瞬变电磁方法探测材料的差异。 目前这4种方法在隧道超前预报中都有使用，尤其是地质雷达超前预报方法得到了普遍使用，利用地质雷达方法在隧道掌子面上进行探测，对隧道开挖超前预报，下面介绍这部分内容。 探测仪器 地质雷达方法通常采用高频电磁波发射法工作，频带范围为几兆赫兹到几千兆赫兹，不同的频率探测深度不同，低频电磁波探测深度较大，因而出现了不同中心频率的天线，商业地质雷达通常采用窄脉冲宽频带电磁波信号工作，一般情况下100兆天线在土壤、破碎的岩石、基岩上探测深度范围从几米到十几米甚至30米左右。 目前隧道开挖地质超前预报距离正好是要求在十几米到30米左
隧道超前地质预报作业指导书
×××标段隧道工程 隧道超前地质预报作业指导书 1、适用范围 本作业指导书适用于×××标段×××段范围内隧道及×××隧道洞口地段超前地质预报工作。具体内容包括：预报内容、预报分级、预报流程及要点。 2、作业准备 2.1内业技术准备 作业指导书编制后，在开工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸，掌握有关技术问题，熟悉规范和技术标准。制定施工安全保证措施，提出应急预案。对施工人员进行技术交底，对参加施工人员进行上岗前的技术培训，考试合格后持证上岗。 2.2外业技术准备 施工作业层中所涉及的各种外部技术数据收集。 修建生活房屋，配齐生活、办公设施，满足主要管理、技术人员进场生活、办公需要。 所有仪器已经到位，经过校验并在使用有效期限内。 3、技术要求 明确隧道超前地质预报作业工艺流程、操作要点和重要性，指导、规范隧道超前地质预报，保障隧道安全掘进。施工过程中必须将超前地质预报纳入施工工序管理，做到先探测、后施工，不探测不施工。 所使用的仪器具有合格的出厂证明及使用期限，并按相关要求进行质
量验收，有验收记录，并在有效使用期内。 4、施工程序与工艺流程 4.1 预报内容 （1）地层岩性，特别是对软弱夹层、破碎地层、煤层及特殊土的预测预报。 （2）地质构造，特别是对断层、节理密集带、褶皱轴等影响山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、暗河、人为坑洞、放射性、有气体及高地应力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、富水地层等的预测预报。 4.2 预报方法 （1）超前地质预报方法按预报原理可分为地质分析法、钻探法、物探法和超前导坑法。 ①地质分析法，包括地层分界线、构造线，地下和地表相关全分析、地质作图等。 ②钻探法，包括深水水平钻探、5～8m加深炮孔探测及孔内摄影。 ③物探法，包括地震波反射法、声波反射法、电磁波反射法、红外探测法等。 ④超前导坑法，包括平行超前导坑法、正洞超前导坑法。 （2）超前地质预报按长度可分为长距离预报（大于200m）、中长距离预报（30～200m）和短距离预报（小于30m）。
地质雷达使用与操作2
地质雷达仪的操作与保养 0.0前言：作为近十余年来发展起来的地球物理高新技术方法，地质雷达以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点，备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域，取得了显著的探测效果和社会经济效益，并在工程实践中不断完善和提高，在工程探测领域应用不断被拓宽。 就目前市场上而言，地质雷达厂家主要有加拿大ERROR，美国SIR系列，瑞典MALA，国产青岛中科院光电所等等，其设备主要部件都是操作平台，仪器主机，以及配套雷达三大块。目前国内各种地质雷达使用研发已相当成熟，不同厂家的仪器性能不断改善和优化。相信在以后工程实践中，地质雷达会应用越来越光，且越来越适应各类不同的现场条件。 我公司引进的是瑞典MALA公司生产的RAMAC/GPR地质雷达，现主要介绍该仪器的使用及其小知识。 首先仪器硬件部分，仪器操作平台为IBM笔记本电脑，分采集软件GROUND VISION和分析处理软件REFLAXW软件；雷达主机为同步采集系统和高频模块；雷达的发射和采集天线为集成天线，目前购置了1.2GHZ 屏蔽天线，500MHZ屏蔽天线，100MHZ屏蔽天线，50MHZ非屏蔽天线共四种。通过在不同的工作领域合理调配不同的天线，再辅以不同的辅助设备，（比如隧道中的脚架，提升车，公路上的拖车，水上物探上的木船，或者防水密闭管等等），使工作更便捷，应用效果更准确。 雷达的基本操作应当说比较傻瓜型，使用起来应该说比较容易上手，在实践中应当遵循《城市工程地球物理规范》等国家，行业标准，以及仪器本身操作指南，使测试工作安排，测线布置，采样方式，测试精度，测试效果，以及测试成果等等满足工程技术要求。 1.0 基础篇 一、软件安装 1、计算机开机时，首先进入 BIOS 设置（如IBM 按F1 进入，其它参阅计算机使用手册） 将并口设置为 ECP 方式，端口地址设为0378。 2、如果是 Windows XP 或2000 操作系统，应在控制面板中进入设备管理器，在并口属性中 的端口设置栏：筛选源方案选择“使用指派给此端口的任何中断”，并选择“使用即插 即拔设备”；在资源栏：输入/输出范围选“0378-037F” 3、使用软件安装光盘，点击“setup”进行安装，按照安装提示进行安装即可。 二、雷达操作使用
公路水运继续教育---地质雷达探测技术在路基病害检测中的应用
第1题 由于松散体内部充填不同性状的土体排列无规律，因此松散体内部在雷达图像上表现为杂乱的，随深度的增加，电磁波逐渐 A.强反射波，增大 B.强反射波，衰减 C.弱反射波，增大 D.弱反射波，衰减 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第2题 空洞内部会形成明显的多次反射波组，形态大致为一倒悬（） A.双曲线 B.抛物线 C.折线 D.圆曲线 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第3题 数据处理的一般流程为: 原始数据的编辑- > 滤波- >设定时间零点- >频谱分析- >（）- >属性分析、剖面叠加等- >增益- >速度求取- >高程修正- >剖面输出 A.增益 B.滤波 C.去噪 D.时窗选取 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第4题 反射系数的大小主要取决于反射界面两侧介质介电常数的差异, 差
异越大反射信号（）, 反之反射信号（） A.越强，越差 B.越强，越好 C.越弱，越差 D.越弱，越好 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第5题 地质雷达法是一种采用（）电磁波信号检测地下介质分布的方法 A.宽脉冲宽带高频 B.窄脉冲宽带高频 C.宽脉冲宽带低频 D.窄脉冲宽带低频 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第6题 遇到不同的介质或介质中裂隙或孔隙发育程度不同时, 电磁波的反射系数、衰减系数、以及（）是不一样的 A.传播速度 B.旅行时间 C.反射波频率 D.反射波振幅 答案:C 您的答案：C 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第7题 现阶段，地质雷达探测技术可以检测道路路面以下（）米范围内的空洞、疏松等路基缺陷，确定道路缺陷的位置、大小及埋深 A.4 B.5
地质雷达操作手册
第一篇SIR-3000操作探讨 1.GSSI简介 便携式透地雷达美国GSSI是目前世界上最好的生产地质雷达的厂家，它的产品遍布全球，目前超过1800套，占全球销量80%以上，在中国200余套，占中国市场份额的75%以上。创始于1969年的美国地球物理探测公司(GSSI公司)，是世界上第一家专业研制探地雷达的公司，其前身为美国宇航局。随着60年代末期美国宇航局专门为阿波罗计划所研制的专用仪器，成功地探测到月球表面尘埃之后，世界上第一台进入民用的商用探地雷达得以在美国推出，它就是美国GSSI公司生产的SIR系列探地雷达的前身。它用电磁波为地质勘察服务，为勘察方法起到了革命性的推动作用。
注释：不要使用Windex或其它脱氨的玻璃清洁器来清洁显示屏，因为这会损坏涂层。只需使用一个清洁的、轻微潮湿的布来轻柔地擦洗屏幕。位于该部件前部的电池槽接收10.8伏的锂离子可充电电池。完全充电电池的测量时间近似为3小时。电池是可以再充电的，方法是采用任选的电池充电器来充电，或通过简单地把电池留在该部件内，把该部件与标准交流源连接起来，然后把系统放在备用模式下进行。给一个电池再充电的时间近似为4 到5小时。务必保持电池槽遮盖在该部件上，在使用中保证没有灰尘或污垢进入该部件内部。 2.探测原理 H=vf 3.硬件连接 在该部件的背部，SIR-3000有六个连接器和一个用于记忆卡的槽。顶排五个连接器从左到右依次是：交流电源，串行输入/输出（ RS232），以太网，USB-B，USB-A。
注：如果你没有使用测量轮的话，用户标记对记录所通过的距离是有帮助的。对记录诸如圆柱，树，凹坑等障碍物的位置来说，用户标记也是有帮助的。 3. 启动和屏幕显示 第一个是TerraSIRch。用TerraSIRch模式可以对所有数据采集参数进行完全控制。QuickStart 引导是对每个其他模式都有用的。按TerraSIRch按钮。过一会儿，你将看到屏幕被分成了三个窗口，并且有一个条运行穿过屏幕底部，该条带有上面六个功能键的命令。 按Mark 按钮将改变你要求的单位，从英制的到米制的。 在进入六个数据采集模式之一后，你可以通过点击Power （电源）按钮两次来返回该屏幕,或去掉电源再把它插入进行启动来返回该屏幕。 4. 基于时间数据采集的设置 时基数据剖面的扫描间距（水平分辨率）是系统采集数据的速度和天线移过测量界面的速率的函数。你设置的速率（每秒扫描数）越高，并且你移动天线越慢，则数据将越稠密。 时基数据没有实际距离的标记，因此软件不知道你实际要测量旅行多远。特别重要的是以常数速度移动天线，并以一致的间隔增加用户标记（点击标记按钮）。时基数据需要在RADAN中做附加处理，以创建三维图象。如果三维图象是你的目标，你应该用测量轮采集基于距离的数据。 第一步： 在系统启动后，按TerraSIRch 功能键。几秒钟后，你将看到一个分区的屏幕，右边是波形曲线，左边是参数选择树，中央是主要数据显示窗。如果你有一个已连接的天线，一个兰色的“等待”条将两