探地雷达在公路隧道超前地质预报中的应用
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。
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(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]。
SIR高精度探地雷达在朝家山1号隧道超前地质预报中的应用
Ｃ 一 Ｌ 侵蚀 等级 为 Ｌ 。
１ ３ 地 质 问题 分 析 ．
根 据前 期 的地 质 调 查 ， 家 山 １号 隧道 面临 的 朝
主 要 地 质 问题 如 下 ：
（） １ 断层破 碎带 。由于朝 家 山 １号 隧道 经 过 的 区域地 质构 造变 化较 为强 烈 ， 种 地 质作 用 造 成 某 多 些 地质结 构 面 的破 碎 ， 生 失 稳 变 形 ， 而 岩 体 破 发 进 碎， 造成 岩石 强度 降 低 ， 压 能 力 降低 ， 能 对 开 挖 承 可
沿 着裂 隙走 向流动 ， 聚于 岩性分 界带 、 汇 节理 密集 带 等储 水构 造 中 ， 后 以泉的形 式 向附近 的沟谷 排泄 。 最 根 据 附 近相 同地 貌 单 元取 水 化 验资 料 表 明 ， 隧 道 通 过 的 地 下 水 具 有 侵 蚀 性 ， Ｏ： Ｓ 一侵 蚀 等 级 Ｈ ，
降雨 量为 ３ １ ６ｍｍ， ３ ． 年平 均蒸 发量 为 １７ ５ ５ｍｍ， ３ ．
最大 季节 冻 土深度 为 １ ８ｃ ０ ｍ。
隧道 洞 身处穿 越 的地 层主 要 为第 四 系上更新 统
作 者 简 介 ： 安 海 （ ９ ７ ） 男 ， 程 师 ， 要 从 事 土 木 工 程 施 工 罗 １７ ， 工 主 及 管 理 工 作
土 体破碎 ， 滑体 两侧 的 冲沟 较 为 发育 。滑体 的主 要
成 分为 黄土 和 白垩系 泥岩 。
２ 地 质 雷 达 探 测 实 例 分 析
隧 道施 工 存 在很 多不 确定 因素 ， 不 少 安全 隐 有 患 ， 了保证 隧道 安全施 工 和后续 的安全运 行 ， 计 为 设 方及 施工 方决 定对 隧道 进 行 超 前 地质 预 报 ， 就 所 现 作 的预报 中分 析 比较 明确 的一段 做一 说 明 。 在隧 道施 工掘 进 到 ＤＫ７ ＋９ ９时 ， ２ ６ 掌子 面 出现
SIR20探地雷达在杨家山隧道超前地质预报中的应用
该 区属 于后 龙 门山 推 覆 构 造 带 瓦砾 ～ 骑 马 岩 片 ． 北 有 平
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武一 青川大断裂， 即龙 门 山后 山 断 裂 ． 南有北川映秀大断裂， 即 龙 门 山 中央 大 断 裂 ．巷 入 地 层 从 志 留 系到 震旦 系 ．但 出 露 不
１ ． Ｉ ｝ ｔ ： Ａ ｋ ８ ｏ Ｎ ｇ ｒ ｆ ｌ Ｒ ｔ ． Ｄ ２ ｏ ｌ ４ ／ Ｉ ｌ
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Ｓ Ｉ Ｒ ２ ０探 地 雷 达 在 杨 家 山隧 道超 前 地 质预 报 中的应 用
李 宏俊 （ 南 Ｉ 资源耳 ｊ Ｉ 院， 昆Ｉ 月６ １ ５ ２ ５ ０ １ ）
全， 缺 失 奥 陶 系 地 层 区 内 构 造 轴 线 方 向 以 北 东一东 为 主 ， 构 造
嚣 嚣 霞 蟹 釜 墨
性 质 主要 是 压 性褶 皱 及 逆 中推 覆 断 层 ．后 期 改 造 中有 近 南 北
向的 压 扭 性 构 造切 断前 期 的 构造 线 发 育
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‘ 熏刊 臼） ‘ ＾ ￣ 黑蜘 臼）
线路 由 北 西一 南 东 穿越 ． 隧 道 主 要 穿过 区域 上 的 大竹 园倒
转背斜 、 尖 山子 倒 转 向斜 、 马鞍 山 倒 转 背 斜 三 大 褶 皱 及 Ｆ ６ — ６ ～
图 １ 地 质 雷 达 探 测 原 理 示 意 图
Ｆ ６ — ７ （ 骑 马 场 断 层 南段 ） 、 Ｆ ７ （ 贾 壳 山断 层 ） 、 Ｆ ７ — １ 、 Ｆ ｖ ７ — ２ 、 Ｆ ７ — ３ 、 Ｆ ７ — ４等 断 裂 ， 隧 道 穿越 之 杨 家 山构 造 发 育 ， 构造形式 复杂， 隧
探地雷达法在隧道地质预报中的应用研究
关 键词 ：探地雷达法； 隧道； 地质预报 当今 社会 倡 导 以人 为本 ，安全 问题 自然 被提 到 首 是Байду номын сангаас 一锥体 的模 型而 不能简 单看 作一 个 点的反 射 ， 这对 位。 如何杜 绝隐 患 ， 确保 安全 生产 ， 是施工 单位 迫切 需要 图像解释 很 重要 。雷达 波属 于均 匀平 面 电磁 波 ， 以波 它
解 决的 问题 。正 是随着 这种 形势 的发 展 ， 动 了综合 物 动方程 的方 式 向掌子面 前方传 播 。 推 探新 手段 新设备 相继涌 现 。 作为应 用地球 物理 学 的 一个 分支 的探地 雷达超 前地 质预报 方法 更是 飞速 发展 ， 要 主
Ｅ （， ） Ｅｅ １ Ｃ Ｓ ｗ 一３ ） ｘＺ ｔ ＝ ０—ＥＺ Ｏ （ｔ １Ｚ Ｈ （， ） Ｅ／ｌｒ ｌ —Ｑｚ ｏ （ｔ 一 ｙ Ｚ ｔ ＝ ０ ｌ ×ｅ ｃ ｓ ｗ —ＢＺ 中）
或 明显 的异 常 目标体 时 即产 生 反射与 透射 ， 反射 波被 接
透射 波则 继续 向前方 传 从 方 向图上 可 以看 出 ，天线 辐 射 能量在 ９ 。方 向 收天 线接 收产 生雷达 图像 记录 ， Ｏ 在超 前 预报 中当遇 到介 电常数 有 明显差 异 的界面 时 上最 大 ，应 用这一特 征 建立起 了定点扫 描测 量方 法 ， 又 播 ，
１ 探地雷达法基本原理
探地 雷达法 是属 于 电磁 波法 勘探 的一 种物 探方 法 ， 雷达波 的发射 是 通 过一 个领 结状 的偶 极 面天 线 向地 下
辐射 。 美 国雷 达 发射 天线 一般 是 一个 周 期 （） 为 ２ Ｓ Ｔ ０ａ ｌ
在 实 际应 用 中常 用相 对磁 导 率 （ｒ ｕ ｕ） ｕ ＝ ／ 。和相对 介 电常数 （ ＝ｅ ） 计算 介 质 的 衰减 常 数 和相 移 系 ｅｔ ／ｅ 来 Ｉ ０
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。
地质雷达在公路隧道超前地质预报中的运用
地质雷达在公路隧道超前地质预报中的运用摘要：在科学技术的发展背景下，公路隧道工程中的超前地质预报问题得以解决。
并且还在对公路隧道超前地质预报中所涉及到的技术及操作流程进行了解析，通过利用地质雷达原理，分析出隧道工程超前地质预报的数据，作业人员会根据采集到的数据进行制定准备计划，以此加快公路隧道的作业。
本文主要针对地质雷达在公路隧道工程超前地质预报中体现的作用进行简单的分析，还简单介绍了地质雷达在公路隧道作业中的技术体现，希望可以为今后公路隧道工程工程作业提供便利。
关键词：地质雷达；公路隧道；超前地质预报；探究前言众所周知，我国高速公路上隧道路段较为常见，这都是在科学技术的发展推动下得以快速发展，充分说明了科技技术的发展大大加快了我国交通事业的发展进程。
近年来，隧道工程作为公路建设中实施操作较难的一项作业，再加上不同地质所涉及到的岩石属性都是不同的，这也就意味着会给公路隧道工程作业造成一定的施工难度。
进而，可以使用地质雷达技术对隧道建设进行数据采集分析，通过数据可以制定出最佳的施工方案，从而加快公路隧道的着整体建设进度，提高了工作的效率。
1地质雷达技术的超前地质预报特征在建设公路隧道期间，隧道施工过程中会遇到崩塌、岩溶断层破碎和地下水量过大等负面因素，而这些因素极有可能会造成事故，阻碍施工进度。
进而，需要在建设公路隧道前期，最好勘探准备工作。
但是往往因为条件及技术方面的因素，对隧道勘探准备工作造成影响，导致隧道内的实际情况与勘探的结果相差较大。
基于此，隧道超前地质预报工作对于公路隧道施工而言尤为重要，而针对地质雷达方面的技术有很多。
例如最为传统的地质雷达成像技术，会以图像的形式与实际情况进行相对比，而这一技术对于勘探隧道工作而言有着非常重要的作用；但是，该地质雷达技术在成像方面仍有待提高，相比与实际情况还存在一些差距，再就是如何根据图像显示来区分识别地质现象等问题，都需要进一步更新完善。
而当前的地质雷达勘探技术相比以往传统的勘探技术而言，地质雷达技术可以通过高频电磁波，利用电磁波的反射原理进隧道内的数据进行采集处理，再根据数据生成内部图像，从而精准的判断出隧道内的地质情况，从而加快公路隧道施工的进程。
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图８ Ｋ ０＋ ８ ９ ９ ～Ｋ ０＋ ９ ２ ６ｍ 纵剖面展示
３ 结语
通过对新扎沟隧道采用探地雷达探测掌子面前
Ａ Ｄ Ｖ Ａ Ｎ Ｃ Ｅ ＤＧ Ｅ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｉ Ｃ Ａ ＬＦ Ｏ Ｒ Ｅ Ｃ Ａ Ｓ ＴＯ ＦＡ Ｐ Ｐ Ｌ Ｉ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ Ｏ ＦＧ Ｐ ＲＩ ＮＲ Ｏ Ａ ＤＴ Ｕ Ｎ Ｎ Ｅ Ｌ
实际开挖情况 岩性 为 浅 变 质 细 砂岩夹千枚岩， 岩 体破碎， 节理裂隙 发育。Ⅳ级偏弱 岩 体 破 碎， Ｋ ０＋ ９ ２ ３掌子面出现股 状 渗 水。 Ⅳ 级 偏 弱
Ⅲ１、 Ⅲ２ Ｋ ０＋ 类， 岩体较 （ ８ ９ ９～ 完整自稳 ） ９ ２ ６ｍ 能力较好 Ｋ ０＋ Ⅲ１、 Ⅲ２ （ ９ ２ ３～ 类， 岩体较 ） 完整 ９ ２ ６ｍ
［ １ ］ 翟波， 杨峰， 孙水明， 等． 地质雷达信号去除水平噪声算法［ Ｊ ］ ． 辽宁工程技术大学学报， ２ ０ ０ ６ （ Ｓ ２ ） ： ８ ８ ． ［ ２ ］ 吴永清， 何林生． 地质雷达在公路隧道的应用［ Ｊ ］ ． 广东公路交 １ ９ ９ ８ （ ５ ４ ） ： １ １ １ ． 通， ［ ３ ］ 赵永贵， 刘浩， 孙宇， 等． 隧道地质超前预报研究进展［ Ｊ ］ ． 地球 ２ ０ ０ ３ ， ９ （ ３ ） ： ４ ６ ０ ． 物理学进展， ［ ４ ］ 吴俊， 毛海和， 应松， 等． 地质雷达在公路隧道短期地质超前预 报中的应用［ Ｊ ］ ． 岩土力学， ２ ０ ０ ３ （ Ｓ １ ） ： １ ５ ４ ．
［ １ ］
隧道穿越地层主要为三叠系杂谷脑组上段薄、 厚层状变质细砂岩夹炭质千枚岩， 岩体多呈薄层— 中厚层状结构， 部分呈厚层状结构。隧道浅埋段岩 石风化作用强烈， 节理裂隙发育， 岩体破碎， 围岩右 侧倾倒变形明显。隧道走向与岩层走向呈小角度相 交， 根据勘察设计资料， 隧道穿越地层， 有多处断层 穿过， 地下水局部发育。所有这些地质环境有可能 造成在隧道开挖过程中出现掌子面滑塌、 渗水， 甚至 塌方。由此开展探地雷达超前地质预报。
表１ Ｓ Ｉ Ｒ ２ ０探地雷达采集参数
参数 参数值 １ ０ ０ Ｍ Ｈ ｚ 掌子面平整时用 Ｆ ｒ ｅ ｅＲ ｕ ｎ ， 很粗糙时用 Ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ Ｍ ｏ ｄ ｅ ４ ０ ０～ ５ ０ ０ｎ ｓ ５ ３ ０ ０Ｍ Ｈ ｚ ２ ５Ｍ Ｈ ｚ ５ １ ２ １ ６ １ ０ ０ ６～ ８ 天线中心频率（ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ） 系统运行模式（ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍＲ ｕ ｎＭ ｏ ｄ ｅ ） 时窗范围（ Ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ） 增益点数（ Ｎ ｕ ｍ ｂ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｇ ａ ｉ ｎＰ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ） 垂直低通滤波（ Ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｌ ｏ ｗＰ ａ ｓ ｓ Ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ） 垂直高通滤波（ Ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｈ ｉ ｇ ｈＰ ａ ｓ ｓ Ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ） 采样点数 ／ 扫描（ Ｓ ａ ｍ ｐ ｌ ｅ ｓ ｐ ｅ ｒ Ｓ ｃ ａ ｎ ） 比特 ／ 采样（ Ｂ ｉ ｔ ｓ ｐ ｅ ｒ Ｓ ａ ｍ ｐ ｌ ｅ ） 每秒扫描数（ Ｓ ｃ ａ ｎ ｓ ｐ ｅ ｒ ｓ ｅ ｃ ｎ ｄ ） 介电常数（ Ｄ ｉ ｅ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ）
收稿日期： ２ ０ ０ ９－ ０ ５－ １ ０
·１ ２ ０ ·
物 探 与 化 探
３ ４卷
面中右侧， 说明该洞段有多组电性差异的反射界面， 并且不连贯， 以此推断该洞段围岩节理裂隙发育， 存 在密集节理裂隙带， 岩层面之间嵌合不够紧密， 开挖 爆破后容易导致掌子面产生大的掉块甚至垮塌。 经跟踪调查发现， 在掌子面 Ｋ ０＋ ８ ５ ８ｍ 处出现 小范围的滑塌， 一直延伸到 Ｋ ０＋ ８ ６ ３ｍ 。为了避免 再次出现这种不利情况， 施工方及时更换了施工工 法， 采用了半断面开挖方式， 表 ２为 Ｋ ０＋ ８ 新扎沟隧道位于四川省阿坝州金川县以北约 １ ５ｋ ｍ 处， 为大渡河金川 水 电 站 ｓ ２ １ １公 路 改 线 项 目， 隧道的设置主要是为了避开新扎沟口右侧的滑 ０＋ ５ ５ ０ｍ ， 高程 坡体（ 松坪滑坡） ， 隧道进口桩号 Ｋ ２ １ ８ ７ ． ３ ４ｍ ， 出口桩号 Ｋ １＋ ２ ３ ０ｍ ， 高程 ２２ ０ ０ ． ０ ５ｍ ， 全长 ６ ８ ０ｍ ， 最大埋深约 １ ７ ４ｍ 。 新扎沟隧道处在松萍滑坡及新扎沟倾倒变形体 的下面， 因此， 主要工程地质问题是密集节理裂隙发 育带、 破碎带及含水地层。
表２ 设计、 预测与实际开挖情况对比 图１ 探地雷达测线布置示意
里程 设计围岩 预测情况 实际开挖情况
２ ． １ 密集节理裂隙发育带的预测 从图 ２ 、 ３综合分析得知： 本次预测深 度 约 ２ ７ ｍ ， 在Ｋ ０＋ ８ ４ ６～ Ｋ ０＋ ８ ４ ９ｍ洞段， 岩体受爆破影响， 存在约 ３ｍ的松弛区。 Ｋ ０＋ ８ ４ ９～ Ｋ ０＋ ８ ５ ７ｍ 洞段 ８ｍ范围内， 雷达波信号比较平静， 振幅很弱， 没有 较强的反射波， 说明该洞段不存在明显的反射界面， Ｋ ０＋ ８ ５ ７～ Ｋ ０＋ 围岩与测试掌子面相似， 相对稳定； ８ ７ ３ｍ洞段 １ ６ｍ范围内， 掌子面存在多组高频密纹 反射波， 同相轴错乱， 反射界面较多， 尤其是在掌子
Ⅲ１、Ⅲ２ Ｋ ０＋ 类， 洞室 （ ８ ４ ６～ 埋 深 较 ） ｍ 大， ８ ５ ７ 岩体 较完整 Ⅲ１、Ⅲ２ Ｋ ０＋ 类， 洞室 （ ８ ５ ７～ 埋 深 较 岩体 ８ ７ ３ ） ｍ 大， 较完整
８ ４ ６～ ８ ４ ９ｍ段 岩 存在 ３ｍ 的爆 岩性为 浅 变 质 细 砂 岩， 破松弛 带， ８ ４ ９ 层结合 紧 密， 掌子面右侧 ～ ８ ５ ７ｍ 围 岩 出现方解石带。Ⅳ级偏强 整体稳定 岩 体 破 碎， 呈 碎 裂 结 构， 围 岩稳定性较 差， 掌子面易 生大的掉块甚 至垮塌 中等厚度浅变质细砂岩夹 薄层千枚岩。在 ８ ５ ８～ ８ ６ ３ 从 ｍ段掌 子 面 出 现 滑 塌， ８ ６ ３ｍ 开 始， 采用半断面 ８ ６ ３～８ ７ ３ｍ 段 开挖方式， 岩体总 体 呈 碎 裂 结 构， 弱 卸荷， 弱风化， 围岩整体较 破碎象。Ⅳ级偏弱
。
探地雷达对预测预报公路隧道施工掌子面前方 围岩中的断层、 破碎带、 岩溶空洞、 地下水等地质灾 害具有良好的效果。在四川省阿坝州新扎沟隧道， 笔者利用探地雷达， 结合工程地质方法， 成功预测了 节理裂隙密集带、 破碎带和地下水多处， 同时， 对这 几种不良地质体的电磁反射波频谱特征进行了总 结， 为施工方合理安排掘进速度起到了指导作用。
图７ Ｋ ０＋ ９ ２ ３ｍ 掌子面素描
·１ ２ ２ · 表３ 设计、 预测与实际开挖情况对比
里程 设计围岩 预测情况 ８ ９ ９～９ ０ ２ｍ 段 存 在 ３ｍ的爆 破松弛 带， ９ ０ ２～９ ２ ３ｍ 段 围 岩 自稳能力一般 围岩质量较差， 掌子 面中部可能存在地 下水
物 探 与 化 探
图４ Ｋ ０＋ ８ ４ ６～ Ｋ ０＋ ８ ７ ３ｍ 纵剖面展示
图５ Ｋ ０＋ ８ ９ ９～ Ｋ ０＋ ９ ２ ６ｍ 掌子面水平测线反射波波形堆积
图６ Ｋ ０＋ ８ ９ ９～ Ｋ ０＋ ９ ２ ６ｍ 掌子面竖向测线反射波波形堆积
面的岩层产状， 推断该洞段掌子面中下部岩体较破 碎， 中部可能存在渗水现象。 后经开挖证实， 在该洞段掌子面 Ｋ ０＋ ９ ２ ３ｍ 开 ） 。由于千枚岩夹层较 始的区域出现股状渗水（ 图７ 多， 遇水容易软化， 不利于隧道施工， 所以建议施工 方遵循“ 短进尺、 弱爆破、 早封闭、 强支护” 的原则， 以防止塌方。表 ３为 Ｋ ０＋ ８ ９ ９～ Ｋ ０＋ ９ ２ ６ ｍ段设计、 预测与实际开挖情况的对比， 图 ８为该段纵剖面展 示。
２ 探地雷达的应用
现场探测采用美国 Ｇ Ｓ Ｓ Ｉ 公司生产的 Ｓ Ｉ Ｒ ２ ０型 探地雷达， 选择中心频率为 １ ０ ０Ｍ Ｈ ｚ 的单体屏蔽天 线采集数据。探地雷达现场探测参数设置见表 １ 。 探测时在掌子面布置水平和竖向 ２条测线（ 图１ ） ， 水平测线长约 ８ｍ ， 竖向测线长约 ４ｍ 。
探地雷达（ Ｇ Ｐ Ｒ ） 方法是一种用于确定地下介 质分布的广谱（ １Ｍ Ｈ ｚ ～ １Ｇ Ｈ ｚ ） 电磁技术， 它通过向 地下发射高频宽带的电磁脉冲信号， 利用地下介质 的电磁特性差异， 根据回波信号的振幅、 波形和频率 等特征来分析和推断地下介质结构， 具有快速便捷、 操作简单、 抗干扰和场地适应能力强， 无损等特点。 目前探地雷达技术已应用到各个行业， 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
范占锋， 李天斌， 孟陆波
（ 成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点试验室， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ５ ９ ）
摘 要：探地雷达作为公路隧道超前地质预报的手段之一， 对预报掌子面前方岩体的微细结构能起到很重要的作 用， 同时可以作为隧道勘察结果的进一步认识和补充。以新扎沟隧道为例， 利用 Ｓ Ｉ Ｒ ２ ０探地雷达并结合工程地质 方法， 对节理破碎带和地下水成功地做出了预测。对这几种不良地质体雷达反射波的频谱特征做了简要研究， 为 以后探地雷达探测数据的解译积累了经验。 关键词：探地雷达； 公路隧道勘察； 超前地质预报； 不良地质体 中图分类号：Ｐ ６ ３ １ 文献标识码：Ａ 文章编号： １ ０ ０ ０－ ８ ９ １ ８ （ ２ ０ １ ０ ） ０ １－ ０ １ １ ９－ ０ ４
第 ３ ４卷第 １期 ２ ０ １ ０年 ２月
物 探 与 化 探
Ｇ Ｅ Ｏ Ｐ Ｈ Ｙ Ｓ Ｉ Ｃ Ａ Ｌ＆Ｇ Ｅ Ｏ Ｃ Ｈ Ｅ Ｍ Ｉ Ｃ Ａ ＬＥ Ｘ Ｐ Ｌ Ｏ Ｒ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ４ ， Ｎ ｏ ． １ Ｆ ｅ ｂ ． ， ２ ０ １ ０
探地雷达在公路隧道超前地质预报中的应用
３ ４卷
方围岩不良地质体情况的研究， 得出以下几点认识。 （ １ ） 雷达波反射图中， 前 ３ｍ 存在一组强反射 波， 主要包括雷达系统直达波、 掌子面反射直达波及 掌子面前方由于爆破形成的松动区的反射波。 （ ２ ） 如果掌子面前方岩体存在密集节理裂隙发 育带， 由于岩体破碎， 反射界面较多， 雷达波形图表 现高频密纹反射， 同相轴错乱。 （ ３ ） 对于含水地层， 由于水吸收大部分高频电 磁波的能量， 反射波衰减较快， 所以反射波多呈现低 频强振幅反射。 ４ ） 探地雷达在探测过程中可能受各种因素的 （ 干扰， 如测试掌子面不够平整、 测试掌子面后方金属 体的影响及空气中的电磁波干扰， 这将对后期的数 据解译产生一定的影响。所以， 工作人员在探测过 程中应尽量避免这些干扰， 并结合多方面的资料， 才 能对处理数据做出更为精确的解释。 参考文献：