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。
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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。
参考文献：
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