地质雷达范文

导语：如何才能写好一篇地质雷达，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

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一、工程概况

工程场地位于北京市海淀区友谊路沿线。隧道规格为2m*2.3m，拱顶位于地下约6m左右，下部地层主要为中粗砂土质，上部地层主要为粉质粘土，土层稳定，可塑性强。地下水位较底，隧道内部较干燥，未见明显渗水滴水现象。隧道全长80m，根据现场实际情况共布设测线5条（图1），测线总长度约400m。

二、现场检测

1.仪器设备

作为目前最先进的、唯一能做连续测量的工程物探检测仪器，探地雷达具有非破坏性、分辨率高、检测速度快的优点，在检测中视为最好的方法之一。本次检测采用了意大利产RIS-K2型双通道主机雷达、专用笔记本电脑（见图2）、1600MHz天线和600MHz天线（见图3），探测深度分别为3m和1m。

2.地质雷达探测方法原理

探地雷达由一体化主机、天线及配套软件等部分组成，根据电磁波在有耗介质中的传播特性，地质雷达以宽频带短脉冲的形式向介质内发射高频电磁波（几MHz-几GHz），当其遇到不均匀体（界面）时会反射部分电磁波，其反射系数由介质的相对介电常数决定，通过对雷达主机所接收的反射信号进行处理和图像解译，达到识别隐蔽目标物的目的（见图4）。

反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差异越大，反射信号越强。

雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和中心频率。导电率越高，穿透深度越小；中心频率越高，穿透深度越小，反之亦然。

三、检测结果与分析

1.资料分析与解释

地质雷达工作时，在雷达主机控制下，脉冲源产生周期性的毫微秒信号，并直接馈给发射天线，经由发射天线耦合（本次所使用的天线是地面耦合天线）到地下的信号在传播路径上遇到介质的非均匀体（面）时，产生反射信号。位于地面上的接收天线在接收到地下回波后，直接传输到接收机，信号在接收机经过整形和放大等处理后，经电缆传输到雷达主机，经处理后，传输到微机。在微机中对信号依照幅度大小进行编码，并以伪彩色电平图/灰色电平图或波形堆积图的方式显示出来，经事后处理，可用来判断地下目标的深度、大小和方位等特性参数.。探地雷达所接收的是来自地下不同电性界面的反射波，电性界面包括各结构层的分界面和目的体界面。

地质雷达数据处理包括预处理（ 标记和桩号校正，添加标题、标识等）和处理分析，其处理流程如图5所示，其目的在于压制规则和随机干扰，以尽可能高的分辨率在探地雷达图像剖面上显示反射波，突出有用的异常信息（包括电磁波速度，振幅和波形等）来帮助解释。探地雷达的图像解释是最终目的，其正确解释取决于检测参数选择合理、数据处理得当、模拟实验类比和读图经验等因素。

2.典型松散区域雷达剖面图

上图为同一松散区域的两条平行测线，图中黑色框内为典型松散区域图像，位置在距离测线起点约5米左右，埋深在3―6米，松散区域沿测线方向长约25米。

3.检测结果

经过对原始数据的处理分析认为：

（1）隧道初衬每榀钢筋间距为490mm―510mm，符合设计要求。

（2）隧道初衬厚度约为250mm―280mm，符合设计要求。

（3）雷达信号显示，隧道周围探测范围内未发现松散、空洞、水囊等不良地质现象。

四、结论与建议

1.结论

通过反复对多组数据进行分析对比，结合现场实际情况，综合分析认为：钢筋布设间距和初衬厚度都符合设计要求，隧道周围未发现松散、空洞、水囊等不良地质现象。

2.建议

（1）现场探测的测线起点位置都进行了标记，异常区域的位置按照起点标志点测算。建议对异常区进行孔探，以核查异常范围和深度，并对异常区进行及时处理。对于无法布置测线的区域，根据实际情况对测线进行了合理平移处理。

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【关键词】地质雷达；隧道；超前地质预报；掌子面

中图分类号：U23 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2014）07-158-Ol

一、引言

地质雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR）是利用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标或地下界面进行扫描，以确定其内部形态和位置的电磁技术。其特点是快速便捷、分辨率高、无损伤、探测和处理数据速度快、不影响施工，对不良地质条件有较好的探测结果。

二、基本原理及测线布置

探地雷达依据电磁波脉冲在地下传播的原理进行工作。发射天线将高频（100～800MHz或更高）的电磁波以宽带短脉冲形式送入地下，被地下介质（或埋藏物）反射，然后由接收天线接收。

根据电磁波理论，当雷达脉冲在地下传播过程中，遇到不同电性介质交界面时，由于上下介质的电磁特性不同而产生折射和反射。

电磁波的传播取决于物体的电性，物体的电性中有电导率μ和介电常数ε，前者主要影响电磁波的穿透深度，后者决定电磁波在该物体中的传播速度，因此，所谓电性介面也就是电磁波传播的速度介面。不同的地质体具有不同的电性，因此，在不同电性的地质体的分界面上，都会形成电性介面，雷达信号传播到电性介面时产生反射信号返回地面，通过接收反射信号到达地面的时间和信号强弱就可以推测地下介质的分布及变化情况。

探测时在隧道工作面布置2条呈“十”字形测线进行探测，采用100MHz屏蔽低频天线进行，从而预报隧道工作面前面一定距离范围内围岩的变化情况。可根据掌现场实际工作需要，调整或增加布设测线。

三、数据处理及图像判释

探测的雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录。由于地下介质相当于一个复杂滤波器，介质对波不同程度的吸收以及介质的不均匀性，使得脉冲到达接收天线时，波幅减小，波形变得与原始发射波形有较大的差异。因此，必须对接收信号实施适当的处理。图像处理包括消除随机噪声压制干扰，进行自动时变增益或控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波，进行滤波处理除去高频，突出目标体，降低背景噪声和余振影响。最终得到各测线的成果图，并据此进行探测对象的地质判释。

四、工程实例

高丽隧道出露为灰岩，区内岩溶较发育。在对掌子面进行探测时，地质雷达的天线需紧贴掌子面，从左向右以10cm为平距移动，电脑进行采集数据，然后采集的数据经过处理。

根据掌子面与周边地质情况以及地质雷达探测结果综合分析：掌子面雷达图像显示前方0～8m内反射波波幅较小，衰减较快，表现为溶腔泥质充填较重，结合掌子面地质素描，初步推断区段内岩体破碎，完整性差，掌子面前方多处发育顺层垂直岩溶管道发育的小型溶腔，局部泥质充填较重；9～24m内信号频率反射较强，振幅较强，同相轴不连续，局部信号存在震荡，表现为掌子面前方岩体节理裂隙及溶蚀裂隙发育，岩体破碎，中部及左侧反射波振幅较小，衰减较快，为泥质充填；拱顶围岩自稳能力差，局部地下水发育。结合掌子面围岩地质素描及地质调查情况，得出如下预报结论：掌子面前方30m围岩岩性无明显变化，掌子面前方岩体破碎，节理裂隙发育，溶蚀裂隙发育，受岩层产状及地形条件影响，该区段前方有沿轴向顺层及沿走向顺层小型溶腔发育，泥质充填，该区段隧道埋深较浅，开挖不当极易造成掌子面坍塌甚至冒顶。

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Abstract： Ground penetrating radar is a fast， non-destructive and efficient tunnel lining quality detection method， using forward simulation software for GPR detection of tunnel lining thickness， existence of void areas， reinforced and steel arch forward simulation， summed up the GPR response pattern， provide the basis of judgment for practical engineering.

关键词： 隧道衬砌质量；地质雷达检测；正演模拟；响应规律

Key words： tunnel lining quality；ground penetrating radar detection；forward simulation；response pattern

中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）35-0075-02

0 引言

目前我国已经成为世界上建设隧道工程最多、发展最快的国家，高速公路的修建在未来一段时间内仍是我国交通建设的重点。在隧道建设中，需要采用一定的方法手段对隧道衬砌质量进行检测，使隧道工程的施工质量符合设计要求，确保隧道运营安全[1]。

隧道衬砌质量检测方法可以分为有损检测和无损检测两种，有损检测方法一般是采用钻孔的方法检测衬砌厚度和是否存在脱空区，这种方法比较直观，但是会对隧道衬砌造成损伤，检测速度缓慢，而且只能少量抽样检测，无法反应隧道衬砌的整体质量情况；近年来人们开始将无损检测技术用于衬砌质量检测中，主要是利用声、光、电、磁等方法，对隧道衬砌的强度、密实度、均匀度和是否存在缺陷等进行检测。与有损检测方法相比，无损检测方法具有操作简单、费用低、不破坏衬砌结构等优点，其中地质雷达（ground penetrating radar，简称GPR）是一种快速、无损、高效的检测方法，在工程领域得到了广泛的应用研究[2-4]。

探地雷达通过发射天线发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回的电磁波，电磁波在介质中传播时遇到电性差异分界面时会发生反射，地质雷达就是根据接收到电磁波的波形、振幅和频率等特征来推断介质的空间位置和形态。本文利用正演模拟软件对隧道衬砌厚度、是否存在脱空区以及钢筋网、钢拱架进行地质雷达检测正演模拟[5]，研究其地质雷达检测响应规律，为在实际工程中的应用提供判别依据。

1 隧道衬砌常见质量缺陷

在隧道修建过程中，由于地质条件复杂、施工环境恶劣、施工工艺不规范等原因，隧道衬砌很容易发生质量缺陷。①隧道施工时欠挖或者模板支撑不合理都会造成隧道衬砌厚度不足，会导致隧道产生较大的变形，影响衬砌结构安全甚至会导致隧道发生坍塌、断裂等严重后果；隧道施工时超挖部分未全部回填密实或者模板支撑不稳固导致模板下沉量过大，会导致衬砌发生脱空，严重影响衬砌强度；②施工单位可能偷工减料，在衬砌中使用的钢筋网、钢拱架用量不足，导致衬砌强度不符合设计标准。如果这些缺陷不能被及时检查出来并加以治理，必然会留下隐患，严重影响隧道的运营安全。

2 地质雷达检测正演模拟算例

2.1 衬砌厚度检测

衬砌厚度检测模型如图1所示，模型x轴方向长2.0m，z轴方向深1.0m，网格划分为200×100个，雷达天线主频400MHz，从左到右探测扫描。模型中灰色区域为混凝土衬砌，相对介电常数为9，电导率为1×10-3S/m；黄色区域为围岩，相对介电常数为6，电导率为1×10-3S/m；右侧黑色区域为脱空区，内部充满空气，相对介电常数为1，电导率为0S/m。

衬砌厚度检测模型FDTD正演结果如图2所示，根据电磁波反射信号同相轴可以确定围岩分界面位置，进而对衬砌厚度进行检测，图中位置1处衬砌厚度明显不足，推断为围岩欠挖区；图中位置2处出现抛物线状强反射信号，且位于围岩分界面附近，推断为衬砌超挖回填不密实的脱空区。

2.2 钢筋网、钢拱架检测

钢筋网、钢拱架检测模型如图3所示，模型x轴方向长1.0m，z轴方向深0.5m，网格划分为200×100个，雷达天线主频400MHz，从左到右探测扫描。模型中灰色区域为混凝土衬砌，相对介电常数为9，电导率为1×10-3S/m；中间红色点状物体为钢筋网，左右“工”字形物体为钢拱架，钢的相对介电常数为300，电导率为1×108S/m。

钢筋网、钢拱架检测模型FDTD正演结果如图4所示，位置1处钢筋的电磁波反射信号呈现为规则的抛物线状信号，钢筋网的地质雷达响应特征表现为抛物线阵列，且抛物线间距相近；位置2处钢拱架的电磁波反射信号强于钢筋网，表现为顶部扁平的抛物线状反射信号。

3 结语

地质雷达是一种快速、无损、高效的隧道衬砌质量检测方法，本文利用正演模拟软件对隧道衬砌厚度、是否存在脱空区以及钢筋网、钢拱架进行了地质雷达检测正演模拟，总结出了相应的地质雷达检测响应规律如下：①根据电磁波反射信号同相轴可以确定围岩分界面位置，进而对衬砌厚度进行检测，衬砌脱空区位于围岩分界面附近，且表现为强反射抛物线。②钢筋的电磁波反射信号呈现为规则的抛物线状信号，钢筋网的地质雷达响应特征表现为抛物线阵列，且抛物线间距相近；钢拱架的电磁波反射信号强于钢筋网，表现为顶部扁平的抛物线状反射信号。以上总结的地质雷达检测响应规律为隧道衬砌质量地质雷达检测在实际工程中的应用提供了判别依据。

参考文献：

[1]喻军，刘松玉，童立元.地质雷达在隧道初衬质量检测中的应用研究[J].岩土力学，2008，29（增）：303-306.

[2]姚成华.隧道砼结构无损检测及应用研究[D].长沙：中南大学，2004.

[3]吕凡.探地雷达在隧道质量检测中的应用研究[D].西安：长安大学，2007.

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【关键词】地质雷达；电磁波；地下障碍物勘察

1.引言

工程施工中经常遇到地下管线、防空洞等地下障碍物，不但影响工程进度，而且施工中不慎破坏了地下管线，还会带来严重的经济损失，因此探测确定地下管线、防空洞等地下障碍物的位置、大小和埋深，为跨越或避开地下障碍物提供依据，减少破坏管线事故的发生，保证工程施工的顺利进行，具有实际意义。

2.地质雷达探测原理

地质雷达是利用高频电磁波（主频为数十兆赫至数百兆赫以至千兆赫）以宽频带短脉冲形式[1]，由地面通过天线Tx送入地下，经地下地层或目的体反射后返回地面，为另一天线Rx所接收（图1）。

脉冲波行程需时：。当地下介质中的波速v为已知时，可根据测到的精确的t值（ns）。由上式求出反射体的深度（m）。式中x（m）值在剖面探测中是固定的：v值（m/ns）可以用宽角方式直接测量，也可以根据近似算出（当介质的导电率很低时），其中c为光速（c=0.3m/ns），为地下介质的相对介电常数值，后者可利用现成数据或测定获得。

根据几何光学的反射规律对管状体（圆形剖面）进行反射波的走时x-t关系计算[2]，见图2（a）。设天线（发射和接收天线合二为一）位于A处，管顶距地面为h，管径为D，A点到反射点R的距离为y，由波的传播规律得：

由分析过程和计算结果可知，地下管线反射的走时同相轴呈双曲线形态，且正对双曲线顶峰下方就是管线顶部所在位置。

3.地质雷达应用于地下障碍物探测的前提

从地质雷达工作的基本原理可知，地质雷达能够探测地下管线等地下障碍物的基本条件是地下管线与周围介质存在电性和物性差异，且差异越大效果越明显[3]。常见的地下管线材料为金属、混凝土或塑料PVC等，而地下管线周围的介质多为岩石、砂土、黏土等。表1列举了以上几种材料和介质的电性和物性参数，可以看出地下管线与周围介质的电性和物性差异较大，能够产生较明显的反射波。

影响地质雷达探测效果的另一个物性参数是电导率。在地质雷达的工作频率范围内，介质的吸收系数同电导率成正比，即。介质电导率在不同地段和不同季节差别往往很大。如果以s=l/β定义穿透深度，则当εr=14，σ=0.002（ρ=500Ωm），天线中心频率为40MHz时，穿透深度约为l0m，而当σ=0.02（ρ=50Ωm），天线中心频率为400MHz时，穿透深度仅为lm。因此当介质电阻率很小时，反射波在其反射路径上的衰减很大，接收天线所接收的地下管线界面反射波信号就会很弱，甚至没有。如果部分剖面在地下管线埋设部位探测不到目标异常，原因即在于此。

在实际工作中发现，在有些地段地下介质的电性差异变化很大。有时将剖面位置稍作移动，地质雷达记录就会发生很大的变化；有些剖面记录，受到周围介质不均匀或干扰物的影响，目标管线异常形态不规整[4]。经验表明，改变剖面位置，多做几条剖面，选择其中管线最清晰规整的剖面作为解释剖面是十分必要的。这将有利于提高剖面记录的有效性和解释结果的可靠性。

4.地质雷达数据处理

为了确定地下障碍物的位置与埋深，需要对采集的地质雷达原始数据进行处理，地质雷达数据处理的基本步骤如图3：

5.在实际中的应用

某城市在地铁修建前期进行的勘探中，为防止地质钻探破坏城市地下管线，主干道上的钻孔在钻探之前需进行钻孔管线探测，下面就对探测中取得的典型雷达记录图像进行分析研究。

从图4可以看出，煤气管道与军用光缆在雷达记录图像上有明显的雷达反射波出现，而且有多次反射出现，多次反射的间距与管径成明显的正比关系，管径越大，其多次波的间距越大，出现的多次波数越少；反之，管径越小，其多次波的间距越小，出现的多次波次数越多。多次波的走时差距恰好是管径的反映。

电力高压线由金属材质构成，因此介电常数大，导电能力强，衰减极大。如图5所示，在地质雷达图像上反映出反射波振幅非常强，信号强度大，金属管顶反射出现极性反转，基本上没有多次反射波。

6. 结论

通过理论研究及工程实例应用分析，我们可以得出如下结论：

（1）探地雷达在探寻地下障碍物中有良好的勘探效性。

（2）地下管线等地下障碍物在水平地面的投影位置可由其在地质雷达记录图像上双曲线同相轴的极小点来确定，双曲线的极小点中心位置就是管线的中心位置。

（3）根据地质雷达记录图像上双曲线同相轴的极小点的初至相位时间及相应介质的传播速度可计算出地下管线的管顶埋深。

参考文献：

[1]栗毅，黄春琳，雷文太.探地雷达理论以应用[M]北京：科学出版社，2006.

[2]李大心，探地雷达方法与应用[M]北京：地质出版社，1994.

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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报。

本次预测范围为掌子面前方30米，鉴于现场施工环境不安全，掌子面时有掉块现象，只采集了三组数据，掌子面水平方向布置一条，垂直方向布置了二条。数据采集前，要对地质雷达进行参数（时间窗口长度、采样频率与测点间距、介电常数和增益点等内容）设置[4]；采集数据过程中，先沿沿每条纵线先自下向上，同时发射和接受电磁波，再自上向下进行探测；然后在水平方向自右往左连续地移动，再自左往右移动。此外，地质人员需对现场地质情况做好详细记录。

隧道测线布置如图2所示。

5.3 数据处理与结果

使用中国矿业大学研制的GR雷达处理分析系统对收集的数据进行零线设定、背景去噪、一维FIR滤波、增益等步骤处理，可得到掌子面至ZK84+515段的地质雷达扫描图像见图3。

结合掌子面围岩情况，其探测的主要成果如下表2所示为：

表2探测结果表

综合起来，本次探测区域，大部分区域围岩特征跟掌子面类似，可采用当前支护参数，而掌子面前方6~11米（YK19+246~ YK19+211）和16~21米（YK19+256 ~YK19+261）范围内节理、裂隙发育，层间夹泥，溶蚀发育，伴有裂隙水，建议加强监控量测工作，掌握支护的变形情况，并加强支护措施预防突发风险，防止出现隧道事故。后经开挖证实，该预测区域的实际围岩特征变化情况与预测的情况基本一致，采取了加强支护措施，确保了施工安全。

6 总结

地质雷达探测技术在隧道地质超前预报中的成功应用说明， 在隧道施工中，尤其是在不良地质（溶洞、水、破碎带）的开挖，使用地质雷达做超前地质预报是比较精确和可靠的，能提供可靠的依据来指导施工，且能快速、直观地提供准确的成果。因此，地质雷达探测技术在隧道地质超前预报中应用会越来越广泛，它弥补了前期勘探工作的不足，大大地缩短了工期、节约了成本、提高了施工安全系数，提供更可靠、更准确的工程地质信息，为工程施工提供可靠地科学依据。

参考文献：

[1] 叶观宝，宋建.地质雷达在公路隧道短期地质超前地质中的应用[J].勘察科学技术，2010（20）：49.

[2] 何发亮，李苍松，陈成宗.隧道地质超前预报.成都：西南交通大学出版社.2006:9

[3] 齐甦.隧道地质超前预报技术与应用.北京：气象出版社.2010:125~127

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所谓的地质雷达检测技术其实指的是一种具有精度高，与此同时还可以快速成像的高科技技术之一。归纳的说，其实这项技术主要就是借助地质雷达根据所要检测的物体属性发射与之对应的电波，不仅如此，还可以适当的接收部分对该物体加以判断的发射波。经过多年来的努力研究以及在各个领域中的广泛应用，地质雷达检测技术作用十分显著。

1 地质雷达技术的发展状况以及勘测误差分析

1.1 发展状况

如果仅仅论地质雷达概念的提出可以追溯到20世纪10年代，然后在人们对其不断加强研究的过程中得到越来越为迅猛的发展，而且涉及到的领域也是越来越广泛。但是值得我们注意的是，由于雷达所发射出的电波稳定性较差，外加比较复杂，这样一来就会对地质环境造成很大的破坏。鉴于此，一直到20世纪70年代后，随着各种电子技术的兴起与发展，雷达技术的应用领域也随之广泛起来，并于80年代终于使得第一台雷达设备问世。自从这台雷达设备的出现，广大研究学者产生极其浓厚的兴趣，并在未来的时间里取得了一些重大突破，其中以成像技术为代表，这样一来就可以在很大程度上提高了它的分辨率，大大帮助到了路桥检测。

1.2 地质雷达产生误差分析

就这一点上来看，主要表现为：（1）反射信号时间差。通过调查发现，要想十分准确地对反射信号时间差进行记录，我们首当其冲需要做的就是根据实际需要确定计算时间的起点。话虽如此，但是我们要是将探地雷达的触发点（反射信号的）看作是物理时间的起点位置依然会存在一些问题。首先，直达波信号和地面反射信号的干扰如果比较强烈的话，会使整体记录面貌变坏，这样一来就会在一定程度上影响增益设置以及自动增益的使用效果。除此之外，天线的位置通常情况下都会随着路况的不同而出现起伏颤动，在这个时候我们要想准确无误的识别地面反射点的位置并非易事。鉴于此，要想尽可能的提高起始零点的标定精度，我们最为常用的做法就是将地质雷达配备自动调零设置，设同时将时间起点移到地面反射信号位置。

2 在公路检测中的实际应用

通过以往大量的应用结果表明，公路路基在通常情况下会由于含水量过高、承载力较低、压实度无法达标等综合原因，会在很多时候造成路基产生过量沉陷，这样一来就会形成空洞或者暗穴，情况严重的话局部还会产生滑坍等。另外，还会因为公路结构层透水性差而造成局部出现集水现象。如果是这样的话就会产生软弱体等病害。通过多年的实践情况看来，形成公路病害的原因是多种多样的，有本身质量所导致的，也有自然风化或者是外界作用产生的。有一点值得注意的是，路基和路面问题通常是结伴而行的，而并非独立存在，因此在调查公路病害的过程中，查明“病因”显得尤为重要。以下就是地质雷达技术在路桥检测中的几种主要应用。

2.1 检测公路基层与路基损坏程度

通过实践表明，如果检测出基层及路基损坏的区段较多的话，在雷达资料上的结构层会表现为界面反射凹凸不平，反射波出现一定程度的扭曲。虽然说该段基层反射波起伏比较小。但连续性在通常情况下不是十分好的。如果发现路床反射非常微弱，但反射起伏程度比较大，这就可以从侧面说明路基及基层已遭受外界的破坏。

2.2 检测公路路面裂纹

通常而言，裂纹在高速公路病害异常中是肉眼难以捕捉到的。我们可以根据雷达探测原理可得出以下结论：频率越高，探测越浅，分辨率也会随之越高，反之亦然。从这一点上来看，雷达探测在通常情况下可有效解决浅层部位的裂纹异常现象，如果是深部的裂纹我们最好的办法就是采用超声波探测法。主要表现为向两边分散的产生一定角度的同相轴。

3 地质雷达技术在修建桥梁工程中的实际应用

通过多年的实践表明，地质雷达技术在桥梁修筑中的应用主要表现为以下几个方面。

3.1 地质雷达应用于桥梁施工前的地质勘察

换言之，就是可以通过这种地质雷达来有效检测出地质条件，从而发现一些溶洞、夹泥层以及裂缝等所谓的不良地质体，这样一来就可以很好的提醒施工单位进行安全施工做好充足的准备，比方说某一个桥梁沉降检测中，发现该桥梁竣工通车之后在很短的时间里有部分桥面出现了不同程度的下沉，在这个时候我们应用地质雷达就很容易的发现这是由于地层的底部位置存在较多的裂缝带以及溶洞。

3.2 地质雷达应用于桥梁施工过程中

通过多次的实践发现，在桩基施工之前我们可以通过雷达来有效的检测出基地的实际地质情况，并且在第一时间内发现溶洞或者夹泥层等一些不良现象后迅速的予以处理，从而保证施工质量能够达到设计要求，比方说在LTD2100+GC400兆赫的检测过程中，施工人员可以在基底位置布置两条测线（具体是安置在哪个位置依据实际情况而定），然后可以沿着边线紧紧贴住移动地面天线进行检测。经过正确的操作过后发现在基底下方的3m处存在较为强烈的反射信号，工作人员挖开后果然是夹泥层，这就证明了雷达检测结果的准确无误。

3.3 在桥梁建筑竣工后进行验收以及维护中的应用

我们可以发现，在竣工后我们可以通过地质雷达技术正确的检测出钢结构的水平以及垂直分布情况，与此同时还能够发现桥梁结构的内部存在哪些不足之处等，如果一旦发现钢结构分布情况与设计资料当中的路面厚度不相符合，或者是施工与运营过程中所导致的内部缺陷等相关问题后，施工单位可以派遣专职人员在第一时间进行处理，从而最大限度地减少人力、物力、财力的重大损失，保障桥梁为人们出行提供便利。

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关键词：地质雷达；钢筋定位；浯溪口大坝。

中图分类号：TV431+.9 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）29-0049-02

1 工程概况

浯溪口水利枢纽工程位于江西省景德镇市蛟潭镇境内，距景德镇市约40 km，是一座以防洪为主，兼顾供水、发电等的II等大（二）型水利枢纽工程。浯溪口水库总库容为4.747亿m3，大坝坝顶高程65.5 m，正常蓄水位56.0 m，最大坝高46.8 m，坝轴线长度498.62 m，主要建筑物为非溢流坝、溢流坝、河床式厂房。

在河床式厂房施工过程中，因设计变更，需要在2号和3号机组管型座侧墙钢筋网中钻孔，进行植筋施工，以提高管型座基础的抗拉抗剪能力。侧墙纵向钢筋网间距仅为20 cm，且在钢筋绑扎施工过程中存在偏差，钻孔植筋过程中极易碰到钢筋网，造成二次钻孔，甚至损伤侧墙主筋。因此，必须准确进行钢筋定位，为钻孔植筋做好准备。

为了2号和3号机组管型座侧墙钢筋准确定位，为后续钻孔植筋施工提供参考，对比目前无损探测的方法，采用地质雷达来确定管型座侧墙（左右：4.0～4.1 m宽，上下：6.0-6.1 m）钢筋位置。

2 地质雷达探测原理简介

地质雷达是采用高频电磁波探测地下地质结构与特征的探测技术，在探测时将发射天线和接收天线放置于测试区域地表上进行探测，如图1所示，考虑到场地内目标深度，为提高雷达剖面分辨率，发射天线和接收天线以固定间隔沿测线同步移动，移动一次采集一道数据。这种探测方式非常适合比较恶劣的工作条件。

地质雷达向地下目标体发射的电磁波信号在传播的过程中，遇到电性差异的目标体（如岩溶、裂隙等）时，电磁波便发生反射，由接收天线接收反射波。在对地质雷达数据进行处理和分析的基础上，根据雷达波形、电磁场强度、振幅和双程走时等参数便可推断地下岩体的地质构造。目标体到测试面的距离：

d=V×Δt/2

其中，Δt为电磁波的双程走时，ns；v为电磁波的传播速度，cm/ns。

介质中电磁波的传播速度：

v=C0/（2×ε）

其中，C0为电磁波在空气中的传播速度，30 cm/ns；ε为介质相对介电常数，一般情况空气取1，水取81，石灰岩为6～7。

实际上，电磁波在介质界面产生反射是因为两侧介质的介电常数不同，差异越大反射信号越强烈，反之反射信号越差。由电脑所收集并存储的每一测点上的雷达波形序列形成一个由若干记录道组成的地质雷达剖面，如图2所示。

地质雷达虽探测精度高，但发射天线能量有限，探测深度较浅。考虑到场地内目标深度，为提高雷达剖面分辨率，采用发射天线和接收天线以固定间隔沿测线同步移动的工作程序，移动一次采集一道数据。

步长0.02 m，记录长度10 ns左右，32次叠加。地质雷达虽探测精度高，但能量有限，探测距离较浅。本次测试采用中心频率为1.2 GHz的天线进行测量。

3 地质雷达数据采集及处理

地质雷达采用高频电磁波的形式进行地下介质的探测，其运动学规律与地震勘探方法类似，因而地震勘探的数据采集方法可以被借鉴到地质雷达野外测量中，其中包括反射、折射和透射测量方式。

在反射测量方式中以剖面法多次覆盖技术为主，其他方法为辅。

剖面法是发射天线和接收天线以固定间距沿测线同步移动的一种测量方式。

剖面法的测量结果用地质雷达时间剖面图像来表示。当天线距离很小时，相当于自激自收的数据采集方式，得到的记录能较准确地反映测线处各反射界面的形态和介质体的空间位置等信息。然而，由于地下介质对电磁波的吸收，来自深处界面的反射波会由于信噪比过低而不易识别，这时需应用不同天线距的发射一接收天线在同一测线上进行重复测试，然后将测试记录中相同位置的记录进行叠加，以增强对深部介质探测的分辨率。在探测过程中，可以根据现场地形、设备状况以及实际需要来选择不同的测量方式。

地质雷达数据处理的目的主要是压制各种噪声，增强有效信号，提高资料信噪比，以最大可能的分辨率在地质雷达图像剖面上显示反射波，以便从数据中提取速度、振幅、频率、相位等特征信息，帮助解释人员对资料进行有效的地质解释。

地质雷达的数据处理流程一般分两部分：

第一部分为数据编辑，包括数据合并、废道剔除、测线方向一致化、漂移处理；

第二部分是常规处理以及地质雷达图像增强处理，包括数字滤波、振幅恢复、均衡、归一化、小波变换、时深转换等。

4 探测剖面解释与分析

本次地质雷达数据采集的测线布置如下：分别在2号和3号机组管型座基础左、右边墙（左右4.0～4.1 m宽，上下长6.0～

6.1 m）布置井字形测线，即横向两条、纵向两条。

3号机组管型座基础右边墙横向测线雷达测试处理结果图，如图3所示。横坐标为水平距离（m），纵坐标左为深度（m），纵坐标右为时间（us），图像显示右边墙距地面1.36 m，下游至上游段（0～4.1 m），混凝土表面以下深18～27 cm范围内，存在多组强振幅雷达反射波组，波形具有弧形的特征，较凌乱，与周围的波形存在明显的差异，推测为混凝土中的钢筋等金属物，其弧形的顶端即为钢筋的位置，见表1和如图3所示。

5 结 语

地质雷达是一种高分辨率的现代地球物理探测技术， 它具有很强的抗干扰能力和较高的现场测试效率。

该技术用于工程中的地质缺陷探测能准确快速地测定缺陷的分布情况；该方法用于水电站等工程岩体及混凝土的缺陷探测，可以较好地确定缺陷发育的形态及空间分布，了解目标体的地质缺陷情况。

因此， 地质雷达技术是类似的地下工程岩体处理探测的一种快捷的， 有效的手段， 值得推广。

地质雷达测量方式、测线布置及系统参数的选择直接影响着野外数据采集的质量，只有根据测量环境以及探测目标体的大致走向、规模、物性等情况综合分析，做出合理选择，才能保证所测地质雷达图像资料的准确性和客观性。

本次现场探测， 中心频率为1.2 GHz 的天线既具有理想的分辨能力， 又能得到合适的探测深度。因此， 该种范围频率的天线是这类探测工作的最佳天线。

就现场测试条件而言， 要求测线两端及其附近一定范围内无施工机械设备存在；同时要求测线所在位置平坦， 无杂乱其他金属体， 只有这样才能避免地表物体所形成的侧面反射的干扰， 获得高质量的检测资料。

根据地质雷达图像的波形、频率、振幅、相位及电磁波能量吸收情况（或自动增益梯度）等细节特征的变化规律，得出地质雷达图像解释的地质现象，也有利于以后地质雷达图像识别和经验积累。

本次钢筋的探测结果，通过钻孔验证，实际位置与探孔测试结果吻合，说明地质雷达是可以在钢筋定位测试中应用的。

参考文献：

[1] 李大心.地质雷达方法与应用[M].北京：地质出版社，1994.

[2] 谭绍泉，刘泰生，徐锦玺，等.地质雷达技术在表层结构调查中的应用与 研究[J].石油物探，2003，42（1）：59―62.

篇8

[关键词] 地质雷达 隧道检测 衬砌厚度

1.前言

宁夏南部山区隧道是宁夏公路隧道的开始，其隧道检测任务由宁夏交通科研所承担，隧道衬砌是隧道施工的一个重要环节，以前隧道施工过程中，对于初衬厚度检测主要用凿孔法，对于二衬检测主要用钻芯取样法，均属于破坏性检测方法，其具有检测速度慢，成孔垂直度较难控制，且探杆感觉、卷尺量测受人为因素影响较大，同时破坏隧道防排水系统，影响隧道寿命，检测结果代表性差，难以全面反映隧道整体及各部位质量等缺点。而地质雷达检测技术采用了先进的连续透视扫描无损探伤技术，探测精度比传统检测方法高，且又是连续扫描，可获得隧道探测的连续结果。这种检测手段目前在国内外得到了广泛应用，并取得了重要成果。

2.地质雷达的工作原理

地质雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR)是利用超高频电磁波探测地下介质分布的一种地球物理勘探仪器[1-5]。属于电磁波的范畴,它是利用电磁波在不同媒体中的传播与反射特性来进行探测的。地质雷达通过隧道表面向衬砌内部发射电磁波，电磁波遇到不同媒质的界面时会发生反射和透射，当反射波被返回衬砌表面后，又被地质雷达接收，此时便记录下了电磁波返回的时间。当发射和接收天线沿检测物表面逐点同步移动时，就能得到其内部介质的剖面图像。根据电磁波的旅行时间、幅度频率与波形变化情况，推断介质的内部结构及目标体的深度、形状特性参数。

地质雷达在勘查中的基本参数描述如下：

(1) 电磁脉冲波旅行时间

式中：z―勘查目标体的埋深；x―发射、接收天线的距离（式中因z>x,故x可忽略）； v―电磁波在介质中的传播速度。

(2) 电磁波在介质中的传播速度

式中：c―电磁波在真空中的传播速度（0.29979m/ns）；-介质的相对介电常数；-介质的相对磁导率（一般）

(3) 电磁波的反射系数

电磁波在介质传播过程中，当遇到相对介电常数明显变化的地质现象时，电磁波将产生反射及透射现象，其反射和透射能量的分配主要与异常变化界面的电磁波反射系数有关：

式中：r - 界面电磁波反射系数；-第一层介质的相对介电常数；―第二层介质的相对介电常数。

(4) 地质雷达记录时间和勘查深度的关系

3.地质雷达在隧道检测中应用时遇见的问题

由于地下介质相当于一个复杂的滤波器，介质对波的不同程度的吸收以及介质的不均匀性质，使得脉冲到达接收天线时，波幅减小，波形变得与原始发射波形有较大的差异。条件不好的情况下，地质雷达在接收有效信号的同时，也不可避免地接收到各种干扰信号。产生干扰信号的原因很多，隧道中常见的干扰有电缆、衬砌表面金属物体、天线耦合不好，地下异常的多次反射波等。对于以上情况图像的判识，需要经验，干扰波具有特殊形状，一般易于辨别和确认。

4.工程实例

4.1 工程概况

福银高速公路横穿宁夏南北，响应西部大开发政策，带动宁夏经济的发展。受地势条件的影响，在宁夏南部山区必须涉及到地下工程。目前开工的隧道有三十里铺隧道、牛营子隧道、大湾隧道和什字隧道。四条隧道基本都位于I类、II类、III类围岩中，大部分围岩是由强风化性砂岩和泥岩及黄土覆盖层组成，局部地方有地下水的存在，地质条件较差，施工难度大。为了对隧道质量做有效的控制，我们宁夏交通科研所利用地质雷达技术对隧道的衬砌质量及其回填密实情况进行检测。

4.2 测线布置

为了较全面的控制隧道质量，在所检测的段落内沿隧道轴线方向布置了5条测线，对隧道衬砌质量进行较有效的监控。横断面测线布置具体见图1。

4.3 地质雷达图像的采集

在此检测过程中我们采用的是800MHZ的天线，重2.6kg，便于携带，它主要用于浅层高分辨率探测，探测深度2～3.5 米，适合于隧道的衬砌检测。在初衬检测过程中，由于表面较粗糙距离采集难以实现，轮子出现不转的现象，数据采集不完整。因此我们采用时间采集法，在采集的过程中，根据现场桩号每5m打一个标记。采集完后再将时间采集文件改成距离采集文件，结合5m标记确定缺陷的具置。二衬检测过程中我们采用的是距离采集法，由于天线沿隧道纵向移动时，其测线不是真正意义上的直线，有时是蛇形状式前进，所以我们每10m打一个标记，便于记录里程与实际里程核对。

对电磁波波速的估计是很重要的，它是进行准确时深转换的基础，对于确定反射体的深度至关重要，测量中要给予特别的关注。可以有不同方法估算电磁波速：

(1) 根据地层类型和含水情况使用参考速度值；

(2) 利用已知埋深物体的反射走时求波速；

(3) 利用一个孤立反射体，其垂直反射走时T1，偏移观测走时T2，偏移距x，计算深度H和波速V：

4.4 地质雷达数据的分析

4.4.1 干扰信号的识别

地质雷达图像的识别是检测过程中较关键的一步，地质雷达在接收有效信号的同时，不可避免地接收到各种干扰信号。在分析图像时必须有区别干扰信号和缺陷信号的能力，对隧道中常见的干扰（如：电缆、衬砌表面金属物体、天线耦合不好，地下异常的多次波等）信号有所认识，有利于准确的判断其缺陷的情况。

4.4.2 衬砌背后回填情况的判识

（1）衬砌背后空洞的判识

空洞是指隧道衬砌背后没有全部回填，衬砌与围岩间空气存在区域。由于空气与混凝土的介电常数差异较大，衬砌与围岩之间有明显的空隙，地质雷达图像中就会表现为衬砌界面反射信号增强，如果空洞较大，还会在界面信号下方产生绕射信号。

（2）衬砌背后回填密实的判识

回填密实是指衬砌与围岩密贴、无间隙。由于衬砌混凝土与围岩的介电常数差异较小，如果衬砌密贴，地质雷达图像中就会表现为振幅较弱的界面反射信号或没有界面反射信号。若衬砌背后绝大部分回填密实，只有局部存在空隙，地质雷达大部分图像与回填密实图像的征状相同，只有局部衬砌界面呈强反射信号。

5.结论

在宁夏南部山区的四个隧道中使用地质雷达对其衬砌进行无损检测,检测内容主要为隧道衬砌混凝土密实性、脱空及厚度等，对于提高隧道施工质量具有极大的促进作用。衬砌混凝土与围岩之间存在着物性差异，而缺陷部位衬砌混凝土被水或空气充填与密实的混凝土的物性差异较大。因此,采用地质雷达法对隧道衬砌混凝土质量进行检测是可行的。通过长期检测得知，隧道衬砌的薄弱环节是拱顶的混凝土施工，尤其是人力施工时，更要注意拱顶的衬砌厚度和衬砌背后回填密实情况，在施工中要注意加强这个环节的管理。雷达检测不仅用于隧道中，对于公路路基、水利水电工程的大坝、交通洞、引水隧道、地下管线、地基加固效果检测、岩溶、滑坡、探测和维护古建筑物结构及进行考古研究等方面也同样可以应用。

参考文献：

[1]李大心.探地雷达方法与应用[M].地质出版社,1994.

[2]徐宏武,邵雁,邓春为.探地雷达技术及探测的应用[J].岩土工程技术,2005,19(4):191-194.

[3]黄秀成,秦之富,朱如荣等.公路隧道地质雷达地质预报方法探讨[J].公路交通技术,2004,(5):107-111.

篇9

[关键词]高密度电法、地质雷达、地质灾害治理

[中图分类号] TN95 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-1-203-1

0引言

广东省镇隆镇长龙村田螺墩水库建设于20世纪80年代，是本地村民的主要水源。由于该水库建设年代较久远，维修力度不够，且正值雨季，雨量较大，水库坝体下方50米处出现漏水漏沙现象。勘探目标坝体一半为山脊原状土，一半为人工填土。漏水位置推测在原状土与人工填土结合部分。为了查明引起水库坝体渗漏段位置、渗透范围、危害程度，结合野外场地实际情况，采用高密度电法，与地质雷达方法配合，获得了漏水坝体较详细的资料。为后期治理提供了依据。

1工区概况及地球物理特征

勘查区位于长龙村边的山坳中，三面环山，另一侧是村庄。漏水坝体正对村庄。雨季雨量较大，水库内水位已经超越警卫线15cm。坝体随着水位升高损坏更加严重。物探工作开展之前，已经用沙袋阻住漏水位置，防止坝体填土随水流失。为了避免发生严重事故，当地相关部门采取积极措施治理灾害。

当坝体发生漏水现象时，渗水段与周围坝体存在明显的电性差异。坝体由山脊原状土和夯实土构成，由于正值雨季，整个测区视电阻率值偏低，山脊原状土和夯实土视电阻率值较高，约在103Ω・m左右，当含水或充水时，视电阻率值一般在102Ω・m左右；地下非均匀介质存在介电常数与电导率的明显差异而构成了电磁波反射界面。当地下介质均一性较好时，雷达反射波强度很弱，常为低幅高频细密波。若地质体松动，受其影响土层均一性较差，出现强反射波组。渗水处或充水处会形成和周围地质体的反射程度的强烈差别。因此可以根据高密度电法和地质雷达方法找出坝体渗水段位置。

2工作方法

2.1物探方法概述

2.1.1高密度电法

高密度电法是近年来快速发展起来的一种电法勘探新技术，其基本原理与传统的电阻率法完全相同，不同的是，高密度电法是一种阵列勘探方法，也称自动电阻率系统，是直流电法的发展，其功能相当于测深与电剖面的结合；测点密度大、使用的电极数量多，而且电极之间可以根据排列装置不同自由组合，野外只需将全部电极置于测点上，然后利用仪器可以实现数据的自动采集。

高密度电阻率法是以岩土体导电性差异为基础，通过研究在人工施加的电场作用下，地下传导电流的分布规律，揭示地层结构和其它隐伏的地质现象。通过电极向地下供电，测量接收电极之间的电位差，求得该测点的视电阻率值，从而推断解释地下地质结构。工作时，通过高密度电法测量系统中的软件，控制着在同一条多芯电缆上布置连结的多个（60～120）电极，使其自动组成多个垂向测深点或多个不同深度的探测剖面，根据控制系统中选择的探测装置类型，对电极进行相应的排列组合，按照测深点位置的排列顺序或探测剖面的深度顺序，逐点或逐层探测，实现供电和测量电极的自动布点、自动跑极、自动供电、自动观测、自动记录、自动计算、自动存储。通过数据传输软件把探测系统中存储的探测数据调入计算机中，然后对实测的电阻率剖面进行计算、分析、处理，形成视电阻率等值线断面图，即可获得地层中的电阻率分布情况，快速而准确地获取丰富的地下信息。这种方法原理简单，图像直观，是一种分辨率较高的物探方法。该方法在工程与水文地质勘探和矿产、水利资源勘查中有着广泛的应用。

2.1.2地质雷达

地质雷达技术是一种高精度、连续无损、经济快速、图像直观的探测手段，是用于确定地下介质分布的电磁波技术。地质雷达的基本原理是，由发射天线辐射一个电磁脉冲，当遇到介质分界面或地下异常体时，该电磁脉冲被反射回来，并被接收天线接收，该记录信号形成一道类似于地震记录信号的图象。

地质雷达主要由监视器（计算机）、控制单元、天线等组成，控制单元是雷达的核心部分。对地质雷达来说，它的剖面横坐标是距离，即探测剖面的地面位置；纵坐标是电磁波在介质中的双程走时，是时间坐标。

地质雷达系统主要由以下几部分组成：

⑴控制单元：控制单元是整个雷达系统的管理器，计算机（32位处理器）对如何测量给出详细的指令。系统由控制单元控制着发射机和接收机，同时跟踪当前的位置和时间。

⑵发射机：发射机根据控制单元的指令，产生相应频率的电信号并由发射天线将一定频率的电信号转换为电磁波信号向地下发射，其中电磁信号主要能量集中于被研究的介质方向传播。

⑶接收机：接收机把接收天线接收到的电磁波信号转换成电信号并以数字信息方式进行存贮。

⑷电源、光缆、通讯电缆、触发盒等辅助元件。

地质雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR）依据电磁波脉冲在地下传播的原理进行工作。发射天线将高频（106～109Hz或更高）的电磁波以宽带短脉冲形式送入地下，被地下介质（或埋藏物）反射，然后由接收天线接收。

2.2工作布置

为了详细掌握渗水坝置的详细信息，根据测区内场地环境、渗水段大致位置等实际情况，勘探深度设为15m～30m。高密度电法共布设3条测线，仪器采用重庆地质仪器厂生产的DUK―2A高密度电法仪，采用温纳装置，每次布置一个排列，每排列60个电极，并保证60根铜电极与地面接触良好，采集的数据准确可靠，数据用系统配套的处理软件编辑、地改、反演后制成剖面图。3条测线按照勘查次序依次编号为DF1，DF2，DF3。其中DF1电极距1.5米，排列长度90m。DF2电极距1m，排列长度60m。DF3电极距2米，排列长度120米。共270m。地质雷达仪器是瑞典产RAMAC/GPR地质雷达，采用50MHz非屏蔽超强地面耦合天线，点距0.5m。总测线长度为170m，测点数为342点。采集后的数据利用reflexw处理软件，经过去零漂、调整零值、增益恢复、去除背景、带通滤波、点平均等一系列数据处理后形成雷达图像。

2.3成果与推断解释

根据地球物理勘探调查成果，综合确定出水库坝体渗水路段位置。

综合地质雷达和高密度电法勘探成果，勘查区内异常位置基本吻合。高密度电法剖面上低阻异常与地质雷达剖面的异常区位置和深度基本相同。此异常深度为测线位置以下的垂向深度。

3结论

篇10

关键词：公路隧道；超前地质预报；地质雷达

中图分类号： U45 文献标识码： A 文章编号：

在隧道施工期间对其掌子面前方地质情况的超前预报已历经几十年的发展。英、法、日、德等国家均已将期其列为隧道工程建设的重要研究内容。我国超前预报[2、3]的研究始于20世纪50年代末,但真正应用于隧道工程建设(包括其地下工程)是在70年代谷德振根据矿巷施工进度和掌子面地质性状做出的矿巷前方将遇到断层并将引发塌方的成功预报为序,开始了我国隧道施工期地质预报的研究和应用. 现代隧道建设发展趋势是隧道越建越长,穿越的地层地质条件越来越复杂。由于隧道工程的复杂性和不可预见性,在现有经济技术条件下,隧道施工中各种不良地质灾害的预测是复杂条件下山岭公路隧道施工中面临的最主要任务,尤其是隧道施工开挖工作面前方地质情况的预报是国内外工程地质和隧道工程关注而又没有得到很好解决的难题。

1地质雷达的工作原理

地质雷达（GPR）是一种用于探测地下介质分布的光谱电磁技术，地质雷达发射电磁波信号到地下介质中，当遇到存在电性差异的地下目标体（岩石破碎带、溶洞、断层裂隙等）的电性介面时，就有部分电磁能量被反射折向地面，被接收天线接收，根据接受到的电磁波波形、强度。双程走时t等参数推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形状，从而达到对地下隐蔽目标物的探测。当地下介质的波速已知时，可根据测到的精确t值求得目标体的位置和埋深。这样，可对各测点进行快速连续地探测，并根据反射波组的波形与强度特征，经过数据处理得到地质雷达剖面图像。而通过多条测线的探测，则可了解场地目标体平面分布情况。

电磁波行程用下式确定为：t=,,-,,,-,,,-,,,-,4z-2.+,x-2..-..-..-v；式中：t为脉冲波走时（ns,1ns=10-9s）；z为反射体的深度（m）；x为T与R的距离（m）；v为雷达脉冲波速(m/s)；由于地质雷达所使用的是高频电磁波。电磁波与介质的相对介电常数可以表示：V=,C-,-,-,-,-,-,-,-,ε-γ.........；其中C为光速（3×102m/s）；,ε-γ为相对介电常数[5]。

根据地质雷达的应用目的不同选择不同的测线布置：在地质超前预报中，需要探测的区域为掌子面前方的围岩，掌子面上测线的布置关系到本次预报结果的准确性。公路隧道的选址不同,隧道所处的地质情况不同，隧道施工过程中遇到不良地质情况也差异性比较大。总结以前公路隧道施工所遇到的不良地质,常见的不良地质情况有：断层破碎带、大型溶洞、节理密集强风化带、突泥、涌水和灾害气体等。结合成武返家山隧道施工实际情况，对其掌子面前围岩情况的预报采用：美国GSSI公司生产的SIR—3000地质雷达，天线中心频率为100MHz。

2工程实例概况

成（县）武（都）高速公路武都西隧道位于武都马街镇西侧山体上，该隧道设计为分离式岩质隧道。隧址区位于剥蚀中低山地貌区。山体地形东部较为平缓，略有起伏，西侧较陡，呈中间高两侧低形，自然坡度约50°，进口段位于省道S205右侧下部，穿越没水山后重新与S205相较后以北峪河11号跨越北峪河。

3探测结果分析

选择CW18武都西隧道右线YK86+645掌子面上的探测结果进行预报分析。由探测结果可知，其波形主要特征：波形杂乱，至深部反射波都存在一定强度同相轴错乱，波幅衰减很快，反射界面错乱。隧道YK86+645为深埋段，地表坡度较陡，上部千枚岩及碳质千枚岩变质十分发育，风化程度较大。推断在该掌子面前面地质情况复杂，岩体较破碎，层理发育且含水量少。预计在开挖过程中会经常出现拱顶垮塌造成围岩严重超挖，为了能有效控制这种不利情况，要求施工方在开挖前打设超前注浆锚杆，短台阶进尺，弱爆破或机器开挖，开挖后采用双层支护。经掘进证实，该岩体强度极差，呈层状。

掌子面前方3～15m以内雷达发射波强烈,与15m以外泥灰的微弱发射波形形成鲜明的对比,在3m～15m 围岩回波波形不稳定，回波相似性较差，同相轴不连续，中部偏左缺失，推测为节理裂隙发育，岩性不稳定。掌子面12m中部偏左围岩较破碎，节理裂隙发育。经开挖验证，现场情况与预报结果基本相符。根据1线布置雷达波图像显示掌子面前方两侧雷达波强反射同相轴，局部存在杂乱波形，层面较发育无水，岩体物性差异增大，围岩变差大；围岩呈碎裂~松散结构，围岩破碎，及以后围岩为受构造影响很严重的碎块，软弱破碎。

4结语

通过分析工程实例探测结果表明，使用地质雷达进行隧道掌子面前方不良地质预报是比较理想的方法，即快速又经济。对保证公路隧道安全施工具有重要的指导意义。同时，由于隧道掌子面的平整与否，对探测结果的准确性有一定影响。在实际操作中应注意天线的定点和贴壁，否则会使雷达探测结果产生畸变，所以在超前地质预报工作中，应当根据工程的实际情况选择地质雷达测量参数，并结合雷达探测结果、隧道开挖掌子面的情况和隧道区域地质情况对测试结果进行综合分析。

参考文献

[1]何发亮，李苍松. 隧道施工期地质超前预报技术的发展[J]. 现代隧道技术，2001，38（3）：12－16

[2] 叶英. 隧道施工超前地质预报人民交通出版2011,（2）：156-165