導語：如何才能寫好一篇地質雷達，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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一、工程概況

工程場地位于北京市海淀區友誼路沿線。隧道規格為2m*2.3m，拱頂位于地下約6m左右，下部地層主要為中粗砂土質，上部地層主要為粉質粘土，土層穩定，可塑性強。地下水位較底，隧道內部較干燥，未見明顯滲水滴水現象。隧道全長80m，根據現場實際情況共布設測線5條（圖1），測線總長度約400m。

二、現場檢測

1.儀器設備

作為目前最先進的、唯一能做連續測量的工程物探檢測儀器，探地雷達具有非破壞性、分辨率高、檢測速度快的優點，在檢測中視為最好的方法之一。本次檢測采用了意大利產RIS-K2型雙通道主機雷達、專用筆記本電腦（見圖2）、1600MHz天線和600MHz天線（見圖3），探測深度分別為3m和1m。

2.地質雷達探測方法原理

探地雷達由一體化主機、天線及配套軟件等部分組成，根據電磁波在有耗介質中的傳播特性，地質雷達以寬頻帶短脈沖的形式向介質內發射高頻電磁波（幾MHz-幾GHz），當其遇到不均勻體（界面）時會反射部分電磁波，其反射系數由介質的相對介電常數決定，通過對雷達主機所接收的反射信號進行處理和圖像解譯，達到識別隱蔽目標物的目的（見圖4）。

反射信號的強度主要取決于上、下層介質的電性差異，電性差異越大，反射信號越強。

雷達波的穿透深度主要取決于地下介質的電性和中心頻率。導電率越高，穿透深度越小；中心頻率越高，穿透深度越小，反之亦然。

三、檢測結果與分析

1.資料分析與解釋

地質雷達工作時，在雷達主機控制下，脈沖源產生周期性的毫微秒信號，并直接饋給發射天線，經由發射天線耦合（本次所使用的天線是地面耦合天線）到地下的信號在傳播路徑上遇到介質的非均勻體（面）時，產生反射信號。位于地面上的接收天線在接收到地下回波后，直接傳輸到接收機，信號在接收機經過整形和放大等處理后，經電纜傳輸到雷達主機，經處理后，傳輸到微機。在微機中對信號依照幅度大小進行編碼，并以偽彩色電平圖/灰色電平圖或波形堆積圖的方式顯示出來，經事后處理，可用來判斷地下目標的深度、大小和方位等特性參數.。探地雷達所接收的是來自地下不同電性界面的反射波，電性界面包括各結構層的分界面和目的體界面。

地質雷達數據處理包括預處理（ 標記和樁號校正，添加標題、標識等）和處理分析，其處理流程如圖5所示，其目的在于壓制規則和隨機干擾，以盡可能高的分辨率在探地雷達圖像剖面上顯示反射波，突出有用的異常信息（包括電磁波速度，振幅和波形等）來幫助解釋。探地雷達的圖像解釋是最終目的，其正確解釋取決于檢測參數選擇合理、數據處理得當、模擬實驗類比和讀圖經驗等因素。

2.典型松散區域雷達剖面圖

上圖為同一松散區域的兩條平行測線，圖中黑色框內為典型松散區域圖像，位置在距離測線起點約5米左右，埋深在3―6米，松散區域沿測線方向長約25米。

3.檢測結果

經過對原始數據的處理分析認為：

（1）隧道初襯每榀鋼筋間距為490mm―510mm，符合設計要求。

（2）隧道初襯厚度約為250mm―280mm，符合設計要求。

（3）雷達信號顯示，隧道周圍探測范圍內未發現松散、空洞、水囊等不良地質現象。

四、結論與建議

1.結論

通過反復對多組數據進行分析對比，結合現場實際情況，綜合分析認為：鋼筋布設間距和初襯厚度都符合設計要求，隧道周圍未發現松散、空洞、水囊等不良地質現象。

2.建議

（1）現場探測的測線起點位置都進行了標記，異常區域的位置按照起點標志點測算。建議對異常區進行孔探，以核查異常范圍和深度，并對異常區進行及時處理。對于無法布置測線的區域，根據實際情況對測線進行了合理平移處理。

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【關鍵詞】地質雷達；隧道；超前地質預報；掌子面

中圖分類號：U23 文獻標識碼：A 文章編號：1006-0278（2014）07-158-Ol

一、引言

地質雷達（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR）是利用無線電波檢測地下介質分布和對不可見目標或地下界面進行掃描，以確定其內部形態和位置的電磁技術。其特點是快速便捷、分辨率高、無損傷、探測和處理數據速度快、不影響施工，對不良地質條件有較好的探測結果。

二、基本原理及測線布置

探地雷達依據電磁波脈沖在地下傳播的原理進行工作。發射天線將高頻（100～800MHz或更高）的電磁波以寬帶短脈沖形式送入地下，被地下介質（或埋藏物）反射，然后由接收天線接收。

根據電磁波理論，當雷達脈沖在地下傳播過程中，遇到不同電性介質交界面時，由于上下介質的電磁特性不同而產生折射和反射。

電磁波的傳播取決于物體的電性，物體的電性中有電導率μ和介電常數ε，前者主要影響電磁波的穿透深度，后者決定電磁波在該物體中的傳播速度，因此，所謂電性介面也就是電磁波傳播的速度介面。不同的地質體具有不同的電性，因此，在不同電性的地質體的分界面上，都會形成電性介面，雷達信號傳播到電性介面時產生反射信號返回地面，通過接收反射信號到達地面的時間和信號強弱就可以推測地下介質的分布及變化情況。

探測時在隧道工作面布置2條呈“十”字形測線進行探測，采用100MHz屏蔽低頻天線進行，從而預報隧道工作面前面一定距離范圍內圍巖的變化情況。可根據掌現場實際工作需要，調整或增加布設測線。

三、數據處理及圖像判釋

探測的雷達圖形常以脈沖反射波的波形形式記錄。由于地下介質相當于一個復雜濾波器，介質對波不同程度的吸收以及介質的不均勻性，使得脈沖到達接收天線時，波幅減小，波形變得與原始發射波形有較大的差異。因此，必須對接收信號實施適當的處理。圖像處理包括消除隨機噪聲壓制干擾，進行自動時變增益或控制增益以補償介質吸收和抑制雜波，進行濾波處理除去高頻，突出目標體，降低背景噪聲和余振影響。最終得到各測線的成果圖，并據此進行探測對象的地質判釋。

四、工程實例

高麗隧道出露為灰巖，區內巖溶較發育。在對掌子面進行探測時，地質雷達的天線需緊貼掌子面，從左向右以10cm為平距移動，電腦進行采集數據，然后采集的數據經過處理。

根據掌子面與周邊地質情況以及地質雷達探測結果綜合分析：掌子面雷達圖像顯示前方0～8m內反射波波幅較小，衰減較快，表現為溶腔泥質充填較重，結合掌子面地質素描，初步推斷區段內巖體破碎，完整性差，掌子面前方多處發育順層垂直巖溶管道發育的小型溶腔，局部泥質充填較重；9～24m內信號頻率反射較強，振幅較強，同相軸不連續，局部信號存在震蕩，表現為掌子面前方巖體節理裂隙及溶蝕裂隙發育，巖體破碎，中部及左側反射波振幅較小，衰減較快，為泥質充填；拱頂圍巖自穩能力差，局部地下水發育。結合掌子面圍巖地質素描及地質調查情況，得出如下預報結論：掌子面前方30m圍巖巖性無明顯變化，掌子面前方巖體破碎，節理裂隙發育，溶蝕裂隙發育，受巖層產狀及地形條件影響，該區段前方有沿軸向順層及沿走向順層小型溶腔發育，泥質充填，該區段隧道埋深較淺，開挖不當極易造成掌子面坍塌甚至冒頂。

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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.

關鍵詞： 隧道襯砌質量；地質雷達檢測；正演模擬；響應規律

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

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）35-0075-02

0 引言

目前我國已經成為世界上建設隧道工程最多、發展最快的國家，高速公路的修建在未來一段時間內仍是我國交通建設的重點。在隧道建設中，需要采用一定的方法手段對隧道襯砌質量進行檢測，使隧道工程的施工質量符合設計要求，確保隧道運營安全[1]。

隧道襯砌質量檢測方法可以分為有損檢測和無損檢測兩種，有損檢測方法一般是采用鉆孔的方法檢測襯砌厚度和是否存在脫空區，這種方法比較直觀，但是會對隧道襯砌造成損傷，檢測速度緩慢，而且只能少量抽樣檢測，無法反應隧道襯砌的整體質量情況；近年來人們開始將無損檢測技術用于襯砌質量檢測中，主要是利用聲、光、電、磁等方法，對隧道襯砌的強度、密實度、均勻度和是否存在缺陷等進行檢測。與有損檢測方法相比，無損檢測方法具有操作簡單、費用低、不破壞襯砌結構等優點，其中地質雷達（ground penetrating radar，簡稱GPR）是一種快速、無損、高效的檢測方法，在工程領域得到了廣泛的應用研究[2-4]。

探地雷達通過發射天線發射高頻電磁波，通過接收天線接收反射回的電磁波，電磁波在介質中傳播時遇到電性差異分界面時會發生反射，地質雷達就是根據接收到電磁波的波形、振幅和頻率等特征來推斷介質的空間位置和形態。本文利用正演模擬軟件對隧道襯砌厚度、是否存在脫空區以及鋼筋網、鋼拱架進行地質雷達檢測正演模擬[5]，研究其地質雷達檢測響應規律，為在實際工程中的應用提供判別依據。

1 隧道襯砌常見質量缺陷

在隧道修建過程中，由于地質條件復雜、施工環境惡劣、施工工藝不規范等原因，隧道襯砌很容易發生質量缺陷。①隧道施工時欠挖或者模板支撐不合理都會造成隧道襯砌厚度不足，會導致隧道產生較大的變形，影響襯砌結構安全甚至會導致隧道發生坍塌、斷裂等嚴重后果；隧道施工時超挖部分未全部回填密實或者模板支撐不穩固導致模板下沉量過大，會導致襯砌發生脫空，嚴重影響襯砌強度；②施工單位可能偷工減料，在襯砌中使用的鋼筋網、鋼拱架用量不足，導致襯砌強度不符合設計標準。如果這些缺陷不能被及時檢查出來并加以治理，必然會留下隱患，嚴重影響隧道的運營安全。

2 地質雷達檢測正演模擬算例

2.1 襯砌厚度檢測

襯砌厚度檢測模型如圖1所示，模型x軸方向長2.0m，z軸方向深1.0m，網格劃分為200×100個，雷達天線主頻400MHz，從左到右探測掃描。模型中灰色區域為混凝土襯砌，相對介電常數為9，電導率為1×10-3S/m；黃色區域為圍巖，相對介電常數為6，電導率為1×10-3S/m；右側黑色區域為脫空區，內部充滿空氣，相對介電常數為1，電導率為0S/m。

襯砌厚度檢測模型FDTD正演結果如圖2所示，根據電磁波反射信號同相軸可以確定圍巖分界面位置，進而對襯砌厚度進行檢測，圖中位置1處襯砌厚度明顯不足，推斷為圍巖欠挖區；圖中位置2處出現拋物線狀強反射信號，且位于圍巖分界面附近，推斷為襯砌超挖回填不密實的脫空區。

2.2 鋼筋網、鋼拱架檢測

鋼筋網、鋼拱架檢測模型如圖3所示，模型x軸方向長1.0m，z軸方向深0.5m，網格劃分為200×100個，雷達天線主頻400MHz，從左到右探測掃描。模型中灰色區域為混凝土襯砌，相對介電常數為9，電導率為1×10-3S/m；中間紅色點狀物體為鋼筋網，左右“工”字形物體為鋼拱架，鋼的相對介電常數為300，電導率為1×108S/m。

鋼筋網、鋼拱架檢測模型FDTD正演結果如圖4所示，位置1處鋼筋的電磁波反射信號呈現為規則的拋物線狀信號，鋼筋網的地質雷達響應特征表現為拋物線陣列，且拋物線間距相近；位置2處鋼拱架的電磁波反射信號強于鋼筋網，表現為頂部扁平的拋物線狀反射信號。

3 結語

地質雷達是一種快速、無損、高效的隧道襯砌質量檢測方法，本文利用正演模擬軟件對隧道襯砌厚度、是否存在脫空區以及鋼筋網、鋼拱架進行了地質雷達檢測正演模擬，總結出了相應的地質雷達檢測響應規律如下：①根據電磁波反射信號同相軸可以確定圍巖分界面位置，進而對襯砌厚度進行檢測，襯砌脫空區位于圍巖分界面附近，且表現為強反射拋物線。②鋼筋的電磁波反射信號呈現為規則的拋物線狀信號，鋼筋網的地質雷達響應特征表現為拋物線陣列，且拋物線間距相近；鋼拱架的電磁波反射信號強于鋼筋網，表現為頂部扁平的拋物線狀反射信號。以上總結的地質雷達檢測響應規律為隧道襯砌質量地質雷達檢測在實際工程中的應用提供了判別依據。

參考文獻：

[1]喻軍，劉松玉，童立元.地質雷達在隧道初襯質量檢測中的應用研究[J].巖土力學，2008，29（增）：303-306.

[2]姚成華.隧道砼結構無損檢測及應用研究[D].長沙：中南大學，2004.

[3]呂凡.探地雷達在隧道質量檢測中的應用研究[D].西安：長安大學，2007.

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【關鍵詞】地質雷達；電磁波；地下障礙物勘察

1.引言

工程施工中經常遇到地下管線、防空洞等地下障礙物，不但影響工程進度，而且施工中不慎破壞了地下管線，還會帶來嚴重的經濟損失，因此探測確定地下管線、防空洞等地下障礙物的位置、大小和埋深，為跨越或避開地下障礙物提供依據，減少破壞管線事故的發生，保證工程施工的順利進行，具有實際意義。

2.地質雷達探測原理

地質雷達是利用高頻電磁波（主頻為數十兆赫至數百兆赫以至千兆赫）以寬頻帶短脈沖形式[1]，由地面通過天線Tx送入地下，經地下地層或目的體反射后返回地面，為另一天線Rx所接收（圖1）。

脈沖波行程需時：。當地下介質中的波速v為已知時，可根據測到的精確的t值（ns）。由上式求出反射體的深度（m）。式中x（m）值在剖面探測中是固定的：v值（m/ns）可以用寬角方式直接測量，也可以根據近似算出（當介質的導電率很低時），其中c為光速（c=0.3m/ns），為地下介質的相對介電常數值，后者可利用現成數據或測定獲得。

根據幾何光學的反射規律對管狀體（圓形剖面）進行反射波的走時x-t關系計算[2]，見圖2（a）。設天線（發射和接收天線合二為一）位于A處，管頂距地面為h，管徑為D，A點到反射點R的距離為y，由波的傳播規律得：

由分析過程和計算結果可知，地下管線反射的走時同相軸呈雙曲線形態，且正對雙曲線頂峰下方就是管線頂部所在位置。

3.地質雷達應用于地下障礙物探測的前提

從地質雷達工作的基本原理可知，地質雷達能夠探測地下管線等地下障礙物的基本條件是地下管線與周圍介質存在電性和物性差異，且差異越大效果越明顯[3]。常見的地下管線材料為金屬、混凝土或塑料PVC等，而地下管線周圍的介質多為巖石、砂土、黏土等。表1列舉了以上幾種材料和介質的電性和物性參數，可以看出地下管線與周圍介質的電性和物性差異較大，能夠產生較明顯的反射波。

影響地質雷達探測效果的另一個物性參數是電導率。在地質雷達的工作頻率范圍內，介質的吸收系數同電導率成正比，即。介質電導率在不同地段和不同季節差別往往很大。如果以s=l/β定義穿透深度，則當εr=14，σ=0.002（ρ=500Ωm），天線中心頻率為40MHz時，穿透深度約為l0m，而當σ=0.02（ρ=50Ωm），天線中心頻率為400MHz時，穿透深度僅為lm。因此當介質電阻率很小時，反射波在其反射路徑上的衰減很大，接收天線所接收的地下管線界面反射波信號就會很弱，甚至沒有。如果部分剖面在地下管線埋設部位探測不到目標異常，原因即在于此。

在實際工作中發現，在有些地段地下介質的電性差異變化很大。有時將剖面位置稍作移動，地質雷達記錄就會發生很大的變化；有些剖面記錄，受到周圍介質不均勻或干擾物的影響，目標管線異常形態不規整[4]。經驗表明，改變剖面位置，多做幾條剖面，選擇其中管線最清晰規整的剖面作為解釋剖面是十分必要的。這將有利于提高剖面記錄的有效性和解釋結果的可靠性。

4.地質雷達數據處理

為了確定地下障礙物的位置與埋深，需要對采集的地質雷達原始數據進行處理，地質雷達數據處理的基本步驟如圖3：

5.在實際中的應用

某城市在地鐵修建前期進行的勘探中，為防止地質鉆探破壞城市地下管線，主干道上的鉆孔在鉆探之前需進行鉆孔管線探測，下面就對探測中取得的典型雷達記錄圖像進行分析研究。

從圖4可以看出，煤氣管道與軍用光纜在雷達記錄圖像上有明顯的雷達反射波出現，而且有多次反射出現，多次反射的間距與管徑成明顯的正比關系，管徑越大，其多次波的間距越大，出現的多次波數越少；反之，管徑越小，其多次波的間距越小，出現的多次波次數越多。多次波的走時差距恰好是管徑的反映。

電力高壓線由金屬材質構成，因此介電常數大，導電能力強，衰減極大。如圖5所示，在地質雷達圖像上反映出反射波振幅非常強，信號強度大，金屬管頂反射出現極性反轉，基本上沒有多次反射波。

6. 結論

通過理論研究及工程實例應用分析，我們可以得出如下結論：

（1）探地雷達在探尋地下障礙物中有良好的勘探效性。

（2）地下管線等地下障礙物在水平地面的投影位置可由其在地質雷達記錄圖像上雙曲線同相軸的極小點來確定，雙曲線的極小點中心位置就是管線的中心位置。

（3）根據地質雷達記錄圖像上雙曲線同相軸的極小點的初至相位時間及相應介質的傳播速度可計算出地下管線的管頂埋深。

參考文獻：

[1]栗毅，黃春琳，雷文太.探地雷達理論以應用[M]北京：科學出版社，2006.

[2]李大心，探地雷達方法與應用[M]北京：地質出版社，1994.

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張家祥，碩士研究生，重慶交通大學2010級研究生1班467信箱，

、摘要：首先介紹地質超前預報的意義、內容、方法以及地質雷達的基本原理和雷達圖的定性解釋，以地質雷達在云霧山隧道超前地質預報應用為例，說明地質雷達的應用能夠準備的指導施工。

關鍵詞：地質超前預報 地質雷達 預測 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

中圖分類號：F407.1文獻標識碼：A 文章編號：

1 地質超前預報的意義和內容

我國地域寬廣，國土多為土地，相應的各種斷裂帶發育、造山帶、地下水豐富，這些都向隧道工程師提出了一系列難題，地質超前地質預報工作顯得尤為重要。作為隱蔽工程的隧道工程在開挖時，由于前方地質情況不確定，經常會因遇到破碎帶、斷層、高地應力、暗河、溶洞等不良地質體而導致泥石流、塌方、巖爆冒頂、涌泥、涌水等地質災害發生。這就需要在隧道施工中，對隧道掘進前方的危險地質情況進行地質超前預報來控制風險，及時提出調整支護參數或加固措施建議，以保證施工安全和工程質量，加快施工進度，縮短工期[1]。

隧道地質超前預報主要預測以下內容：斷層及其影響帶和節理密集帶的位置、規模和性質；軟弱夾層的位置、規模和性質；巖溶發育的位置、規模和性質；工程地質災害可能發生的位置和規模；隧道圍巖級別變化及其分布等等[2]。

2 超前地質預報的方法

隧道地質超前預報主要有以下十類： ①工程地質調查、推斷和分析方法，包括地面地質調查法、地質素描法、利用節理裂隙統計分析預測和鉆孔測速法；②地質雷達（簡稱GPR）檢測方法；③隧道內反射地震預報方法；④超前導坑法、水平鉆機超前探測法；⑤地震負視速度法；⑥TRT反射地震層析成像方法；⑦TSP超前預報技術；⑧水平聲波反射法(HSP)；⑨高頻地震法（陸地聲納法）；⑩紅外探水法。

3 地質雷達的基本原理

地質雷達探測屬于波反射法，是一種地下超高頻(106-109Hz)電磁波反射定位探測法，因此遵循幾何光學原理。地質雷達在工作時，雷達發射天線向地下連續發射脈沖式高頻電磁波，當遇到有電性差異的界面或目標體（電導率和介電常數不一樣）時發生反射波和透射波；接收天線接收反射波，經過疊加、濾波、整形和放大等處理后，在由電纜傳遞給主機，在主機上形成數據；最后把數據通過雷達處理分析系統進行處理，得到可識別的雷達波圖，通過對對雷達波圖的振幅、頻率、波形特征和時差變化規律等特性進行定性解釋。

地質雷達探測的工作原理示意圖見圖1所示。

4 雷達波的定性解釋

地質雷達圖定性解釋從反射波振幅大小及相位正反、反射波波形特征、頻率特征和時差變化規律著手分析，可總結得到以下幾種不良地質與雷達波圖像特征的簡要關系如表1所示。

地質體名稱 地質雷達圖像特征和波形特征

同向軸連續性 波形相似性 振幅強弱 能量變化

完整巖體 連續 波形均一 低幅 按一定規律緩慢衰減

斷層破碎帶 不連續 波形雜亂 波幅變化大 衰減快、規律性差

富水帶 與含水量有關 基本均一 高、寬幅 按一定規律快速衰減

溶蝕裂隙區 不連續 波形雜亂 高幅 衰減較快

裂隙密集帶 時斷時續 波形雜亂 高幅 衰減較快、規律性差

巖性變化帶 不連續 波形雜亂 一般為高幅 規律性差

5.工程實例

5.1 工程簡介

云霧山隧道為分離式雙洞公路隧道，左幅隧道起訖樁號為ZK18+165～ZK21+525，長3360m；右幅隧道起訖樁號為YK18+165～YK21+500，長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%。隧道最大埋深約277m。該隧道工程起點位于福祿鎮和平村，線路至東向西穿越云霧山中段，于銅梁縣大廟鎮學堂屋基出洞。隧址區內地形最高標高622.60m，最低標高290.00m，隧道穿過地帶相對高差達332.60m。隧道進洞口處斜坡走向北77°東，地形坡度46°；出洞口處斜坡近底部學堂屋基民房處，斜坡坡向290°，坡度角11～32°。

隧址測區東側有常年性河流壁南河，河流延伸32.87m，流域面積750K㎡。小安溪河由南向北發育，為涪江-支流，河流延伸26.7m，流域多年平均降水量為1200mm。

5.2 現場探測

隧道右線開挖至YK19+240，掌子面主要為薄～中厚層狀灰巖，巖層間夾泥，巖體節理、裂隙較發育，掌子面濕潤，巖體溶蝕較發育，滲水明顯，圍巖整體穩定性較差，頂部偶有掉塊現象發生。為了施工安全，對該掌子面前方做地質超前預報進行預測。本次預測采用了意大利IDS公司生產的RIS-K2最新型探地雷達設備，該天線主要用于地質勘測，如地下溶洞及地下水分布、隧道超前預報、節理帶斷裂帶分布、滑坡分析等方面。本次量測中選擇40MHz屏蔽天線對隧道開挖掌子面前方0~30m范圍內進行短距離地質超前預報。

本次預測范圍為掌子面前方30米，鑒于現場施工環境不安全，掌子面時有掉塊現象，只采集了三組數據，掌子面水平方向布置一條，垂直方向布置了二條。數據采集前，要對地質雷達進行參數（時間窗口長度、采樣頻率與測點間距、介電常數和增益點等內容）設置[4]；采集數據過程中，先沿沿每條縱線先自下向上，同時發射和接受電磁波，再自上向下進行探測；然后在水平方向自右往左連續地移動，再自左往右移動。此外，地質人員需對現場地質情況做好詳細記錄。

隧道測線布置如圖2所示。

5.3 數據處理與結果

使用中國礦業大學研制的GR雷達處理分析系統對收集的數據進行零線設定、背景去噪、一維FIR濾波、增益等步驟處理，可得到掌子面至ZK84+515段的地質雷達掃描圖像見圖3。

結合掌子面圍巖情況，其探測的主要成果如下表2所示為：

表2探測結果表

綜合起來，本次探測區域，大部分區域圍巖特征跟掌子面類似，可采用當前支護參數，而掌子面前方6~11米（YK19+246~ YK19+211）和16~21米（YK19+256 ~YK19+261）范圍內節理、裂隙發育，層間夾泥，溶蝕發育，伴有裂隙水，建議加強監控量測工作，掌握支護的變形情況，并加強支護措施預防突發風險，防止出現隧道事故。后經開挖證實，該預測區域的實際圍巖特征變化情況與預測的情況基本一致，采取了加強支護措施，確保了施工安全。

6 總結

地質雷達探測技術在隧道地質超前預報中的成功應用說明， 在隧道施工中，尤其是在不良地質（溶洞、水、破碎帶）的開挖，使用地質雷達做超前地質預報是比較精確和可靠的，能提供可靠的依據來指導施工，且能快速、直觀地提供準確的成果。因此，地質雷達探測技術在隧道地質超前預報中應用會越來越廣泛，它彌補了前期勘探工作的不足，大大地縮短了工期、節約了成本、提高了施工安全系數，提供更可靠、更準確的工程地質信息，為工程施工提供可靠地科學依據。

參考文獻：

[1] 葉觀寶，宋建.地質雷達在公路隧道短期地質超前地質中的應用[J].勘察科學技術，2010（20）：49.

[2] 何發亮，李蒼松，陳成宗.隧道地質超前預報.成都：西南交通大學出版社.2006:9

[3] 齊甦.隧道地質超前預報技術與應用.北京：氣象出版社.2010:125~127

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所謂的地質雷達檢測技術其實指的是一種具有精度高，與此同時還可以快速成像的高科技技術之一。歸納的說，其實這項技術主要就是借助地質雷達根據所要檢測的物體屬性發射與之對應的電波，不僅如此，還可以適當的接收部分對該物體加以判斷的發射波。經過多年來的努力研究以及在各個領域中的廣泛應用，地質雷達檢測技術作用十分顯著。

1 地質雷達技術的發展狀況以及勘測誤差分析

1.1 發展狀況

如果僅僅論地質雷達概念的提出可以追溯到20世紀10年代，然后在人們對其不斷加強研究的過程中得到越來越為迅猛的發展，而且涉及到的領域也是越來越廣泛。但是值得我們注意的是，由于雷達所發射出的電波穩定性較差，外加比較復雜，這樣一來就會對地質環境造成很大的破壞。鑒于此，一直到20世紀70年代后，隨著各種電子技術的興起與發展，雷達技術的應用領域也隨之廣泛起來，并于80年代終于使得第一臺雷達設備問世。自從這臺雷達設備的出現，廣大研究學者產生極其濃厚的興趣，并在未來的時間里取得了一些重大突破，其中以成像技術為代表，這樣一來就可以在很大程度上提高了它的分辨率，大大幫助到了路橋檢測。

1.2 地質雷達產生誤差分析

就這一點上來看，主要表現為：（1）反射信號時間差。通過調查發現，要想十分準確地對反射信號時間差進行記錄，我們首當其沖需要做的就是根據實際需要確定計算時間的起點。話雖如此，但是我們要是將探地雷達的觸發點（反射信號的）看作是物理時間的起點位置依然會存在一些問題。首先，直達波信號和地面反射信號的干擾如果比較強烈的話，會使整體記錄面貌變壞，這樣一來就會在一定程度上影響增益設置以及自動增益的使用效果。除此之外，天線的位置通常情況下都會隨著路況的不同而出現起伏顫動，在這個時候我們要想準確無誤的識別地面反射點的位置并非易事。鑒于此，要想盡可能的提高起始零點的標定精度，我們最為常用的做法就是將地質雷達配備自動調零設置，設同時將時間起點移到地面反射信號位置。

2 在公路檢測中的實際應用

通過以往大量的應用結果表明，公路路基在通常情況下會由于含水量過高、承載力較低、壓實度無法達標等綜合原因，會在很多時候造成路基產生過量沉陷，這樣一來就會形成空洞或者暗穴，情況嚴重的話局部還會產生滑坍等。另外，還會因為公路結構層透水性差而造成局部出現集水現象。如果是這樣的話就會產生軟弱體等病害。通過多年的實踐情況看來，形成公路病害的原因是多種多樣的，有本身質量所導致的，也有自然風化或者是外界作用產生的。有一點值得注意的是，路基和路面問題通常是結伴而行的，而并非獨立存在，因此在調查公路病害的過程中，查明“病因”顯得尤為重要。以下就是地質雷達技術在路橋檢測中的幾種主要應用。

2.1 檢測公路基層與路基損壞程度

通過實踐表明，如果檢測出基層及路基損壞的區段較多的話，在雷達資料上的結構層會表現為界面反射凹凸不平，反射波出現一定程度的扭曲。雖然說該段基層反射波起伏比較小。但連續性在通常情況下不是十分好的。如果發現路床反射非常微弱，但反射起伏程度比較大，這就可以從側面說明路基及基層已遭受外界的破壞。

2.2 檢測公路路面裂紋

通常而言，裂紋在高速公路病害異常中是肉眼難以捕捉到的。我們可以根據雷達探測原理可得出以下結論：頻率越高，探測越淺，分辨率也會隨之越高，反之亦然。從這一點上來看，雷達探測在通常情況下可有效解決淺層部位的裂紋異常現象，如果是深部的裂紋我們最好的辦法就是采用超聲波探測法。主要表現為向兩邊分散的產生一定角度的同相軸。

3 地質雷達技術在修建橋梁工程中的實際應用

通過多年的實踐表明，地質雷達技術在橋梁修筑中的應用主要表現為以下幾個方面。

3.1 地質雷達應用于橋梁施工前的地質勘察

換言之，就是可以通過這種地質雷達來有效檢測出地質條件，從而發現一些溶洞、夾泥層以及裂縫等所謂的不良地質體，這樣一來就可以很好的提醒施工單位進行安全施工做好充足的準備，比方說某一個橋梁沉降檢測中，發現該橋梁竣工通車之后在很短的時間里有部分橋面出現了不同程度的下沉，在這個時候我們應用地質雷達就很容易的發現這是由于地層的底部位置存在較多的裂縫帶以及溶洞。

3.2 地質雷達應用于橋梁施工過程中

通過多次的實踐發現，在樁基施工之前我們可以通過雷達來有效的檢測出基地的實際地質情況，并且在第一時間內發現溶洞或者夾泥層等一些不良現象后迅速的予以處理，從而保證施工質量能夠達到設計要求，比方說在LTD2100+GC400兆赫的檢測過程中，施工人員可以在基底位置布置兩條測線（具體是安置在哪個位置依據實際情況而定），然后可以沿著邊線緊緊貼住移動地面天線進行檢測。經過正確的操作過后發現在基底下方的3m處存在較為強烈的反射信號，工作人員挖開后果然是夾泥層，這就證明了雷達檢測結果的準確無誤。

3.3 在橋梁建筑竣工后進行驗收以及維護中的應用

我們可以發現，在竣工后我們可以通過地質雷達技術正確的檢測出鋼結構的水平以及垂直分布情況，與此同時還能夠發現橋梁結構的內部存在哪些不足之處等，如果一旦發現鋼結構分布情況與設計資料當中的路面厚度不相符合，或者是施工與運營過程中所導致的內部缺陷等相關問題后，施工單位可以派遣專職人員在第一時間進行處理，從而最大限度地減少人力、物力、財力的重大損失，保障橋梁為人們出行提供便利。

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關鍵詞：地質雷達；鋼筋定位；浯溪口大壩。

中圖分類號：TV431+.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0049-02

1 工程概況

浯溪口水利樞紐工程位于江西省景德鎮市蛟潭鎮境內，距景德鎮市約40 km，是一座以防洪為主，兼顧供水、發電等的II等大（二）型水利樞紐工程。浯溪口水庫總庫容為4.747億m3，大壩壩頂高程65.5 m，正常蓄水位56.0 m，最大壩高46.8 m，壩軸線長度498.62 m，主要建筑物為非溢流壩、溢流壩、河床式廠房。

在河床式廠房施工過程中，因設計變更，需要在2號和3號機組管型座側墻鋼筋網中鉆孔，進行植筋施工，以提高管型座基礎的抗拉抗剪能力。側墻縱向鋼筋網間距僅為20 cm，且在鋼筋綁扎施工過程中存在偏差，鉆孔植筋過程中極易碰到鋼筋網，造成二次鉆孔，甚至損傷側墻主筋。因此，必須準確進行鋼筋定位，為鉆孔植筋做好準備。

為了2號和3號機組管型座側墻鋼筋準確定位，為后續鉆孔植筋施工提供參考，對比目前無損探測的方法，采用地質雷達來確定管型座側墻（左右：4.0～4.1 m寬，上下：6.0-6.1 m）鋼筋位置。

2 地質雷達探測原理簡介

地質雷達是采用高頻電磁波探測地下地質結構與特征的探測技術，在探測時將發射天線和接收天線放置于測試區域地表上進行探測，如圖1所示，考慮到場地內目標深度，為提高雷達剖面分辨率，發射天線和接收天線以固定間隔沿測線同步移動，移動一次采集一道數據。這種探測方式非常適合比較惡劣的工作條件。

地質雷達向地下目標體發射的電磁波信號在傳播的過程中，遇到電性差異的目標體（如巖溶、裂隙等）時，電磁波便發生反射，由接收天線接收反射波。在對地質雷達數據進行處理和分析的基礎上，根據雷達波形、電磁場強度、振幅和雙程走時等參數便可推斷地下巖體的地質構造。目標體到測試面的距離：

d=V×Δt/2

其中，Δt為電磁波的雙程走時，ns；v為電磁波的傳播速度，cm/ns。

介質中電磁波的傳播速度：

v=C0/（2×ε）

其中，C0為電磁波在空氣中的傳播速度，30 cm/ns；ε為介質相對介電常數，一般情況空氣取1，水取81，石灰巖為6～7。

實際上，電磁波在介質界面產生反射是因為兩側介質的介電常數不同，差異越大反射信號越強烈，反之反射信號越差。由電腦所收集并存儲的每一測點上的雷達波形序列形成一個由若干記錄道組成的地質雷達剖面，如圖2所示。

地質雷達雖探測精度高，但發射天線能量有限，探測深度較淺。考慮到場地內目標深度，為提高雷達剖面分辨率，采用發射天線和接收天線以固定間隔沿測線同步移動的工作程序，移動一次采集一道數據。

步長0.02 m，記錄長度10 ns左右，32次疊加。地質雷達雖探測精度高，但能量有限，探測距離較淺。本次測試采用中心頻率為1.2 GHz的天線進行測量。

3 地質雷達數據采集及處理

地質雷達采用高頻電磁波的形式進行地下介質的探測，其運動學規律與地震勘探方法類似，因而地震勘探的數據采集方法可以被借鑒到地質雷達野外測量中，其中包括反射、折射和透射測量方式。

在反射測量方式中以剖面法多次覆蓋技術為主，其他方法為輔。

剖面法是發射天線和接收天線以固定間距沿測線同步移動的一種測量方式。

剖面法的測量結果用地質雷達時間剖面圖像來表示。當天線距離很小時，相當于自激自收的數據采集方式，得到的記錄能較準確地反映測線處各反射界面的形態和介質體的空間位置等信息。然而，由于地下介質對電磁波的吸收，來自深處界面的反射波會由于信噪比過低而不易識別，這時需應用不同天線距的發射一接收天線在同一測線上進行重復測試，然后將測試記錄中相同位置的記錄進行疊加，以增強對深部介質探測的分辨率。在探測過程中，可以根據現場地形、設備狀況以及實際需要來選擇不同的測量方式。

地質雷達數據處理的目的主要是壓制各種噪聲，增強有效信號，提高資料信噪比，以最大可能的分辨率在地質雷達圖像剖面上顯示反射波，以便從數據中提取速度、振幅、頻率、相位等特征信息，幫助解釋人員對資料進行有效的地質解釋。

地質雷達的數據處理流程一般分兩部分：

第一部分為數據編輯，包括數據合并、廢道剔除、測線方向一致化、漂移處理；

第二部分是常規處理以及地質雷達圖像增強處理，包括數字濾波、振幅恢復、均衡、歸一化、小波變換、時深轉換等。

4 探測剖面解釋與分析

本次地質雷達數據采集的測線布置如下：分別在2號和3號機組管型座基礎左、右邊墻（左右4.0～4.1 m寬，上下長6.0～

6.1 m）布置井字形測線，即橫向兩條、縱向兩條。

3號機組管型座基礎右邊墻橫向測線雷達測試處理結果圖，如圖3所示。橫坐標為水平距離（m），縱坐標左為深度（m），縱坐標右為時間（us），圖像顯示右邊墻距地面1.36 m，下游至上游段（0～4.1 m），混凝土表面以下深18～27 cm范圍內，存在多組強振幅雷達反射波組，波形具有弧形的特征，較凌亂，與周圍的波形存在明顯的差異，推測為混凝土中的鋼筋等金屬物，其弧形的頂端即為鋼筋的位置，見表1和如圖3所示。

5 結 語

地質雷達是一種高分辨率的現代地球物理探測技術， 它具有很強的抗干擾能力和較高的現場測試效率。

該技術用于工程中的地質缺陷探測能準確快速地測定缺陷的分布情況；該方法用于水電站等工程巖體及混凝土的缺陷探測，可以較好地確定缺陷發育的形態及空間分布，了解目標體的地質缺陷情況。

因此， 地質雷達技術是類似的地下工程巖體處理探測的一種快捷的， 有效的手段， 值得推廣。

地質雷達測量方式、測線布置及系統參數的選擇直接影響著野外數據采集的質量，只有根據測量環境以及探測目標體的大致走向、規模、物性等情況綜合分析，做出合理選擇，才能保證所測地質雷達圖像資料的準確性和客觀性。

本次現場探測， 中心頻率為1.2 GHz 的天線既具有理想的分辨能力， 又能得到合適的探測深度。因此， 該種范圍頻率的天線是這類探測工作的最佳天線。

就現場測試條件而言， 要求測線兩端及其附近一定范圍內無施工機械設備存在；同時要求測線所在位置平坦， 無雜亂其他金屬體， 只有這樣才能避免地表物體所形成的側面反射的干擾， 獲得高質量的檢測資料。

根據地質雷達圖像的波形、頻率、振幅、相位及電磁波能量吸收情況（或自動增益梯度）等細節特征的變化規律，得出地質雷達圖像解釋的地質現象，也有利于以后地質雷達圖像識別和經驗積累。

本次鋼筋的探測結果，通過鉆孔驗證，實際位置與探孔測試結果吻合，說明地質雷達是可以在鋼筋定位測試中應用的。

參考文獻：

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[2] 譚紹泉，劉泰生，徐錦璽，等.地質雷達技術在表層結構調查中的應用與 研究[J].石油物探，2003，42（1）：59―62.

篇8

[關鍵詞] 地質雷達 隧道檢測 襯砌厚度

1.前言

寧夏南部山區隧道是寧夏公路隧道的開始，其隧道檢測任務由寧夏交通科研所承擔，隧道襯砌是隧道施工的一個重要環節，以前隧道施工過程中，對于初襯厚度檢測主要用鑿孔法，對于二襯檢測主要用鉆芯取樣法，均屬于破壞性檢測方法，其具有檢測速度慢，成孔垂直度較難控制，且探桿感覺、卷尺量測受人為因素影響較大，同時破壞隧道防排水系統，影響隧道壽命，檢測結果代表性差，難以全面反映隧道整體及各部位質量等缺點。而地質雷達檢測技術采用了先進的連續透視掃描無損探傷技術，探測精度比傳統檢測方法高，且又是連續掃描，可獲得隧道探測的連續結果。這種檢測手段目前在國內外得到了廣泛應用，并取得了重要成果。

2.地質雷達的工作原理

地質雷達(Ground Penetrating Radar,簡稱GPR)是利用超高頻電磁波探測地下介質分布的一種地球物理勘探儀器[1-5]。屬于電磁波的范疇,它是利用電磁波在不同媒體中的傳播與反射特性來進行探測的。地質雷達通過隧道表面向襯砌內部發射電磁波，電磁波遇到不同媒質的界面時會發生反射和透射，當反射波被返回襯砌表面后，又被地質雷達接收，此時便記錄下了電磁波返回的時間。當發射和接收天線沿檢測物表面逐點同步移動時，就能得到其內部介質的剖面圖像。根據電磁波的旅行時間、幅度頻率與波形變化情況，推斷介質的內部結構及目標體的深度、形狀特性參數。

地質雷達在勘查中的基本參數描述如下：

(1) 電磁脈沖波旅行時間

式中：z―勘查目標體的埋深；x―發射、接收天線的距離（式中因z>x,故x可忽略）； v―電磁波在介質中的傳播速度。

(2) 電磁波在介質中的傳播速度

式中：c―電磁波在真空中的傳播速度（0.29979m/ns）；-介質的相對介電常數；-介質的相對磁導率（一般）

(3) 電磁波的反射系數

電磁波在介質傳播過程中，當遇到相對介電常數明顯變化的地質現象時，電磁波將產生反射及透射現象，其反射和透射能量的分配主要與異常變化界面的電磁波反射系數有關：

式中：r - 界面電磁波反射系數；-第一層介質的相對介電常數；―第二層介質的相對介電常數。

(4) 地質雷達記錄時間和勘查深度的關系

3.地質雷達在隧道檢測中應用時遇見的問題

由于地下介質相當于一個復雜的濾波器，介質對波的不同程度的吸收以及介質的不均勻性質，使得脈沖到達接收天線時，波幅減小，波形變得與原始發射波形有較大的差異。條件不好的情況下，地質雷達在接收有效信號的同時，也不可避免地接收到各種干擾信號。產生干擾信號的原因很多，隧道中常見的干擾有電纜、襯砌表面金屬物體、天線耦合不好，地下異常的多次反射波等。對于以上情況圖像的判識，需要經驗，干擾波具有特殊形狀，一般易于辨別和確認。

4.工程實例

4.1 工程概況

福銀高速公路橫穿寧夏南北，響應西部大開發政策，帶動寧夏經濟的發展。受地勢條件的影響，在寧夏南部山區必須涉及到地下工程。目前開工的隧道有三十里鋪隧道、牛營子隧道、大灣隧道和什字隧道。四條隧道基本都位于I類、II類、III類圍巖中，大部分圍巖是由強風化性砂巖和泥巖及黃土覆蓋層組成，局部地方有地下水的存在，地質條件較差，施工難度大。為了對隧道質量做有效的控制，我們寧夏交通科研所利用地質雷達技術對隧道的襯砌質量及其回填密實情況進行檢測。

4.2 測線布置

為了較全面的控制隧道質量，在所檢測的段落內沿隧道軸線方向布置了5條測線，對隧道襯砌質量進行較有效的監控。橫斷面測線布置具體見圖1。

4.3 地質雷達圖像的采集

在此檢測過程中我們采用的是800MHZ的天線，重2.6kg，便于攜帶，它主要用于淺層高分辨率探測，探測深度2～3.5 米，適合于隧道的襯砌檢測。在初襯檢測過程中，由于表面較粗糙距離采集難以實現，輪子出現不轉的現象，數據采集不完整。因此我們采用時間采集法，在采集的過程中，根據現場樁號每5m打一個標記。采集完后再將時間采集文件改成距離采集文件，結合5m標記確定缺陷的具置。二襯檢測過程中我們采用的是距離采集法，由于天線沿隧道縱向移動時，其測線不是真正意義上的直線，有時是蛇形狀式前進，所以我們每10m打一個標記，便于記錄里程與實際里程核對。

對電磁波波速的估計是很重要的，它是進行準確時深轉換的基礎，對于確定反射體的深度至關重要，測量中要給予特別的關注。可以有不同方法估算電磁波速：

(1) 根據地層類型和含水情況使用參考速度值；

(2) 利用已知埋深物體的反射走時求波速；

(3) 利用一個孤立反射體，其垂直反射走時T1，偏移觀測走時T2，偏移距x，計算深度H和波速V：

4.4 地質雷達數據的分析

4.4.1 干擾信號的識別

地質雷達圖像的識別是檢測過程中較關鍵的一步，地質雷達在接收有效信號的同時，不可避免地接收到各種干擾信號。在分析圖像時必須有區別干擾信號和缺陷信號的能力，對隧道中常見的干擾（如：電纜、襯砌表面金屬物體、天線耦合不好，地下異常的多次波等）信號有所認識，有利于準確的判斷其缺陷的情況。

4.4.2 襯砌背后回填情況的判識

（1）襯砌背后空洞的判識

空洞是指隧道襯砌背后沒有全部回填，襯砌與圍巖間空氣存在區域。由于空氣與混凝土的介電常數差異較大，襯砌與圍巖之間有明顯的空隙，地質雷達圖像中就會表現為襯砌界面反射信號增強，如果空洞較大，還會在界面信號下方產生繞射信號。

（2）襯砌背后回填密實的判識

回填密實是指襯砌與圍巖密貼、無間隙。由于襯砌混凝土與圍巖的介電常數差異較小，如果襯砌密貼，地質雷達圖像中就會表現為振幅較弱的界面反射信號或沒有界面反射信號。若襯砌背后絕大部分回填密實，只有局部存在空隙，地質雷達大部分圖像與回填密實圖像的征狀相同，只有局部襯砌界面呈強反射信號。

5.結論

在寧夏南部山區的四個隧道中使用地質雷達對其襯砌進行無損檢測,檢測內容主要為隧道襯砌混凝土密實性、脫空及厚度等，對于提高隧道施工質量具有極大的促進作用。襯砌混凝土與圍巖之間存在著物性差異，而缺陷部位襯砌混凝土被水或空氣充填與密實的混凝土的物性差異較大。因此,采用地質雷達法對隧道襯砌混凝土質量進行檢測是可行的。通過長期檢測得知，隧道襯砌的薄弱環節是拱頂的混凝土施工，尤其是人力施工時，更要注意拱頂的襯砌厚度和襯砌背后回填密實情況，在施工中要注意加強這個環節的管理。雷達檢測不僅用于隧道中，對于公路路基、水利水電工程的大壩、交通洞、引水隧道、地下管線、地基加固效果檢測、巖溶、滑坡、探測和維護古建筑物結構及進行考古研究等方面也同樣可以應用。

參考文獻：

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[2]徐宏武,邵雁,鄧春為.探地雷達技術及探測的應用[J].巖土工程技術,2005,19(4):191-194.

[3]黃秀成,秦之富,朱如榮等.公路隧道地質雷達地質預報方法探討[J].公路交通技術,2004,(5):107-111.

篇9

[關鍵詞]高密度電法、地質雷達、地質災害治理

[中圖分類號] TN95 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-1-203-1

0引言

廣東省鎮隆鎮長龍村田螺墩水庫建設于20世紀80年代，是本地村民的主要水源。由于該水庫建設年代較久遠，維修力度不夠，且正值雨季，雨量較大，水庫壩體下方50米處出現漏水漏沙現象。勘探目標壩體一半為山脊原狀土，一半為人工填土。漏水位置推測在原狀土與人工填土結合部分。為了查明引起水庫壩體滲漏段位置、滲透范圍、危害程度，結合野外場地實際情況，采用高密度電法，與地質雷達方法配合，獲得了漏水壩體較詳細的資料。為后期治理提供了依據。

1工區概況及地球物理特征

勘查區位于長龍村邊的山坳中，三面環山，另一側是村莊。漏水壩體正對村莊。雨季雨量較大，水庫內水位已經超越警衛線15cm。壩體隨著水位升高損壞更加嚴重。物探工作開展之前，已經用沙袋阻住漏水位置，防止壩體填土隨水流失。為了避免發生嚴重事故，當地相關部門采取積極措施治理災害。

當壩體發生漏水現象時，滲水段與周圍壩體存在明顯的電性差異。壩體由山脊原狀土和夯實土構成，由于正值雨季，整個測區視電阻率值偏低，山脊原狀土和夯實土視電阻率值較高，約在103Ω?m左右，當含水或充水時，視電阻率值一般在102Ω?m左右；地下非均勻介質存在介電常數與電導率的明顯差異而構成了電磁波反射界面。當地下介質均一性較好時，雷達反射波強度很弱，常為低幅高頻細密波。若地質體松動，受其影響土層均一性較差，出現強反射波組。滲水處或充水處會形成和周圍地質體的反射程度的強烈差別。因此可以根據高密度電法和地質雷達方法找出壩體滲水段位置。

2工作方法

2.1物探方法概述

2.1.1高密度電法

高密度電法是近年來快速發展起來的一種電法勘探新技術，其基本原理與傳統的電阻率法完全相同，不同的是，高密度電法是一種陣列勘探方法，也稱自動電阻率系統，是直流電法的發展，其功能相當于測深與電剖面的結合；測點密度大、使用的電極數量多，而且電極之間可以根據排列裝置不同自由組合，野外只需將全部電極置于測點上，然后利用儀器可以實現數據的自動采集。

高密度電阻率法是以巖土體導電性差異為基礎，通過研究在人工施加的電場作用下，地下傳導電流的分布規律，揭示地層結構和其它隱伏的地質現象。通過電極向地下供電，測量接收電極之間的電位差，求得該測點的視電阻率值，從而推斷解釋地下地質結構。工作時，通過高密度電法測量系統中的軟件，控制著在同一條多芯電纜上布置連結的多個（60～120）電極，使其自動組成多個垂向測深點或多個不同深度的探測剖面，根據控制系統中選擇的探測裝置類型，對電極進行相應的排列組合，按照測深點位置的排列順序或探測剖面的深度順序，逐點或逐層探測，實現供電和測量電極的自動布點、自動跑極、自動供電、自動觀測、自動記錄、自動計算、自動存儲。通過數據傳輸軟件把探測系統中存儲的探測數據調入計算機中，然后對實測的電阻率剖面進行計算、分析、處理，形成視電阻率等值線斷面圖，即可獲得地層中的電阻率分布情況，快速而準確地獲取豐富的地下信息。這種方法原理簡單，圖像直觀，是一種分辨率較高的物探方法。該方法在工程與水文地質勘探和礦產、水利資源勘查中有著廣泛的應用。

2.1.2地質雷達

地質雷達技術是一種高精度、連續無損、經濟快速、圖像直觀的探測手段，是用于確定地下介質分布的電磁波技術。地質雷達的基本原理是，由發射天線輻射一個電磁脈沖，當遇到介質分界面或地下異常體時，該電磁脈沖被反射回來，并被接收天線接收，該記錄信號形成一道類似于地震記錄信號的圖象。

地質雷達主要由監視器（計算機）、控制單元、天線等組成，控制單元是雷達的核心部分。對地質雷達來說，它的剖面橫坐標是距離，即探測剖面的地面位置；縱坐標是電磁波在介質中的雙程走時，是時間坐標。

地質雷達系統主要由以下幾部分組成：

⑴控制單元：控制單元是整個雷達系統的管理器，計算機（32位處理器）對如何測量給出詳細的指令。系統由控制單元控制著發射機和接收機，同時跟蹤當前的位置和時間。

⑵發射機：發射機根據控制單元的指令，產生相應頻率的電信號并由發射天線將一定頻率的電信號轉換為電磁波信號向地下發射，其中電磁信號主要能量集中于被研究的介質方向傳播。

⑶接收機：接收機把接收天線接收到的電磁波信號轉換成電信號并以數字信息方式進行存貯。

⑷電源、光纜、通訊電纜、觸發盒等輔助元件。

地質雷達（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR）依據電磁波脈沖在地下傳播的原理進行工作。發射天線將高頻（106～109Hz或更高）的電磁波以寬帶短脈沖形式送入地下，被地下介質（或埋藏物）反射，然后由接收天線接收。

2.2工作布置

為了詳細掌握滲水壩置的詳細信息，根據測區內場地環境、滲水段大致位置等實際情況，勘探深度設為15m～30m。高密度電法共布設3條測線，儀器采用重慶地質儀器廠生產的DUK―2A高密度電法儀，采用溫納裝置，每次布置一個排列，每排列60個電極，并保證60根銅電極與地面接觸良好，采集的數據準確可靠，數據用系統配套的處理軟件編輯、地改、反演后制成剖面圖。3條測線按照勘查次序依次編號為DF1，DF2，DF3。其中DF1電極距1.5米，排列長度90m。DF2電極距1m，排列長度60m。DF3電極距2米，排列長度120米。共270m。地質雷達儀器是瑞典產RAMAC/GPR地質雷達，采用50MHz非屏蔽超強地面耦合天線，點距0.5m。總測線長度為170m，測點數為342點。采集后的數據利用reflexw處理軟件，經過去零漂、調整零值、增益恢復、去除背景、帶通濾波、點平均等一系列數據處理后形成雷達圖像。

2.3成果與推斷解釋

根據地球物理勘探調查成果，綜合確定出水庫壩體滲水路段位置。

綜合地質雷達和高密度電法勘探成果，勘查區內異常位置基本吻合。高密度電法剖面上低阻異常與地質雷達剖面的異常區位置和深度基本相同。此異常深度為測線位置以下的垂向深度。

3結論

篇10

關鍵詞：公路隧道；超前地質預報；地質雷達

中圖分類號： U45 文獻標識碼： A 文章編號：

在隧道施工期間對其掌子面前方地質情況的超前預報已歷經幾十年的發展。英、法、日、德等國家均已將期其列為隧道工程建設的重要研究內容。我國超前預報[2、3]的研究始于20世紀50年代末,但真正應用于隧道工程建設(包括其地下工程)是在70年代谷德振根據礦巷施工進度和掌子面地質性狀做出的礦巷前方將遇到斷層并將引發塌方的成功預報為序,開始了我國隧道施工期地質預報的研究和應用. 現代隧道建設發展趨勢是隧道越建越長,穿越的地層地質條件越來越復雜。由于隧道工程的復雜性和不可預見性,在現有經濟技術條件下,隧道施工中各種不良地質災害的預測是復雜條件下山嶺公路隧道施工中面臨的最主要任務,尤其是隧道施工開挖工作面前方地質情況的預報是國內外工程地質和隧道工程關注而又沒有得到很好解決的難題。

1地質雷達的工作原理

地質雷達（GPR）是一種用于探測地下介質分布的光譜電磁技術，地質雷達發射電磁波信號到地下介質中，當遇到存在電性差異的地下目標體（巖石破碎帶、溶洞、斷層裂隙等）的電性介面時，就有部分電磁能量被反射折向地面，被接收天線接收，根據接受到的電磁波波形、強度。雙程走時t等參數推斷地下目標體的空間位置、結構、電性及幾何形狀，從而達到對地下隱蔽目標物的探測。當地下介質的波速已知時，可根據測到的精確t值求得目標體的位置和埋深。這樣，可對各測點進行快速連續地探測，并根據反射波組的波形與強度特征，經過數據處理得到地質雷達剖面圖像。而通過多條測線的探測，則可了解場地目標體平面分布情況。

電磁波行程用下式確定為：t=,,-,,,-,,,-,,,-,4z-2.+,x-2..-..-..-v；式中：t為脈沖波走時（ns,1ns=10-9s）；z為反射體的深度（m）；x為T與R的距離（m）；v為雷達脈沖波速(m/s)；由于地質雷達所使用的是高頻電磁波。電磁波與介質的相對介電常數可以表示：V=,C-,-,-,-,-,-,-,-,ε-γ.........；其中C為光速（3×102m/s）；,ε-γ為相對介電常數[5]。

根據地質雷達的應用目的不同選擇不同的測線布置：在地質超前預報中，需要探測的區域為掌子面前方的圍巖，掌子面上測線的布置關系到本次預報結果的準確性。公路隧道的選址不同,隧道所處的地質情況不同，隧道施工過程中遇到不良地質情況也差異性比較大。總結以前公路隧道施工所遇到的不良地質,常見的不良地質情況有：斷層破碎帶、大型溶洞、節理密集強風化帶、突泥、涌水和災害氣體等。結合成武返家山隧道施工實際情況，對其掌子面前圍巖情況的預報采用：美國GSSI公司生產的SIR—3000地質雷達，天線中心頻率為100MHz。

2工程實例概況

成（縣）武（都）高速公路武都西隧道位于武都馬街鎮西側山體上，該隧道設計為分離式巖質隧道。隧址區位于剝蝕中低山地貌區。山體地形東部較為平緩，略有起伏，西側較陡，呈中間高兩側低形，自然坡度約50°，進口段位于省道S205右側下部，穿越沒水山后重新與S205相較后以北峪河11號跨越北峪河。

3探測結果分析

選擇CW18武都西隧道右線YK86+645掌子面上的探測結果進行預報分析。由探測結果可知，其波形主要特征：波形雜亂，至深部反射波都存在一定強度同相軸錯亂，波幅衰減很快，反射界面錯亂。隧道YK86+645為深埋段，地表坡度較陡，上部千枚巖及碳質千枚巖變質十分發育，風化程度較大。推斷在該掌子面前面地質情況復雜，巖體較破碎，層理發育且含水量少。預計在開挖過程中會經常出現拱頂垮塌造成圍巖嚴重超挖，為了能有效控制這種不利情況，要求施工方在開挖前打設超前注漿錨桿，短臺階進尺，弱爆破或機器開挖，開挖后采用雙層支護。經掘進證實，該巖體強度極差，呈層狀。

掌子面前方3～15m以內雷達發射波強烈,與15m以外泥灰的微弱發射波形形成鮮明的對比,在3m～15m 圍巖回波波形不穩定，回波相似性較差，同相軸不連續，中部偏左缺失，推測為節理裂隙發育，巖性不穩定。掌子面12m中部偏左圍巖較破碎，節理裂隙發育。經開挖驗證，現場情況與預報結果基本相符。根據1線布置雷達波圖像顯示掌子面前方兩側雷達波強反射同相軸，局部存在雜亂波形，層面較發育無水，巖體物性差異增大，圍巖變差大；圍巖呈碎裂~松散結構，圍巖破碎，及以后圍巖為受構造影響很嚴重的碎塊，軟弱破碎。

4結語

通過分析工程實例探測結果表明，使用地質雷達進行隧道掌子面前方不良地質預報是比較理想的方法，即快速又經濟。對保證公路隧道安全施工具有重要的指導意義。同時，由于隧道掌子面的平整與否，對探測結果的準確性有一定影響。在實際操作中應注意天線的定點和貼壁，否則會使雷達探測結果產生畸變，所以在超前地質預報工作中，應當根據工程的實際情況選擇地質雷達測量參數，并結合雷達探測結果、隧道開挖掌子面的情況和隧道區域地質情況對測試結果進行綜合分析。

參考文獻

[1]何發亮，李蒼松. 隧道施工期地質超前預報技術的發展[J]. 現代隧道技術，2001，38（3）：12－16

[2] 葉英. 隧道施工超前地質預報人民交通出版2011,（2）：156-165