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
数。
地质雷达所使用的是高频电磁波，因此地质雷达在地下介质中的传播速度主要由介质中的相对介电常数确定。
电磁波向地下介质传播过程中，遇到不同的波阻抗界面时将产生反射波和透射波。反射和透射遵循反射与透射定律。反射波能量大小取决于反射系数R，反射系数的数学表达式为：
R =[（ε1）1/2 -（ε2）1/2]/[（ε1）1/2 +（ε2）1/2] （4）式中ε1和ε2分别表示反射界面两侧的相对介电常数。
由(4)可知，电磁波在反射系数取决于介质的相对介电常数，介电数差异越大，雷达波形越清晰。空隙中空气的相对介电常数为1；软弱夹层(黏土)在9~ 14之间；水为81；砾岩在4~ 6之间。几者间的相对介电常数差异较大，这为雷达方法作超前预报提供了较好的地球物理前提。
电磁波在介质中传播的路径——波形将随所通过介质的电性及几形态而变化，根据接收到波的旅行时间(亦即双程走时)、幅度、频率与波形变化资料，可以推断介质的内部结构以及目标的深度、形状等，利用电磁波在介质中的波速和旅行时间可以计算介面深(h=v*t/2)。当发射天线沿欲探测物表面移动时就能得到其内部介质剖面图像。反射脉冲的信号强度与界面的波反射系数和穿透介质的波吸收程度有关。影响地质雷达的预报深度、分辨率这两个重要指标的因素包括两方面。内在因素主要是指探测对象所处环境的电导率，介电常数等因素。相对介电常数随介质中的含水量变化而急剧变化，含水少的介质其值较大。外在因素主要与探测所采用的频率，采样速度等探测方法有关，通常只有外在因素才具有选择性。在实际应用中必须综合考虑这些因素，采用适当的方法技术。探测时所采用的天线中心
频率称为探测频率。而其实际的工作频率范围是以探测频率为中心的频带。当中心频率f 一定时，在特定介质中传播速度V也已知，根据公式K= V/ f，波长也是定值。当地质体层厚小于1/ 4 波长时，反射波不能反映中间层，所以探测频率决定了探测的分辨率。同时，介质对高频波吸收快，低频波吸收慢。所以频率越高，探测深度越浅，分辨率越高，频率低时则相反。所以超前预报要选用的频率来满足探测深度和精度(分辨率) 两方面的要求。一些基于经验的探测深度、分辨率与中心频率的关系见表1。经综合考虑，超前预报常选用中心频率为100 MHz 的天线( 也可选配其他合适频率天线作辅助测量) 。表1 经验探测深度、分辨率与天线中心频率的关系
二、检测设备、方法及现场测线布置
对于不同深度、不同岩性的探测目的层与目的物，在应用地质雷达检测时，需选择相应频率的天线和适当的仪器参数。要探测到较深的地质情况，就必须选用相对较低频率的天线，本次检测选用了100MHz天线。
使用的设备：美国劳雷公司SIR-3000型地质雷达（如图2所示）；天线频率100MHZ。
检测方法是：在掌子面上布设测线或测点，由天线向地层中发射一定强度的高频电磁波，电磁波在传播过程中遇到与周围电阻抗有差异的地层或目标体时，部分能量反射回来，被接收天线所接收，通过分析雷达图像特征，预测前方围岩情况。该方法分辨率较高，方向性
较好，能够分辨出较小规模的地质异常，能及时预报出掌子面附近的破碎带、溶洞及赋水等不良地质情况。
本次采用了连续线测及点测试方法，测线及测点布设见图3。
图2 SIR—3000型地质雷达图3 雷达测线及测点布设图
三、实列分析与研究
下面介绍地质雷达在广东省某隧道地质超前预报中的应用。该隧道全长约750m。隧道掌子面岩石岩性为二长花岗岩，青灰色，中粗粒结构，块状构造，节理、裂隙较发育，无水，掌子面岩石整体接触较好，结构较稳定，右下角岩体较破碎且强度较低，因岩石节理面近似垂直，拱顶层面组合受震动易出现局部掉块、超挖，综合评价掌子面岩块结合性一般，整体稳定性一般。（如图4所示）围岩级别为Ⅱ～V级。
图4 掌子面围岩
图5 雷达测试波列图（线测）
通过对地质雷达图像的分析，距目前掌子面13～25米范围内雷达反射波较强，预计该段围岩与目前掌子面相比较会稍有变化，岩石岩性主要为二长花岗岩，节理、裂隙发育，同时还可能存在小的破碎带，拱顶层面组合受震动易出现局部掉块，整体稳定性较差。
经开挖证实在距掌子面13.7米处，掌子面左右两侧均出现小的破碎带，在距掌子面16~17米处掌子面右侧出现一条宽约40cm的全风化
花岗岩带，其中在距离掌子面15~22米范围内岩石节理比较发育，过了该段岩石节理，裂隙发育情况明显好转。
四、结束语
(1) 地质雷达用于隧道地质超前预报具有快速、便捷的特点。
(2) 地质雷达由于发射的是超高频电磁波, 故探测深度及广度有限。
(3) 探测过程中经常会有干扰因素存在，如隧道台车、装载机、照明电缆等的干扰。如何正确识别干扰，从而得到正确的分析结果尤为重要。
(4) 本次探测实例证明了地质雷达用于隧道地质超前预报有理有据，结果真是可靠。但是对雷达图像异常情况的判断解释，需要积累大量的实际经验。
参考文献
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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
1、地质雷达法的原理 地质雷达法是一种用于确定地下介质分布的光谱（1MHz～1GHz）电磁技术。地质雷达利用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场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，可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。 实测时将雷达的发射和接收天线密贴于喷层表面，雷达波通过天线进入混凝土衬砌中，遇到钢筋、钢拱架、材质有差别的混凝土、混凝土中间的不连续面、混凝土与空气分界面、混凝土与岩石分界面、岩石中的裂面等产生反射，接收天线接收到反射波，测出反射波的入射、反射双向走时，就可计算出反射波走过的路程长度，从而求出天线距反射面的距离D，即有下式： D=V·Δt/2 式中：D――天线到反射面的距离，km； Δt――雷达波从发射至接收到反射波的走时，用ns（纳秒，1ns=10-9秒）计； V――雷达波的行走速度，km/s。 可以用几何光学的概念来看待直线传播 雷达波的透射和反射，即有下式：V=C0/ε1/2 式中：C0――雷达波在空气中的传播速度，30cm/ns； ε――介电常数，由波所通过的物质决定。即物体中的雷达波速由其介电常数决定。如空气的ε=1，水的ε=81，混凝土的ε=4～10。 实际上，雷达波之所以会在物体界面产生反射，是因为界面两侧物质介电常数不同。
雷达探测原理示意图 雷达天线可沿所测测线连续滑动，所测的每个测点的时间曲线可以汇成时间剖面图像。从一个测点的反射波时间曲线上去判别哪一个波反映什么是困难的，但多个测点资料汇成的时间剖面，各测点接收到的同一反射面的反射波汇面一定图像，就能直观地反映出各种不同的反射面。例如，一个与测量平面近于平行的反射面，如衬砌的外缘面，在时间剖面上就是与时间0基线近于平行的线；衬砌与岩体交界面的起伏（反映了衬砌厚薄变化）表现为有起伏的图像；钢拱架的反射图像可能是一双曲线，在彩色或黑色灰度的图上也可能呈现一个个圆点；突入衬砌中的小块岩石、衬砌背后的空洞、两层衬砌间的空隙则多呈双曲线图像。根据这些图像即可辩别不同的物体。时间剖面图像是探地雷达成果的基本图件，其横座标为测点位置，纵座标为雷达波反射走时，可以用黑白波型图像（波形图变面积黑白显示）、黑白灰度显示、彩色色块显示等形式。可以用专用分析软件对所测图象进行分析。 2、现场检测程序
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，
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
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
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。
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 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 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
×××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）。
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
地质雷达检测的基本原理及其在公路隧道中的应用效果 满银 贵州省交通科学研究院贵州贵阳 摘要：经济从沿海向中西部发展，带动部分地区经济的同时，也带动了部分地区交通状况的改善，各色公路在全国各地的普及，使其在修建时也面临各种不同的问题，如在山区修建公路时需要开凿隧道等问题。隧道的开凿是一项有难度的技术活，必须做到测量的准确，不能出一点差错。科技的发展使隧道在开凿过程中简便了不少，尤其是地质雷达检测系统在隧道开凿过程中的应用，彻底取代了旧时代所用的测量方法。地质雷达检测是一项非破坏性的、分辨率高、快速且准确的检测方法，它所独有的特质决定了它具有技术上的优越性。 关键词：地质雷达；检测；公路；隧道 改革开放以来，国家综合实力稳步提升，经济也逐渐从沿海一带向中内地发展，发展经济的基础首要的是交通的便利，因此，我国公路交通的建设规模日益扩大，公路的建设遍布全国各地。由于我国地形多以山地、丘陵为主，地形阶梯跨越较大，在修建公路的同时难免遇到一些障碍。当在山地和丘陵地区修建公路时，考虑到路程、安全和便捷的问题，往往需要开凿隧道，取代盘山公路。而科学技术的发展，使得隧道在开凿过程中难度大大降低，尤其是地质雷达检测在公路隧道开凿过程中的应用，大大降低了隧道开凿的测量难度。 一、地质雷达检测的应用原理 地质雷达检测是指用雷达探测地下的物体，扫除障碍以保证施工的顺利进行。地质雷达在施工过程中探测岩石层中的目标时，通过发出超高频率的以宽频带短脉冲为形式的电磁波，发出的电磁波会形成一个反射讯号。不同的地形其内部结构不同，不同结构层的电磁特性不同，因此，会产生不同频率的电磁波，并且发出反射信号。当地面上接收到地质雷达发来的检测信号，便通过接受装备将信号输入到接收器中，然后再将其放大由示波器直观的显示出来。所以，通过对接收到的电磁波发出的反射信号的频率特征等加以解析，就可以了解到所探测的地形结构的特征。 地质雷达在探测过程中所能探测到的最远的距离被称为地质雷达的探测深度，它受到两个方面的制约，分别是地质雷达检测的活动范围以及地质雷达检测
隧道衬砌质量地质雷达无损检测技术 1 前言 1.1工艺概况 铁路隧道衬砌是隐蔽工程，用传统的目测或钻孔对其质量进行检测有较大的局限性；应用物理勘探的方法对隧道衬砌混凝土进行无损检测，可取得快速、安全、可靠的效果。 1.2工艺原理 电磁反射波法（地质雷达）由主机、天线和配套软件等几部分组成。根据电磁波在有耗介质中的传播特性，当发射天线向被测介质发射高频脉冲电磁波时，电磁波遇到不均匀体(接口)时会反射一部分电磁波，其反射系数主要取决于被测介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到探测识别目标物体的目的(图 1)。 图1 地质雷达基本原理示意图 电磁波在特定介质中的传播速度是不变的 ，因此根据地质雷达记录的电磁波传播时间ΔT ，即可据下式算出异常介质的埋藏深度H ： H V T =??2 (1) 式中，V 是电磁波在介质中的传播速度，其大小由下式表示： V C =ε (2) 式中，C 是电磁波在大气中的传播速度，约为3.0×108m/s ； ε为相对介电常数，不同的介质其介电常数亦不同。 雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数可表示为： 212 1εεεε+-=r (3) 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波的频率。电导率越高，穿透深度
越小；频率越高，穿透深度越小。 2 工艺特点 电磁反射波法（地质雷达）能够预测隧道施工中衬砌的各种质量问题，分辨率高，精度高，探测深度一般在0.5m～2.0m左右。利用高频电磁脉冲波的反射，中心工作频率400MHz/900 MHz/1500 MHz； 采用宽带短脉冲和高采样率，分辨率较高； 采用可调程序高次迭加和多波处理等信号恢复技术，大大改善了信噪比和图像显示性能。 （1）操作简单，对工作环境要求不高； （2）对衬砌隐蔽工程质量问题性质判断一般精度较高，分辨率可达到2～5cm，检测的深度、结构尺寸以及里程偏差或误差小于10%，缺陷类型识别准确度达95%以上； （3）通过专业的RADAN 6.0分析软件，专业的技术人员可以迅速的完成数据处理等。 3 适用范围 地质雷达有其适用范围和适用条件，目标体与周围介质是否存在足够的电性差异，是探测工作是否有效的前提，这种电性差异就是介电常数；应根据不同的检测对象和检测要求选用不同的天线类型；适用条件，探测的目标体与周围介质有较大的介电常数差异并具有较好的反射条件；上覆层导电性较弱；目标体具有一定的体积，引起的异常有一定的强度；具有一定的探测对比资料。 该技术适用于隧道衬砌质量施工过程控制和竣工验收的无损检测。 4 主要引用标准 《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB 10753-2010） 《铁路隧道工程施工质量验收标准》TBl0417-2003 《铁路隧道衬砌质量无损检测规程施工规范》（TB10223-2004） 《铁路工程物理勘探规程》（TB10013-2004） 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001） 《云桂铁路石林隧道地质雷达无损检测实施细则》 云桂铁路石林隧道相关设计图纸以及相关施工资料。 5 施工方法 1、检测前的准备工作: 收集隧道工程地质资料、施工图、设计变更资料和施工记录；
收稿日期:2007-07-18 作者简介:薛桂玉,男,武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,工程师。 文章编号:1001-4179(2008)05-0084-02 地质雷达检测技术及应用 薛桂玉1 刘道明2 余志雄1 谭 敏 2 (1.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉430072; 2.长江水利委员会设计院,湖北武汉430010) 摘要:地质雷达检测技术是一种高精度、连续无损、经济快速、图像直观的高科技检测技术。在工程地质、岩土工 程、地基工程、道路桥梁、混凝土结构无损探伤等领域应用较广。介绍了地质雷达的工作原理,并对地质雷达检测技术应用于水电工程的滑坡体和库区溶洞探测的效果进行了分析,该技术能快速准确地探明滑坡体覆盖层厚度和库区溶洞分布,且有经济、快速、无损、直观等优点。关 键 词:地质雷达;无损检测技术;滑坡体;溶洞中图分类号:P225.1 文献标识码:A 地质雷达(又称探地雷达,Ground Penetrating Radar ,简称GPR )检测技术是一种高精度、连续无损、经济快速、图像直观的高科技检测技术。它是通过地质雷达向物体内部发射高频电磁波并接收相应的反射波来判断物体内部异常情况。作为目前精度较高的一种物理探测技术,地质雷达检测技术已广泛应用于工程地质、岩土工程、地基工程、道路桥梁、文物考古、混凝土结构探伤等领域。 1 地质雷达的工作原理 地质雷达仪器主要由控制单元、发射天线、接收天线、笔记本电脑等部件组成。工作人员通过操纵笔记本电脑,向控制单元发出命令;控制单元接收到命令后,向发射天线和接收天线同时发出触发信号;发射天线触发后,向地面发射频率为几十至几千兆赫的高频脉冲电磁波;电磁波在地下传播过程中,遇到电性不同的界面、目标或局域介质不均匀体时,一部分电磁波反射回地面,由接收天线接收,并以数据的形式传输到控制单元,再由控制单元传输到笔记本电脑,以图像的方式显示。对图像进行处理分析,便可得出地下介质分布情况,从而实现检测的目的。其工作流程如图1所示。 按照现场测量和数据采集技术,地质雷达检测技术可以分为剖面法、宽角法、多天线法等几种方法。其中最为常用的是剖面法,即发射天线和接收天线以固定间隔距离沿测线同步移动的一种测量方法。发射天线和接收天线同时移动一次便获得一个记录。当发射天线与接收天线同步沿测线移动时,就可以获得一系列记录组成的地质雷达时间剖面图像。其中横坐标为天线在地表测线上的位置,纵坐标为电磁波从发射天线发出经异常介质反射回到接收天线的双程走时。 当发射天线与接收天线之间的距离相对天线与异常介质的距离很小时,可以近似认为双程走时正比于天线与异常介质的距离。又由于电磁波在介质中的传播速度V 与介质的相对介电常数εr 有如下关系: V =c Πεr (1) 式中c 为真空中的电磁波传播速度,一般c =0.3m Πns 。因此, 当异常介质呈面状(如断层)时,在地质雷达剖面图上得到的异常面与实际界面相似;当异常介质呈点状(如洞穴)或线状(钢筋、水管)且走向与测线方向垂直时,在地质雷达剖面图上得到的异常面呈抛物线状(如图2)。根据这个特征,我们可以判断出异常介质的形状,并确定其位置。 图1 地质雷达工作流程示意 2 地质雷达检测技术探测滑坡体 2.1 某水电站滑坡体简介 某水利枢纽由主坝、副坝、泄洪、引水洞、发电站及竹木过坝 等建筑物组成。滑坡体位于大坝左岸电站进水口上游山坡中部坳坡段。右下侧边缘距引水洞进口仅20m 左右。滑坡体顶部边缘高程130～135m ,滑坡脚高程103m 。大致从南西向东北(即向库内)方向滑动,其东西长80～120m ,南北宽70～90m ,分布面积约8000m 2,体积约10万m 3。滑坡体地段第四纪覆盖层较深,主要为粘土、风化土,部分含碎石,多与下伏母岩有关,局 第39卷第5期人 民 长 江Vol.39,No.5 2008年3月 Y angtze River Mar., 2008
减免税进口仪器、设备说明 今有中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院进口Scintrex公司CG-5型重力仪一套。 一、仪器主要部分 1.灵敏系统：主要部件由一个矩形石英框架支撑着，用一个支杆固定在密封器顶盖上。灵敏系统的位移方式属角位移。 2.测量系统：由测读装置、测程调节装置及纵、横水准器等组成，测量出弹簧长度变化后经过电子系统转化成电流的大小，从而数字化将测量值显示到主机显示屏上。 二、仪器性能 相比较其他传统金属弹簧重力仪而言Scintrex公司生产的CG-5型重力仪不容易产生掉格现象从而保证了更高的测量精度和稳定性： （一）石英材料的滞后作用比金属材料小。对于悬挂承重的石英弹簧来说，一旦去掉承重，弹簧就会精确地恢复原状，而一个金属弹簧则会保持一定的记忆。Scintrex所制造的石英传感器是整体铸造，包括石英弹簧及其悬挂连接点是一个整体结构，它的滞后作用比类似的金属部件要小许多。
（二）传感器的所有联结点，象悬挂弹簧的支点和石英弹簧本身焊成一个整体。相反，金属弹簧重力仪的各种功能部件都是通过机械连接装配在一起的。所以整体熔凝的石英传感器不会出现部件之间的滑移或内部变形。这是使石英传感器不易产生掉格的又一个重要原因，也使它很少出现测试数据混乱的现象。 （三）石英弹簧比金属弹簧具有比较大的温度系数，并且石英弹簧传感器是垂直悬挂式弹簧，对于相同的重力值，它的弹簧伸长比金属弹簧重力仪中的金属弹簧小。三、仪器工作原理 Scintrex公司CG-5型重力仪采用无静电熔凝石英材料做为传感器，是基于一种垂直悬挂式石英弹簧，弹簧末端的重锤上悬挂一根测量弹簧。当作用在重锤上的重力发生变化时，可以伸缩测量弹簧，使摆杆改变原来的静平衡位置。这样通过测量弹簧的伸缩量来测定重力的变化。重力变化同弹簧的伸缩量成线性关系，从而勘探地表重力场变化的先进仪器。 通过测定地表各点上的重力加速度的值，对地下介质和地质体的分布做出推断。 四、仪器技术参数 传感器类型：无静电熔凝石英 测量范围：8000mGal，不用重置 自动修正：潮汐、仪器倾斜、温度、噪声、地震噪声 尺寸：30cmX21cmX22cm 重量（含电池）：8kg 电池容量：2X6Ah(10.78V) 袖珍锂电池 功耗：25°C时4.5W 工作温度：-40～+45°C 环境温度修正：通常0.2microGal/°C 大气压力修正：通常0.15microGal/kPa 磁场修正：通常1microGal/Gauss(微伽/高斯) 五、仪器在教学中的应用 该仪器是我院“地球物理学”专业和“地球探测与信息技术”专业勘探地质构造、