2017-7地质雷达

综合超前地质预报技术在隧道施工中的应用发表时间：2017-03-23T11:13:25.420Z 来源：《基层建设》2016年35期作者：周陈婴[导读] 摘要：在地质复杂区修建隧道时，为降低施工灾害发生频率，确保施工安全，施工前有必要进行超前地质预报。

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉 430056）摘要：在地质复杂区修建隧道时，为降低施工灾害发生频率，确保施工安全，施工前有必要进行超前地质预报。

以某隧道为依托，通过地质分析，运用TSP-203、GPR等物探手段进行了探测，探测结果与现场实际揭露情况基本吻合，对隧道施工起到了积极作用,降低了施工风险，保证了安全。

关键词：超前地质预报、地质雷达、TSP、GPR引言随着我国交通事业的快速发展，铁路建设进入高速发展阶段。

我国已成为世界上隧道修建规模与难度最大的国家。

特别是随着重大工程建设重心向地形地质极端复杂的西部山区与岩溶地区转移，正在或即将修建大量的高风险深长隧道工程。

由于深长隧道(洞)在施工前期难以全部查清沿线不良地质情况，导致施工过程中往往遭遇突水突泥、塌方、大变形等重大地质灾害，造成人员伤亡，机械设备报废，部分隧道被迫停建或改线，环境破坏严重，经济损失巨大。

1超前地质预报发展现状及基本原理1.1 TSP超前地质预报TSP超前预报系统采用地震波反射原理，地震波由24个爆破点上的小剂量炸药爆炸产生，当爆炸产生的地震入射波遇到岩体结构有变化的岩层时，在不同介质的分界面上，部分入射波被反射，采用电子传感器接收。

因地震波在岩体中以固定的速度传播，所以反射波的到达时间和入射波到达不同岩体分界面的距离成正比，故能间接测量地质变化带和测点之间的距离，预测隧道掌子面前方的地质结构及围岩地质状况。

1.2 地质雷达探测法地质雷达探测法基本原理是由发射机发射脉冲电磁波，其中一部分是沿着掌子面传播的直达波，经过时间t1后达到接收机；另一部分电磁波传入岩体中，在波的传播过程中遇到电性不同的岩体时，电磁波会发生发射，经过时间t2后达到接收机，然后根据两种波传播时间的差值来确定掌子面前方不同岩体的具体位置[3]。

TSP与地质雷达综合超前地质预报及其工程应用摘要：该研究通过工程实例综合使用了TSP超前预报与地质雷达综合应用，介绍了超前地质预报中地质雷达的工作原理与应用方法、地质雷达布线方法以及雷达探测结果及TSP隧道超前地质预报中地震勘探的工作原理与应用方法。

结合二者在数据获取、处理等方面的优势，保证了隧道的安全快速施工。

关键词：TSP；地质雷达；隧道；超前地质预报0 引言近年来我国基础设施建设尤其是中西部地区公路和铁路建设高速发展。

其中，隧道工程由于其在道路建设中的重要性，进一步引起人们的重视。

为了满足隧道工程中安全性与施工进度，就要对隧道内的地质信息进行超前地质预报。

对于隧道施工中可能产生的安全性问题，超前地质预报能够分析所需的施工前方围岩与地层情况[1，2]。

争取在施工前掌握岩土体性质、状态等地质信息，为进一步的施工提出建议，防止在施工过程中发生涌水、岩爆等地质灾害，从而实现施工安全高效的进行。

隧道地震波法（tunnel seismic prediction，简称TSP）是隧道超前地质预报的重要方法[3，4]。

该方法通过高精度的接收仪器获取爆破所产生的地震波信号并通过计算机软件初步探查前方围岩性质、节理裂隙分布、及含水状况等；地质雷达法具有简单实用，精度较高，可用来查明断层破碎带、滑坡面、岩溶和土洞，适合在超前地质预报中进行短距离探测，根据处理后的雷达图像可以直观的得出工程所需的地质信息[5，6]。

1 隧道地震波法（TSP）与地质雷达预报原理（1）TSP预报原理周家山隧道预报采用瑞士安伯格公司生产的最新型号的TSP203 plus 隧道地质超前预报系统。

TSP测量系统是通过在掌子面后方一定距离内的钻孔中以微震爆破来发射信号的，爆破引发的地震波在岩体中以球面的形式向四周传播，其中一部分向隧道前方传播，经隧道前方的界面反射回来，反射信号经接受传感器转换成电信号并放大[3，4]。

从起爆到发射信号被接收的这段时间是与反射面的距离成比例的。

140地质雷达在公路质量检测中的应用文/周春生近些年，随着我国城镇化进程持续推进，密集化的公路交通网随之建成，很多已投入运营的公路，长期承受着车辆载荷及自然因素的作用后，逐渐出现了脱空、沉陷、裂缝、塌边等情况，以上这些隐患直接影响公路项目运营安全性及使用寿命。

通过定期检测及时发现已运营公路内潜在的隐患，精准获得病害信息，确定其具体位置范围，尽早加强维护处理，对延长公路使用年限有很大助益。

随着公路工程的飞速发展，公路施工技术也在不断革新，传统的公路质量检测技术已经被淘汰，地质雷达技术作为一种先进、高效、精确和安全无损的检测技术已经全面取代传统的公路质量检测技术。

相较于传统公路质量检测技术，地质雷达技术具有众多优点，其应用前景不言而喻，但是当前在公路工程质量检测中，对于地质雷达技术的应用仍存在一定的不足之处，所以，如何在公路工程质量检测中更好地应用地质雷达技术是公路工程技术人员迫切需要解决的问题。

质雷达检测技术在持续发展过程中取得了很大提升，未来将会成为公路质量无损检测的一种常规办法。

地质雷达检测技术的概述地质雷达探测基本原理地质雷达简称GRP，主要是通过高频电磁波对地下介质电性分布情况进行探测， 地质雷达具有较高的应用优势，能够对工程展开无损和连续性检测，实际检测精度值较高，工作效率良好。

在近些年公路检测中得到有效应用。

地质雷达检测公路质量的原理即通过发射电磁波获得公路路面下各质量指标的数值。

电磁波向下传播过程中当遇到电磁性不同的物体时，就会发生散射、反射，地面上的天线接收散射、反射而来的电磁波，随后再传送到相应检测装置内加以分析。

检测装置基于反射波的波长、强度、时间等参数综合分析路面下目标物的形状、方位及结构特征等，最后把分析结果转化成直观的图像，为施工人员判断公路质量、病害程度及制定处理方案等提供可靠依据。

地质雷达检测技术有非接触式物理检测的特性，能在确保公路地下结构真实状况分析精准度的基础上，规避既有路面结构被破坏的问题。

地质雷达物理勘探试验检测标准与方法1 目的可用于测定土体密实情况及空洞检测、地下病害体探测、道路塌陷隐患检测、地层划分、岩溶、不均匀体探测等。

2 适用范围物理勘探是用物理学的原理和方法，对地球的各种物理场分布及其变化进行观测，探索地球本体及近地空间的介质结构、物质组成、形成和演化，研究与其相关的各种自然现象及其变化规律。

在此基础.上为探测地球内部结构与构造、寻找能源、资源和环境监测提供理论、方法和技术，为灾害预报提供重要依据。

3 依据《铁路工程物理勘探规范》TB10013-2010《公路工程物探规程》JTG/T3222-2020《城市工程地球物理探测标准》CJJ/T 7-2017《城市地下病害体综合探测与风险评估技术标准》JGJ 437-2018 《道路塌陷隐患雷达检测技术规范》T/CMEA 2-20184 工作流程4.1 接受委托正式接手检测工作时，应获得委托方书面形式的委托函，了解工程概况，明确委托方意图即检测目的，同时也使即将开展的检测工作进入合法轨道。

4.2 调查、资料收集为进一步明确委托方的具体要求和现场实施的可行性，了解施工工艺和施工中出现的异常情况，应尽可能收集相关的技术资料，主要收集内容有：岩土工程勘察资料、施工资料等。

5 地质雷达的技术指标应满足下列要求：5.1、系统增益大于150dB。

5.2、信噪比大于60dB。

5.3、采样间隔小于0.5ns，A/D模数转换大于16位。

5.4、计时误差小于1ns。

5.5连续测量时，扫描速率大于64次/s。

5.6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。

5.7实时监测与显示功能，具有多种可选方式和现场数据处理能力。

6 地质雷达探测的规定：6.1、探测体的厚度大于探测天线有效波长的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涅尔带半径。

6.2 测线经过的表面相对平缓、无障碍、易于天线移动。

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。

TSP法及地质雷达法相结合在隧道超前地质预报中的应用朱保健【摘要】介绍TSP法和地质雷达法的原理及数据处理中的注意事项,通过工程实例,验证了长距离预报手段(TSP法)与短距离预报手段(地质雷达法)相结合,可更精确地预报隧道工作面前方的地质情况.【期刊名称】《铁道勘察》【年(卷),期】2017(043)005【总页数】4页(P60-63)【关键词】TSP法;地质雷达法;超前地质预报【作者】朱保健【作者单位】中铁第六勘察设计院集团有限公司,天津 300308【正文语种】中文【中图分类】P631隧道工程具有隐蔽性，埋藏于地表之下。

由于隧道穿过区域环境复杂，只靠前期的勘察手段，难以对隧道的工程岩体环境以及存在的不良地质条件作出准确判断[1-5]。

因此，超前地质预报工作在隧道施工过程中就显得非常重要。

在众多超前地质预报方法中，TSP预报作为一种长距离预报手段得到广泛应用。

TSP法作为隧道超前地质预报先进的物探技术之一，从现场数据采集、资料处理到成果的解释推断，每个环节都对预报结果的准确性有极其重要的影响。

所以，精确把握每个技术环节显得尤为重要。

另外，将长距离的预报手段(TSP)与短距离预报手段(地质雷达)相结合，可更好地指导隧道施工。

TSP数据处理过程中涉及到很多参数的设置，大量工程实例表明，有两个步骤对TSP预报成果的精确性起决定性影响，分别是带通滤波及初至拾取。

1.1 带通滤波TSP预报技术的实质是利用地震波反射的方法对前方围岩进行地质勘探。

地震反射波中既包含有效波也包含干扰波。

为了去除干扰波信号，获得更准确的分析结果，在带通滤波过程中不建议使用缺省值，对于低切、高通、低通、高切四个参数应按照一定的准则进行拾取。

隧道内的干扰波主要为炸药震源产生的面波和周围施工造成的微震动波。

为了从频率域去除这两种干扰波，需对其频谱特征有所了解，如图1所示。

由图1可知，面波频谱的峰值低于有效波，微震动波的频谱较宽且峰值较低。

一、隧道衬砌(支护) 厚度及背后空洞（地质雷达法）试验检测作业指导书1.试验目的与适用范围（1）目的：指导地质雷达现场探测作业，保证探测成果质量。

（2）适用范围：适用于工程地质雷达对隧道初期支护及二次衬砌检测作业。

2.试验依据（1）《公路隧道施工技术规范》JTG/T 3660-2020（2）《公路工程质量检验评定标准》第一册土建工程JTG F80/1-2017（3）《雷达法检测混凝土结构技术标准》JGJ/T 456-2019（4）《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》TB 10223-20043.仪器设备常用检测设备一栏表4.试验准备（1）隧道衬砌检测包括前期的准备工作和检测工作，具体有以下几项内容。

1）了解隧道高度量测隧道拱顶到仰拱的高度，为搭建检测台车提供尺寸数据。

2）用明显标记，按照5m/10m间距在边墙上标明隧道里程。

3）搜集衬砌设计资料和竣工资料，了解设计厚度、钢筋间距、钢架间距以及施工过程中的变更信息。

4）记录隧道中避车洞、下锚段、电缆位置，统计隧底积水段落。

5）对衬砌表面潮湿或有凝结水珠的部位进行统计，记录已发病害的位置和类型。

6）制订对可能影响到检测台车行进的障碍物的处理办法。

7）查明附近是否有对雷达产生影响的电磁干扰源。

8）运营隧道检测需要明确天窗时间。

（2）确定测线位置，搭建检测操作车1)测线布置应以纵向布置为主，横向布置为辅，每5~10m测线应有一个里程标记。

2)单洞两车道隧道应分别在隧道的拱顶、左右拱腰、左右边墙布置共5条测线；单洞三车道应在隧道的拱腰部位增加两条测线；遇到支护(衬砌)有缺陷的地方应加密测线。

3)单洞两车道隧道应分别在隧道的拱顶、左右拱腰布置共3条测线；单洞三车道应在隧道的拱腰部位增加两条测线；遇到支护(衬砌)有缺陷的地方应加密测线。

测点示意图（3）人员配备1)检测人员：2-3人负责采集数据、记录数据及现场资料、记录标记里程。

2)指挥人员：1-2人负责指挥装载机(路灯车等)师傅，是速度尽可能平稳均匀，保证人员和设备的安全；负责现场的协调调度工作。

doi: 10.3969/j.issn.1007-1903.2023.04.013Vol. 18 No.04 December, 2023第 18 卷 第4期 2023 年 12 月/三维地质雷达探测技术在城市道路空洞病害普查中的应用研究钱鹏1，谈顺佳2，3，王凤刚1，徐锦程1，杨志权1，龚良钢1（1.首钢地质勘查院北京金地通检测技术有限公司，北京 100043；2.东华理工大学地球物理与测控技术学院，江西 南昌 330013；3.北京睿拓立业科技发展有限公司，北京 100070）摘 要：由城市道路地下空洞、路面脱空、土体疏松等病害引起的道路塌陷事故是目前国内许多城市面临的重大安全隐患。

城市道路空洞病害具有隐伏性、突发性，造成的灾难性后果长期以来困扰着城市安全运营。

以国内多地的项目实测及验证成果为基础，对三维地质雷达探测技术方法和工作流程进行了梳理，通过分析三维地质雷达剖面数据中病害体的顶界面反射、多次波反射、边界绕射波等异常特征和三维地质雷达切片数据中病害体周边地下管、井分布特征，总结了三维地质雷达技术在城市道路地下脱空、空洞病害探测中病害体的数据异常特征。

实践研究证明，三维地质雷达探测技术以其作业高效、定位精准、抗干扰能力强、数据丰富全面等优点可有效地探测出道路下方存在的空洞等安全隐患，为城市道路病害的防患和治理提供准确、可靠的依据。

关键词：三维地质雷达；城市道路病害；地下空洞；路面脱空；探测技术Application of 3D ground penetrating radar detection technologyin urban road void disaster surveyQIAN Peng 1, TAN Shunjia 2,3, WANG Fenggang 1, XU Jincheng 1, YANG Zhiquan 1, GONG Lianggang 1（1.Beijing Jinditong Testing Technology Co., Ltd.,Shougang Geological Exploration Institute, Beijing 100144, China ；2.School of Geophysics and Measurement-Control Technology, East China University of Technology, Nanchang 330013, Jiangxi, China ；3.Beijing RTLY S&T Development Co., Ltd.,Beijing 100070, China ）Abstract: Road collapse accidents caused by urban road underground cavities and voids are major safety hazards faced by many cities in China. Because of its hidden, sudden and other characteristics, the disastrous consequences resulted therefrom have long troubled city safety operation. Based on the results of project measurement and verification of many locations in China, we sorted out the method and work flow of 3D ground penetrating radar detection. By analyzing the anomaly characteristics of the top interface reflection, the multiple wave reflection, and the boundary diffraction wave of the diseased body in 3D geological ra-dar profile data, and the distribution of underground pipes and wells around the diseased body in 3D ground penetrating radar slicing data, we summarized the abnormal data characteristics of disease bodies in the detection of urban road underground cavi-收稿日期：2023-03-02；修回日期：2023-05-30第一作者简介：钱鹏（1990- ），男，硕士，工程师，主要从事地球物理方法在工程检测和工程勘查中的应用研究。

cjjt7-2017城市工程地球物理探测标准
cjjt7-2017城市工程地球物理探测标准是中国的一项关于城市工程地球物理探测的标准。

这个标准主要规定了在城市工程中进行地球物理探测的方法、技术要求、设备和人员等方面的规定。

1. 方法和技术要求：这个标准详细描述了在进行城市工程地球物理探测时应该采用的方法和技术，包括地质雷达探测、地震反射波探测、电磁探测等。

同时，也对探测结果的解读和分析提出了具体的要求。

2. 设备：这个标准对用于城市工程地球物理探测的设备进行了规定，包括设备的选型、性能要求、使用方法等。

3. 人员：这个标准对从事城市工程地球物理探测的人员提出了要求，包括他们的资质、培训、操作技能等。

4. 安全和环保：这个标准还对城市工程地球物理探测的安全和环保问题进行了规定，包括如何防止探测过程中的安全事故，如何减少探测活动对环境的影响等。

这个标准对于保证城市工程地球物理探测的质量和安全，提高探测效果，保护环境等方面都起到了重要的作用。

八、拟投入本项目的主要勘察设备表以下为拟投入本项目的主要勘察设备表：序号设备名称型号规格单位数量制造年份备注一、外业勘测仪器设备1 GPS测量定位仪分辨率≤10m 台 4 2015-20182 电阻率法仪 DDC-2B型台 4 2016-20193 激电仪大功率台 1 -4 磁力仪高精度台 1 -5 重力仪高精度台 2 -6 浅震仪高分辨率台 1 20177 地质雷达 ZOND-12E 台 1 20178 测井仪台 3 20189 声波测试仪台 1 201610 全站仪 XXXDTS-121R4 台 1 201711 GNSS接收机北斗海达台 4 2016-201712 TS7机台 4 201713 钻机 XY-100型台 1 -14 照相机 XXX 台 1 -15 对讲机 - 台 1 -16 桥车大众辆 2 201817 船只载重6人艘 2 2016二、内业数据分析、整理仪器设备1 计算机站 HPZ230 台 1 -2 台式计算机 IBM联想台 4 20173 笔记本电脑联想台4 20174 绘图仪 HP彩色台 1 -5 绘图仪 HP单色台 1 -6 便携式投影仪 PLUS 台 1 -7 南方成图软件 CASS9.0 套 1 -8 ARCGIS10.4 - 台 1 -9 偏光显微镜高精度台 1 -本项目拟投入的主要勘察设备包括外业勘测仪器设备和内业数据分析、整理仪器设备。

外业勘测仪器设备包括GPS测量定位仪、电阻率法仪、激电仪、磁力仪、重力仪、浅震仪、地质雷达、测井仪、声波测试仪、全站仪、GNSS接收机、TS7机、钻机、照相机、对讲机、桥车和船只。

内业数据分析、整理仪器设备包括计算机站、台式计算机、笔记本电脑、绘图仪、便携式投影仪、南方成图软件、ARCGIS10.4和偏光显微镜。

这些设备的制造年份从2015到2019不等。