地质雷达在长平高速公路地质超前预报中应用

地质雷达在广西某公路隧道超前地质预报中的应用
陈星宇;杨晓华;张莎莎
【期刊名称】《公路交通科技·应用技术版》
【年(卷),期】2015(011)004
【摘要】在隧道施工过程中对掌子面前方一定区域内的地质情况进行超前预报是保证隧道施工安全的关键.文章首先介绍了地质雷达在公路隧道超前地质预报中的基本内容及工作目的;其次,概述了地质雷达的基本工作原理、使用方法及参数确定,并通过工程实例,对现场测试结果及开挖后的实际围岩情况进行对比分析,总结其规律及特点.最终表明,采用地质雷达对公路隧道进行超前地质预报,能有效保障隧道施工的安全,指导隧道施工的顺利进行.
【总页数】3页(P128-130)
【作者】陈星宇;杨晓华;张莎莎
【作者单位】长安大学公路学院,陕西西安710064;长安大学公路学院,陕西西安710064;长安大学公路学院,陕西西安710064
【正文语种】中文
【中图分类】U45
【相关文献】
1.地质雷达在某公路隧道地质超前预报中的应用
2.公路隧道超前地质预报中地质雷达的应用
3.地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用
4.地质雷达法在公路隧道
超前地质预报中的应用——以元蔓高速南罕隧道右幅进口为例5.地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用
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地质雷达法在隧洞超前预报中的应用发表时间：2019-12-24T09:39:52.777Z 来源：《城镇建设》2019年第22期作者：窦宝松[导读] 随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。

摘要：随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。

地质雷达因具有扫描速度快、操作简便、重量轻、分辨率高、屏蔽效果好、图像直观等优点得到了广泛应用，近年来也被用于隧道超前预报。

本文结合某工程实例就地质雷达在隧道超前地质预报进行一些探讨。

关键词：隧道，地质雷达，超前探测1 引言随着2011年中央1号文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》的发布，推动了我国水利事业的快速发展。

南水北调工程的西线工程与中线工程，大部位于我国西部山区，也将修建大量穿越山岭的超长大隧洞。

由于这些隧道、隧洞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，隧道施工期地质超前预报显示出越来越重要的作用。

隧道地质超前预报因为技术要求高、难度大、观测条件受限而成为疑难问题，而含水性的预报又是难中之难[1]。

目前常用的超前预报方法主要有：地质分析预报法、TSP 法、地质雷达法、瞬变电磁法等。

本文结合福厦铁路某段山区隧洞工程，介绍地质雷达法在隧洞超前预报中的应用。

2 地质雷达基本原理地质雷达（简称GPR），是一种对地下的或物体内不可见的目标体或界面进行定位的电磁技术。

是一种对地下的或物体内不可见的目标体或界面进行定位的电磁技术。

其工作原理是：高频电磁以宽带脉冲形式，通过发射天线被定向送入地下，经存在电性差异的地下地层或目标反射后返回地面，由接收天线接收。

高频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特征及几何形态而变化。

故通过对时域波形的采集，处理和分析，可确定地下界面或地质体的空间位置及结构[2]。

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。

公路路面检测中的地质雷达技术应用摘要：近年来，伴随着各项事业的蓬勃发展，交通运输事业也迎来了发展新机遇。

公路作为交通运输事业发展的基础保障，突出公路设施的建设价值必须保障公路的使用性能，切实保障好公路行车安全。

路面的先期病害对公路使用性能的影响较大，同时也作为威胁公路行车安全的关键因素。

因此，必须高度重视路面检测工作，依托高效、经济、可行的检测策略做好公路路面先期病害的检测、发现工作，针对性的采取解决举措，规避病害对公路行车安全的影响。

地质雷达技术在公路路面检测中的应用相当广泛，属于应用前景相当可观的无损检测技术。

本文聚焦公路路面检测中的地质雷达技术的应用这一话题展开探讨。

首先概述了地质雷达检测技术的应用原理及特征，然后明确了公路路面检测中地质雷达技术的应用前提，最后详细提出了地质雷达技术在公路路面检测中的应用。

关键词：公路路面；路面检测；检测技术；地质雷达技术；应用为了迎合高速发展的社会需求，国内公路事业也在迎头前进。

公路网构成中，水泥混凝土路面的强度较大同时刚度较强，温度对其产生的影响并不大，再加上使用寿命较长，所以占比较大。

但是水泥混凝土路面的接缝相对繁琐，所以超载的情况如果频繁出现，很容易引发一系列的先期病害，例如脱空、裂缝等等，路面破损严重，行车的舒适性、安全性得不到保障。

基于此，必须采取行之有效的策略做好路面质量的定期检测工作做好期技术质量的评估工作。

路面检测方法较多，例如弯沉测定法、钻芯法、直接观察法、地质雷达检测法等等，其中地质雷达检测法在诸多检测方法当中尤为亮眼，其凭借高质量、全方位、高精准度的检测优势备受业界青睐，值得大力推广使用。

一、关于地质雷达检测技术的概述（一）检测原理地质雷达检测技术在高频电磁波的助力下科学精准的做好公路路面出现的异常情况的检测工作，工程人员整合检测结果做好路面的对应处理工作，切实保障好路面的行车安全，将由于道路质量引发的公路交通事故的发生率控制在尽可能低的状态。

地质雷达在隧道超前地质预报中的应用
邱文东
【期刊名称】《中国水运（下半月）》
【年(卷),期】2008(008)010
【摘要】随着我国交通事业的快速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.为了准确掌握隧道掌子面前方的不良地质情况,及时采取有效措施,就需要在施工中采用超前地质预报来预测隧道掌子面前方不良地质情况.本文介绍了地质雷达的工作原理,分析了岩溶地区地质雷达探测图像的特点,并通过实例介绍了地质雷达探测方法,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.
【总页数】2页(P256-257)
【作者】邱文东
【作者单位】江西省公路工程监理公司,江西,南昌,430063
【正文语种】中文
【中图分类】U456
【相关文献】
1.地质雷达法在公路隧道超前地质预报中的应用——以元蔓高速南罕隧道右幅进口为例
2.地质雷达在隧道超前地质预报中的应用
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4.地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用
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地质雷达在隧道超前地质预报中的应用
张优;王登锋;张霄;侯东赛;王磊
【期刊名称】《路基工程》
【年(卷),期】2016(000)001
【摘要】在隧道超前地质预报中,较常用且预测准确性较高的预测手段是采用地质雷达对开挖掌子面前方的不良地质情况进行预测.以广大双线铁路下庄1号隧道为例,通过现场的数据采集以及后期的数据优化处理,可以生成地质雷达图像来较直观地预测掌子面前方的地质情况.预测结果与现场开挖验证情况较为吻合,表明通过地质雷达数据点的优化处理提高了对开挖掌子面前方的地质情况进行预测的准确性.【总页数】4页(P36-38,55)
【作者】张优;王登锋;张霄;侯东赛;王磊
【作者单位】西南交通大学地球科学与环境工程学院,成都610031;西南交通大学地球科学与环境工程学院,成都610031;西南交通大学地球科学与环境工程学院,成都610031;西南交通大学地球科学与环境工程学院,成都610031;西南交通大学地球科学与环境工程学院,成都610031
【正文语种】中文
【中图分类】U456.3
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地质雷达法(GPR)在高速公路隧道施工中的应用汪浩浩;郑志琴【摘要】In view of the complexity of geological conditions of the surrounding rock of tunnel,in order to ensure the tunnel construction safety, by use of CPR timely and accurate prediction for geological situation ahead tunnel is gained. Such based on the dynamic guidance of construction, preventive measures are taken early, the safety of engineering is ensured and the good prediction effect is achieved.%鉴于隧道围岩地质条件的复杂性,为确保隧道施工安全,使用GPR地质雷达对隧道掌子面前方地质情况进行及时准确的预报,并以此为依据对施工进行动态指导,提前采取预防措施,确保了工程安全,取得了较好的预报效果.【期刊名称】《河南科学》【年(卷),期】2011(029)008【总页数】4页(P977-980)【关键词】公路隧道;地质雷达;超前预报【作者】汪浩浩;郑志琴【作者单位】昆明理工大学,昆明650093;昆明理工大学,昆明650093【正文语种】中文【中图分类】U455在高速公路隧道设计施工中，地质问题是首先要克服的问题.隧道属线性结构物，穿越山体地质条件变化多样，岩性、构造、地下水分布也复杂多变.由于经济技术等原因，在勘察设计阶段往往难以全面掌握这些地质情况及其变化，这就需要在施工阶段开展有效的地质超前预报.地质雷达基本工作原理是通过发射天线向地下发射高频短脉冲电磁波，电磁波在向地下传播过程中遇到不同电性的交界面时，就会有电磁波被界面反射折向地表；接收天线接收来自地下介质交界面的反射回波.根据接收到的反射波强弱、形态变化，推断地下介质的结构构造.当发射电线、接收天线按一定间距固定沿某一测线移动时，就可得到该测线剖面的地质雷达图像.当高频短脉冲电磁波由地面天线T送入地下，经地下地层或目的体反射回地面，为另一天线R接收（见图1地质雷达探测原理），脉冲波形成需时：式中：x为天线间距；v为地下介质中的波速；t为波精确测得的走时，单位为ns；z为反射体的深度，单位m.当地下介质中波速v为已知时，可根据其精确测得的走时t，由上式反求出反射体的深度z（m）.在实际运用中，波的双程走时由反射脉冲相对于发射脉冲的延时进行测定.反射脉冲波形由重复间隔发射（重复率20～100 kHz）的电路，按采样定律等间隔地采集叠加后获得.考虑到高频波的随机干扰性质，由地下返回的反射脉冲系列均经过多次叠加.这样，若地面的发射和接收天线沿探测线以等间隔移动时，即可在纵坐标为双程走时t（ns）、横坐标为距离x（m）的地质雷达屏幕上绘出仅仅由反射体的深度所决定的“时距”波形道的轨迹图.与此同时，地质雷达仪以数字形式记录下每一道波形的数据，经过数字处理之后，即由仪器绘成图形或打印输出.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色表示，这样，同相轴或等灰度、等色线即可形象地表征出地下反射面.在波形记录图上各测点均以测线的铅垂方向记录波形，构成雷达剖面.在地质雷达测量中，为了得到更多的反射波特征，通常利用宽频带进行记录，因此不可避免的会记录下各种噪声.数据处理的目的是压制随机的和规则的干扰，以最大可能的分辨率显示反射波的各种有用参数.因此，数据处理是地质雷达探测的关键.地质雷达资料的地质解释是地质雷达测量的目的，它是在数据处理后所得的地质图像剖面中，根据反射波组的波形与强度特征，通过同相轴的追踪，确定反射波组的地质含义，再把地质、钻探和地质雷达图像这3方面的资料有机结合起来，建立测区的地质——地球物理模型，构筑地质——地球物理解释剖面并依据剖面解释获得整个测区的最终成果图，为设计提供依据[1].台阶法施工布置1条测线即可，全断面法施工一般布置2条测线，起拱线1条、距隧底2 m高处1条，或“井”字型布置4条测线.原则是尽量靠近掌子面轴心位置，测线距离尽可能长，尽可能多采集数据，便于后期数据分析处理.图像剖面是资料解释的基础，掌子面前方介质存在电性差异即可在剖面图中找到相应的反射波与之对应.根据相邻道上反射波的对比，把不同道上同一反射波相同相位连接起来的对比线称为同相轴，剖面图识别主要是确定具有相同特征反射波组的同相轴.探地雷达所测得的原始记录资料，首先要经过计算机进行编辑、滤波、振幅调整、时间剖面输出等一系列处理程序，然后根据波速进行时间－深度的换算得到待解释的图像剖面.处理步骤具体如下：①1D－Filter/Subtract－DC－Shift（一维滤波/去直流漂移）；②Static Correction/Move start time（静校正/移动开始时间）；③Gain/Energy decay（增益/能量衰减）；④2D－ Filter/Subtract average（二维滤波/抽取平均道）；⑤1D－Filter/bandpassbutterworth（一维滤波/巴特沃斯带通滤波）；⑥2D－Filter/Running average（二维滤波/滑动平均）.经过以上处理得到了反映地层剖面的不同岩性和结构面分界线的雷达时间剖面图像.地质雷达图像剖面是地质雷达资料解释的基础，只要探测面前方介质中存在电性差异，就可以在雷达剖面图中找到相应的反射波与之对应.雷达剖面图的识别主要是确定具有相同特征的反射波组的同相轴.通常来说，构造断裂带在雷达剖面图上的波形反映一般是与断裂带走势相同的一条曲线，软弱夹层和岩溶洞穴的波形反映一般是由许多细小的抛物线组成的一块较大区域，与周围的波形存在明显的差异.实践证明，地质雷达对探测面前方含水、溶洞、断裂带等异常反应较好，但预报范围将会相对缩短.因为水的介电常数ε=81，电磁波能量会被水大量吸收，探测距离相对缩短.电磁波在地层中传播时的能量消耗也很大，也会对探测距离有一定的影响. 物探波形图的判读除了在波形图上发现明显的信号异常之外，还要结合观察施工现场的地质情况，结合地质方面的知识加以综合判断.下山口隧道所在地隶属云南省洱源县右所镇下山口村，隧址区域段属于切割中山地貌区，南向与右所山间盆地相接，北向与洱源山间盆地相连，进口地段为右所盆地东侧边缘，微地貌为大辽山山前洪积扇，自然边坡坡向约60°～110°，坡度10°～40°.出口地段为洱源盆地东南侧边缘，微地貌为山前河谷，自然边坡坡向约0°～30°，坡度30°～60°.洞身段最高点地面标高2 430 m，隧道最大埋深约371 m.整体上沿隧道走向上呈中间高两头低，自然边坡总体上西高东低.隧道区域地层自上而下主要由第四系全新统残积层与泥石流堆积层（Qel+se）f 成因角砾土、粉质粘土；残坡积（Qel+d）l角砾土、粉质粘土和二叠系（P）全风化玄武岩及其风化44β层组成.隧道区域地表水受季节影响较大，主要赋存于山间凹地、冲沟之中，地下水发育，主要以第四系松散沉积物孔隙水、风化带基岩裂隙水为主.隧道为双向四车道分离式隧道，净宽10.25 m，净高5 m.由于下山口隧道区域地质条件的复杂性和勘察的局限性，难以对复杂的地质情况作出准确的微观把握，为及时掌握掌子面前方的不良地质情况，提前采取措施，避免隧道内塌方、涌水等地质灾害现象的发生，必须实施地质超前预报.下山口隧道K84+324—K84+304段处于隧道出口处，隧道围岩主要由残坡积成因的角砾土，及含碎石黏性土组成，角砾土稍密～密实状，角砾含量50%～60%，黏性土硬塑～坚硬状，含少量角砾.拱部及侧壁自稳性差，易坍塌，雨季地下水出水状态以点滴状为主，局部呈淋雨状.采用台阶法开挖，辅以管棚超前支护.本次超前预报的设备为瑞典MALA公司的RAMAC/GPR地质雷达，检测剖面沿掌子面从左到右布置，检测天线频率为100 MHz，时窗设置为561 ns，掌子面桩号为K84+324.因掌子面环境较恶劣，故数据采集时采用键盘触发式.根据GPR探测得到的反射波图像，结合隧道工程地质实际情况，本次探测结果解释为：目前掌子面里程为K84+324，如图2（横坐标表示道数，纵坐标表示雷达探测深度），前方20 m内围岩主要为泥石流堆积而成的角砾土和炭质泥岩及强风化玄武岩组成，围岩稳定性差，炭质泥岩遇水易塌方.掌子面右侧在K84+319～K84+304段内雷达波有强反射，围岩破碎，有破碎带存在，在施工中应注意防止掉块和坍方情况的发生.目前的围岩级别为Ⅴ级，围岩松散、破碎，自稳能力较差，因此在施工过程中应采用小药量、短进尺、分部开挖的方法，超前支护和初衬及时支护、二衬紧跟的方式施工，避免发生事故.在掘进过程中，应特别注意发生塌落和掉块情况，特别在除渣过程中注意施工人员的安全.围岩主要为泥石流堆积而成的角砾土和炭质泥岩及强风化玄武岩组成，围岩稳定性差，掌子面距二衬的距离建议控制在30 m内.K84+324～K84+304段内，围岩松散、破碎，含水高，有小涌水，稳定性极差，建议初支和二衬加强支护.当前地质雷达技术已经成为短距离的超前地质预报最重要的手段，它具有以下优点[2]：1）分辨率高.地质雷达中心频率为10～1 500 MHz，其分辨率可达厘米级.2）无损性.地质雷达为无损探测技术.3）效率高.地质雷达仪器轻便，可连续测量，从数据采集到处理成像一体化，操作简单，采样迅速，所需人员少.4）结果直观，地质雷达采用图像实时显示，可在野外定性解释.5）地下传播规律复杂.由于地下介质比空气具有较强的电磁波衰减特性，加之地下介质的多样性和非均匀性，电磁波在地下的传播比空气中复杂得多，因而，地质雷达系统涉及的理论面广，技术难度大.但是在地质雷达的工程应用中，要注意它虽然对水和空洞较为敏感，但其探测距离较短，探测距离与分辨率的矛盾无法克服[3]，相同长度隧道需要更多的探测次数，才能得到较为准确的预报结果.其次，它对测线的条件要求较高，反射信号易受到表面起伏、表面附设物、天线跳动的影响甚至干扰，从而导致目标反演的困难.另外，地质雷达也存在受杂波干扰解释困难和资料成果解释的多解性问题，需要探测人员不断积累经验，提高探测的精度.因此在用地质雷达进行探测的过程中首先要选定合理的仪器参数，以得到较满意的雷达波形图，数据处理时，首先要对干扰信号进行区分和排除，通过对不良地质条件下各种介质雷达波形图的典型特征进行反复地研究和积累大量的图像资料，可以提高量化处理的水平.在下山口隧道地质超前预报工作中，通过不断的探索、实践和总结，形成了以中、长超前物探（主要是地质雷达）和超前水平地质钻探验证为主，辅以短距离地质素描超前分析和施工前超长炮孔加密确认以及红外探水的“多阶段、多层次、多方法”的“综合立体式超前预测预报技术”.在该探测体系中，中长距离的物探，特别是对掌子面前方富水岩溶的探测主要采用地质雷达.以地质雷达超前探测为基础确定掌子面前方20～30 m范围内地质异常体，随后采用超前水平钻探进行验证.以该技术为依托，在对下山口隧道地质复杂地段进行地质超前预报，对工程施工具有一定的指导意义，不仅能提高隧道施工的工作效率，还能确保工程施工的安全进行.【相关文献】［1］李大心.探地雷达方法与应用［M］.北京：地质出版社，1994.［2］杨峰，彭苏萍.地质雷达探测原理与方法研究［M］.北京：科学出版社，2010.［3］徐元青，卢谨.超前地质预报在高速公路隧道施工中的应用［J］.工程与建设，2009，23（4）：488-489.。

地质雷达在隧道超前预报与质量检测中的应用发布时间：2021-08-17T03:28:31.646Z 来源：《科技新时代》2021年5期作者：刘小铮[导读] 能为调整施工方案、做好施工质量评估提供全面可靠的分析数据，指导有关工作科学开展。

廊坊市中铁物探勘察有限公司河北省廊坊市 065000摘要：地质雷达技术具备良好的物体探测、信息数据可靠获取能力，利用地质雷达的技术优势，可以有效实现在隧道超前预报与质量检测中，对有关施工技术和安全管理方面，获取准确、动态化检测数据，通过充分做好隧道超前预报与质量检测中地质雷达技术的应用分析，指导有关隧道施工技术和加固方案的优化调节，尤其能对既定的问题和处理效果全面测试分析，保障在地质雷达技术应用中，能实现对科学隧道施工技术的调节、控制，保障施工水平提升，体现更加可靠的安全、质量管理能力。

关键词：地质雷达;隧道超前预报;质量检测;应用1引言地质雷达在隧道超前预报以及质量检测中，都能发挥积极作用，主要是能实现科学化管理，全面获取隧道施工中的不良信息隐患，做好科学化控制，能为调整施工方案、做好施工质量评估提供全面可靠的分析数据，指导有关工作科学开展。

2隧道超前预报与质量检测的实践意义隧道超前预报工作的开展，能对各种隧道施工中的不良隐患有效分析，及时做好必要技术管理，突出管理能力，保障在隧道施工中，能提前做好技术管控，实现科学管理，解决有关的工程建设问题。

在隧道的施工中，能发挥良好的控制优势，实现科学化管理，重视解决优化问题隐患，在隧道管理中，能做好科学分析，指导有关加固措施方案的实施，解决有关的质量问题。

质量检测技术能实现对特定问题的分析，主要是能解决有关问题，做好必要技术管理，对有关的隧道病害进行深入化管控，重点解决相关控制机制，做好科学管理，获得全面、可靠的质量检测技术资料，指导有关工作的科学开展，提升施工技术安全、质量控制能力。

通过在充分获得可靠、全面化检测和预防信息数据的前提下，有关的隧道施工工作建设更加安全，利于控制施工质量，发挥安全管理优势。

地质雷达法在隧道超前地质预报中的应用研究摘要：研究地质雷达法在超前地质预报过程中的前期准备工作，包括仪器校准、测线布置和数据采集参数的选择等，通过将详细讨论地质雷达数据处理和解释的方法，以及如何利用反射强度图和其他参数来识别地下结构特征。

旨在总结地质雷达法在隧道超前地质预报中的应用特点，并提出进一步研究的方向和建议。

关键词：地质雷达法；隧道超前地质预报；数据分析；数据采集引言隧道工程是一项复杂而具有挑战性的工程，其设计和施工过程中地下结构的准确预测和评估至关重要。

在隧道超前地质预报中，地质雷达法作为一种非侵入性、高分辨率的地球物理勘探技术，具有广泛的应用潜力。

它可以提供关于地下结构、岩性分布、断层带和可能存在的障碍物等多种信息，为隧道工程的施工方案制定和风险评估提供科学依据。

1.地质雷达法检测原理地质雷达法是一种非侵入性的地球物理勘探方法，用于获取地下结构和岩层的信息。

它通过发射雷达脉冲信号并接收反射信号来进行测量。

地质雷达系统包含一个控制单元、一个发射器和一个接收器。

地质雷达发射器发送高频电磁脉冲信号进入地下。

这些脉冲信号在地下介质中传播，遇到不同介质界面时部分能量会发生反射。

接收器记录并测量反射回来的信号。

接收到的信号经过处理后可以生成地下剖面图或三维模型，显示地下结构和岩层信息。

地质雷达法基于电磁波在地下介质中的传播原理。

当电磁波从一个介质进入另一个介质时，波的速度和方向会发生变化，一部分能量会发生反射并返回到地表。

通过测量和分析反射信号的特征，可以推断出地下结构的信息，如岩层界面、土壤类型和可能存在的障碍物等。

1.隧道超前地质预报中地质雷达法的应用2.1前期准备地质雷达法在隧道超前地质预报中的应用可以提供有关地下结构和岩层的信息，帮助工程师了解隧道开挖面前的地质状况。

根据隧道工程的具体要求，制定地质雷达数据采集的计划。

这包括选择适当的设备、确定测量路线和采样区域，以及制定采集参数和测量方案。

黑龙江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJI值2年第9期（总第347期）No. 9,202(Sum No. 347)研究长大高速公路隧道地质超前预报的现场应用高建轩（山西路桥第一工程有限责任公司,山西太原430004）摘要:针对长大高速公路隧道地质超前预报应用情况，进行合理的分析，并结合某长大高速公路实例,简要介绍了分析长大高速公路隧道地质超前预报应用要点的重要价值、长大高速公路隧道地质超前预报的现场应用要点。

希望能够为有关人员提供良好借鉴。

关键词：长大高速公路;隧道地质超前预报;地质雷达中图分类号:U450 文献标识码:A 文章编号：1008 -3383（值2 ） 09 - 4168 - 42由于我国交通体系的不断健全,长大高速公路 的建设规模越来越大，在长大高速公路建设施工环 节,因为隧道施工受地质灾害影响较大，一旦发生 地质灾害，还会延长长大高速公路隧道施工进度, 为了保证长大高速公路隧道施工质量得到更好提 升，本文重点研究长大高速公路隧道地质超前预报 的具体应用。

1分析长大高速公路隧道地质超前预报应用要点 的重要价值由于国民经济的全面发展,道路交通建设规模不断扩大，一些公路与铁路隧道等交通隧道深度不断加大，在地下工程施工环节，运用新奥法动态施 工工艺进行施工，一旦发生地质灾害，会严重影响 地下工程的施工质量与进度,故做好超前地质预报 工作特别关键。

一般来讲，长大高速公路隧道地质 超前预报方法主要分为两种,分别是物探法和钻探 法，其中，物探法较为成熟，主要有地质雷达法、地 震波法与瞬变电磁法等等，而钻探法主要包括地质 取芯法与非取芯法等。

在一些施工环境比较复杂的施工场地，因为该 地区的地质条件复杂程度较高，作业人员可以运用 长距离和短距离结合、钻探验证物探的方法进行勘探。

现阶段，长大高速公路隧道地质预报手段，重 点是水平方向的超前地质探测，对于竖向地质探测 较少，具体的应用也特别少,故本文重点研究长大公路隧道地 超 报的用。

地质雷达在隧道超前预报及质量检测中的应用殷川【摘要】地质雷达作为一种先进的探测、检测手段,能够很好地用于隧道超前地质预报及质量检测中.介绍了地质雷达的工作原理、参数设置及测线布置等问题,结合云湖1号隧道工程实例,阐述了地质雷达在隧道超前地质预报以及衬砌背后脱空、厚度等质量检测中的方法和作用,对具体的施工和质量问题提出建议.总结出了地质雷达在使用时的几点注意事项,可为类似工程做参考.%As a kind of advanced detection means, ground penetrating radar is effectively used in geological fore-cast and quality detection of tunnel. The working principle of the radar, the setting of parameter and the layout of the lines are introduced in general. Combined with the project example of Yunhu No.1 tunnel, the method and effect of ground penetrating radar in geological forecast and quality detection are expounded. Some suggestions for tunnel construction and quality control problems are put forward, which provides the reference for other similar projects.【期刊名称】《兰州工业学院学报》【年(卷),期】2015(022)006【总页数】5页(P72-76)【关键词】地质雷达;超前地质预报;质量检测【作者】殷川【作者单位】兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】TU413.6随着我国经济的高速发展，新建的公路、铁路隧道在逐年增加.由于施工现场的地质情况相对较复杂，受工程地质勘察时间、经济、技术难度等条件的限制，往往造成勘察设计成果与实际情况不符[1].因此，可以在隧道施工过程中，对掌子面前方地质情况进行超前探测预报，与设计相结合来指导隧道施工，以保证施工的安全进行[2].同时，建成运营中的隧道暴露出来的病害也越来越多，所以，在隧道施工过程中加强施工指导及质量检测显得尤为重要.地质雷达是近年来一种新兴的地下探测与混凝土构筑物无损检测的新技术，具有快速、高效、无损、连续、分辨率高等优点[3-4]，因此在隧道超前地质预报及质量检测中可以发挥重要作用.本文结合地质雷达在四川省绵竹至茂县公路绵竹段工程云湖1号隧道超前地质预报及质量检测中的应用，以具体里程的超前预报和部分地段的初支、二衬质量检测为例，通过数据处理分析，对隧道超前地质预报和衬砌病害的具体图像做了介绍，并总结出超前预报及衬砌检测时的一些注意事项,以此指导施工和质量检验，保证施工安全及质量.1.1 地质雷达使用原理及方法地质雷达是基于探测区域内物质介电常数的不同，利用发射天线发射高频电磁脉冲波的反射来探测地质目标体的一种物探手段[5].它的基本原理是：由发射天线发射一个电磁波，该电磁波在介质中传播，并被各类介质反射，然后由接收天线接收，雷达检测原理见图1.地质雷达工作时，其回波走时(电磁波行程所需时间)t为v.其中，x为发射、接收天线的间距；z为反射点的法线深度；v为电磁波在地下介质中的波速.由式(1)雷达根据测得的雷达波走时，自动求出反射物的深度z和范围. 当电磁波遇到介质分界面(如初衬和围岩的界面，初衬和二衬的界面等)或地下异常体(如空洞，脱空，不密实等)时，由于介电常数的差异，反射强弱及波形上会出现明显差异，许多道反射波组合起来，形成一个雷达剖面.1.2 地质雷达参数设置探地雷达不同频率天线的测深能力不同，频率越低，探测深度越大，但是分辨率会降低；频率越高，探测深度越浅，分辨率会提高[6].在隧道内检测，需采用屏蔽天线.本文超前预报探测工作使用瑞典MALA地球科学公司(Sweden MALA Geoscience Inc)生产的RAMAC CUII型探地雷达，探测时，使用发射频率为100 MHz的屏蔽天线.在衬砌质量检测中使用瑞典MALA公司产的RAMAC/GPR型地质雷达，采用新型的X3M主机，用800 MHz屏蔽天线检测初期支护，用500 MHz屏蔽天线检测二次衬砌.具体测试参数见表1.2.1 工程概况云湖1号隧道全长3 554 m，是四川省绵竹至茂县公路绵竹段工程(8.13灾后重建工程)的一座特长隧道，为双向行车隧道，隧道起讫里程为K9+750到K13+305.云湖1号隧道所穿越的绵远河左岸山体，地形上为一沿绵远河走向展布的山体，其山脊走向北西至南东向，地形陡峭.隧道进口处下段地形相对较缓，地形坡度25～35°，上段为岩质陡坡，坡度60～65°，局部近直立；出口处上下段均为悬崖绝壁，坡度65～75°.由于受强烈的构造挤压作用，山脊高耸.隧道穿越山脊顶部最高高程为1 980 m，隧道进口绵远河河床高程752 m，岭谷相对高差达1 228 m，属中山构造剥蚀地貌.根据区域地质资料及野外地质调查，隧址区出露地层复杂，主要有第四系全新统崩积、第四系全新统崩坡积、第四系全新统冲洪积、第四系全新统泥石流规程以及二叠吴家坪、二叠系龙谭组、二叠系阳新组、二叠系梁山组、石炭系总长沟组及泥盆系沙窝子组、泥盆系观雾山组.2.2 雷达数据采集及测线布置在进行超前预报数据采集前，首先观察掌子面，结合设计资料，作出掌子面素描和地质条件，然后连接主机与100 MHz雷达屏蔽天线，设置采样参数，在现场施工人员配合下进行数据采集.地质雷达探测时，在掌子面距隧道拱顶约4.5 m处布置一条水平测线.在衬砌质量检测时，先将主机、电脑及对应天线联接，手持天线贴住衬砌(或路面)砼表面，然后开机并设置好各采样参数开始采样，采样时手持天线顺着测线匀速(5 km/h)移动，在检测拱腰和拱顶时，在检测作业车上搭设钢管架平台以满足作业高度的要求.初期支护检测时沿隧道纵向共布置5条测线，以便使检测结果能全面地反映隧道的质量情况，其中左边墙、左拱腰、拱顶、右拱腰、右边墙各布置1条测线共5条测线.二次衬砌沿拱顶、隧道中线两侧起拱线位置、仰拱中线左侧(或右侧)1 m、仰拱中线右侧(或左侧)4 m共布置5条测线(无仰拱段落设置3条).衬砌测线横断面布置示意如图2.3.1 超前预报数据处理及解释本次超前预报数据采用云湖1号隧道掌子面k11+108处所采集的数据，掌子面围岩以中风化白云质灰岩及灰岩为主，属较硬质岩，受构造影响较严重，节理裂隙较发育，岩体较破碎，岩体层间结合一般，多呈中厚层状及块(碎)石状结构，整个掌子面较干燥，无裂隙水渗出.将地质雷达对掌子面测线所探测得到的原始雷达波进行分析处理，具体分析处理方法是：对其进行移动开始时间静校正，增益，去直流漂移和巴特沃斯带通一维滤波，抽取平均道及滑动平均等二维滤波处理，压制和剔除干扰波，突出有效波.处理后的雷达波如图3所示.根据地质雷达探测剖面综合分析如下：1) 在掌子面前方0～360 ns的区段范围内(构造深度0～18 m，参考波速0.1m/ns)：该范围内矩形标记处电磁波信号以较均匀中低频为主，同相轴较连续，波形频率变化较有规律，初步推断存在裂隙水；椭圆标记处电磁波信号为较均匀中低频，同相轴连续，波形频率高低变化快，初步推断为软弱泥质夹层.具体位置见图3所示.2) 在掌子面前方360～560 ns的区段范围内(构造深度18～28 m，参考波速0.1 m/ns)：该整体区域范围内电磁波信号以中低频为主，波形频率高低变化快，同相轴较连续，初步推断该整体范围围岩节理裂隙发育，层间结合差，岩体破碎.具体位置见图3所示.3.2 衬砌检测数据处理及解释1) 初支检测数据分析.初支检测选用云湖1号隧道K10+450～K10+485处采集数据.根据支护状况观察可知，K10+450～K10+485段初支表面无渗水现象，无裂缝，钢架无明显变形，喷层有轻微剥落.为了更好的解释该段初支异常发生的原因，采取对初支背后进行加密布线探测以掌握初支背后的地质情况.仪器采用探地雷达X3M(短距离探测精度相比用于远程探测的TSP精度较高)，天线选用800 MHz，采用时间采集.根据探测目的，本次探测采用如下布置原则：在K10+450～K10+485约35 m范围内对开挖轮廓进行雷达探测加密布线：纵向布置11条测线.对数据采用REFLEXW 2D软件进行处理，最终得到各测线的成果图，以此对衬砌质量进行分析评价工作.采用的主要处理功能有：去直流飘移、移动开始时间、增益(能量衰减)、水平滤波、带通滤波、平均、图形转换等.各测线纵向检测结果示意如图4示(粗实线代表质量存在问题段).根据检测结果分析，初步推断本次探测的范围内存在较多大小不一，形状不规则，分布无规律的节理裂隙发育部位及节理裂隙密集带.初支背后节理裂隙密集带或充填型溶洞从桩号K10+470开始发育，并一直延续到K10+480位置，发育深度大概从1.1 m开始，一直延续到4.0 m位置，且沿隧道开挖轮廓线形成环形贯通.为了防止引发大的坍塌事故，确保前方掘进施工安全，建议暂停开挖掘进，并及时施作针对性的专项支护.2) 二衬检测数据分析.二衬检测中采用图2中LP-1,LP-3,LP-5测线，运用500 MHz天线采集数据.现场采集雷达波数据后，对数据进行处理，主要步骤为：道插值、偏移纠正、去直达波信号、增益、去水平信号、带通滤波、滑动平均.再利用Reflexw软件将衬砌厚度自动描绘出来，出具厚度检测结果，并根据雷达波反射信号对二衬背后缺陷进行评定.本次二衬检测采用云湖1号隧道k10+550～k10+755处数据分析，来说明地质雷达在二衬检测中的应用，典型雷达图如图5～7，k10+550～k10+755段右边墙二衬厚度检测成果图如图8.通过对雷达图像分析，地质雷达可以很好地检测出二次衬砌中存在的空洞、衬砌背后的脱空以及初支背后不密实等缺陷，也可以对二衬中的钢筋进行检测，为检测隧道衬砌的质量合格提供很好帮助.图5和图7中都存在着局部区域天线脱离和未贴好的情况，可能是天线停顿或遇到障碍物造成，为后期数据处理及结果的判断带来不便，在实际数据采集中应避免发生.二衬背后空洞或脱空病害将削弱衬砌及支护对围岩进一步变形的抑制作用，空洞处围岩的变形剥落将导致围岩应力的重组；围岩裂隙水积聚于空洞及脱空处将增加二衬及支护结构的负荷；衬砌厚度不够直接影响衬砌的受力能力(本次检测段衬砌厚度符合设计要求).这些是引起围岩坍塌、二衬及支护结构变形的主要因素.建议对检测结果中不密实、空洞及脱空处进行注浆处理，注浆后进行复测，确保衬砌及支护结构的安全性和可靠性.4.1 超前预报中注意事项在超前预报中采用点测方式，每次雷达移动距离尽量保持10 cm左右，并且保证雷达天线紧贴掌子面，以求采得更好数据.在数据处理完得到雷达图像后，要结合掌子面素描及勘察地质资料，对图像进行综合分析，保证预报的准确性及可靠性，进而为施工提供有效而准确的预防措施.在对数据处理中，应对图像先去除水平信号再增益，若先增益再去水平信号，会将掌子面前1～3 m范围内的有效信号误认为是水平信号去掉了，影响结果.4.2 衬砌检测中注意事项隧道衬砌检测中，初支表面往往凹凸不平，雷达天线往往不好紧贴，因此采用时间触发方式进行数据采集.但时间触发容易造成天线停顿，时间照常走，故在现场进行数据采集时，持天线的人与采集的人要相互配合好，当天线停顿时及时通过采集软件停止采集，等处理好后再继续进行采集，以免造成里程桩号错误及后处理数据时的繁琐.相反，二次衬砌相对来说表面比较光滑，在数据采集时采用距离触发方式，用测距轮进行采集，有利于对距离的掌控.但在采集过程中必须保证测距轮正常转动，不然会使雷达图像压缩，测定距离不准；再者，当测距轮使用时间长以后，会造成测距轮磨损，这样在测距轮使用过程中实测的距离不准，因此，为保证数据采集的准确，在测距轮使用时间久后对测距轮进行校正，再次进行数据采集时选用测距轮校正后的天线.1) 地质雷达作为探测隐蔽工程的仪器，在隧道的超前预报探测和衬砌质量的检测中发挥了重要作用.对于隧道掌子面前方短距离的超前预报，可以很好的探测前方的围岩变化及存在的潜在不良地质，为隧道安全施工提供了可靠的参考；对隧道初支、二衬中不密实、空洞及衬砌厚度(不足)等缺陷能够很好的检测，为施工的质量提供保证.2) 在隧道超前预报数据的采集中，天线移动的步距以每次10 cm为准，保证采集到有效准确的数据.在对数据处理中，应对图像先去除水平信号再增益.后期处理结合地质资料及掌子面情况，以做到探测更准确.3) 衬砌质量检测中，天线频率、触发方式的选择，从实际出发，初支采用时间触发，二衬采用测距轮距离采集，都为采集到更准确数据，方便后期的处理分析，能更好的保证检测的质量.【相关文献】[1] 程帅然,张勤,陈松.地质雷达在隧道超前地质预报中的应用[J].低温建筑技术,2013(9):106-108.[2] 岳彬,钟凌云,王贵和.地质雷达技术在客专隧道超前地质预报中的应用[J].工程勘察,2014(9):89-93.[3] 曾昭发,刘四新.探地雷达原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2010.[4] 张家鸣.提高地质雷达隧道衬砌质量检测效果的几点措施[J].隧道建设,2014,34(7):691-695.[5] 张智蔚,孙杨勇,陈强.公路探地雷达技术在隧道检测中的应用探讨[J].公路交通科技:应用技术版,2008(4):141-143.[6] 吴刚.地质雷达在隧道初期支护质量检测中的应用[J].贵州工业大学学报:自然科学版,2008,37(4):222-225.。

3-1-14 地质雷达超前地质预报1 前言地质雷达又称GPR（Ground Penetrating Radar）,它是利用电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度和波形随着通过介质的电性性质和几何形态不同而发生变化的性质进行地下勘探、工程检测的一种物探方法。

我国上个世纪八十年代就引进这一先进技术，并用于地面地质勘察、隧道超前地质预报、结构物质量检测等，到目前已有二十多年的应用历史。

在隧道超前地质预报方面，地质雷达最初应用在岩层单一、地质条件简单的隧道中，且每次预报距离很短，随着仪器设备不断改进，处理软件不断升级，地质雷达预报距离逐步增大，预报精度、准确度不断提高。

目前，地质雷达已成为地质短期预报最主要的方法，被大量应用于岩溶隧道、地下水探测。

2 地质雷达超前地质预报概述适应范围地质雷达适用于对断层及其影响带、溶洞、裂隙发育带、软弱夹层，以及地下水的预测预报。

技术特点地质雷达用于隧道超前地质预报具有适用范围广、操作简单、现场测试环境要求低、预报距离短但准确度高、提交结果及时，以及预报成本低，对施工干扰小等特点。

基本原理地质雷达是利用发射天线将高频电磁波以宽频带短脉冲的形式传入围岩，电磁波在遇到地质反射面时被反射回来，再被接收天线接收。

通过测得反射波的双程走时，计算不良地质距离掌子面的距离，通过分析反射波的振幅、波形、波速、频率等来判断不良地质的性质。

图14-1是地质雷达探测原理图。

图14-1 地质雷达探测原理图根据地质雷达探测原理图求得电磁波在围岩中的旅行时间为：（14—1）式中Z—探测目标体距掌子面的距离；X—发射、接收天线间的距离；V—电磁波在介质中的传播速度。

当时,上式即为：t = 2 Z / V （14—2）电磁波在介质中传播与弹性波一样遵循波动方程，电磁波速度V与相位系数α的关系为：V=ω/α。

当、μ=1时（14—3）式中c—电磁波在真空中的传播速度；εr—介质的相对介电常数；α—相位系数；ω—电磁波角频率；μ—介质磁导率；ε—介质介电常数；σ—介质电导率。

隧道超前地质预报中地质雷达的应用摘要：本文引见了地质雷达的原理及详细的应用办法，并分离工程实例，论述了地质雷达在隧道超前地质预告中的应用方式，标明了地质雷达在隧道超前地质预告中的优越性。

随着经济实力的加强，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立力度。

隧道作为高速公路施工中的重点环节，对缩短公路里程、节约投资本钱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祸展开超前地质预告，将对隧道的正常施工和顺利贯穿发挥无足轻重的作用。

胜利的预测促使施工及时采取应对措施，防备于已然。

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情况进行预告就显得尤为重要。

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。

它是应用高频电磁脉冲波的反射原理来完成探测目的。

地质雷达属电磁波探测技术中的一种。

它经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别(介电常数、电磁导率等)的界面或其它目的体(如围岩性质、地质构造结构、围岩完好性、公开水和溶洞等状况)时，就会发作反射、绕射等电磁波特有现象。

依据这些特性，我们经过接纳天线拾取响应信号，并记载到计算机上，根据电磁波的波形、相位、振幅、频谱等时域、频域特征，可取得测试面前方不同电性体的散布特征，经过反射波双程游览时间，可计算前方分界面或目的体的深度。

二、地质雷达应用办法(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逐个对应的，在进行地质雷达测试时。

地质预告为简化操作，减小施工干扰，普通只需求100MHz的屏蔽天线，但地质雷达100MHz的天线实践测试有效间隔是5～30m，也就是说前5m是个含糊区，这在理想中是不允许的，所以我们能够有两种选择，一种是采用100MHz的天线和400MHz的天线共同来完成测试;另一办法为只用100MHz天线测试，但是前后两次测试需搭接上5m，实践每次测试间隔依据实践状况再定。

地质雷达在公路工程检测中的应用及管理摘要：地质雷达是一种利用电磁波进行非侵入性地下探测的技术工具，广泛应用于公路工程。

该技术通过发射和接收电磁波，实时获取地下结构信息，为工程设计和施工提供关键数据。

在公路工程中，地质雷达的主要应用包括地下管线和电缆探测、地下空洞和坑洞识别，以及路基和路面质量评估。

设备选择与购置、操作规范与技术培训以及数据处理与解读是地质雷达管理与操作的关键方面。

地质雷达在公路工程中具有高效快速的检测能力，非破坏性的探测方式减少了地表影响，但仍面临复杂地质条件和数据解读准确性的挑战。

未来通过技术创新和规范操作，地质雷达有望在公路工程中发挥更重要的作用，提供可靠的地下信息支持。

关键词：地质雷达；公路工程检测；应用及管理引言地质雷达作为一种非侵入性地下探测技术，在公路工程中发挥着重要作用。

通过发射和接收电磁波，地质雷达能够实时获取地下结构信息，为工程设计和施工提供关键数据。

本文将深入探讨地质雷达的原理和在公路工程中的多重应用，包括地下管线和电缆的探测、地下空洞和坑洞的识别，以及路基和路面质量评估。

设备选择与购置、操作规范与技术培训，以及数据处理与解读将成为地质雷达管理与操作的关键议题。

尽管地质雷达在公路工程中具有显著优势，但仍需面对复杂地质条件和数据解读的挑战。

通过深入研究和技术不断创新，我们可以更好地理解和应用这一先进技术，以提高公路工程的效率和安全性。

一、地质雷达概述地质雷达是一种利用电磁波进行非侵入性地下探测的技术工具，其应用涉及广泛，尤其在公路工程中，具有重要的作用。

通过发射高频电磁波并接收反射信号，地质雷达能够实时获取地下结构的信息，为工程设计和施工提供关键数据。

（一）地质雷达原理地质雷达的原理基于电磁波在不同材料中传播的速度和特性的差异。

地质雷达系统由发射器、接收器和数据处理单元组成。

发射器向地下发送电磁波，当波遇到地下不同介质时，部分波被反射回来并被接收器捕获。

通过分析反射波的强度、时间延迟和频率等特征，可以确定地下结构的性质和位置。