發布時間：2022-07-17 09:49:00
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇地質雷達技術在隧道地質超前中的運用，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
摘 要：在隧道項目的施工作業中，施工范圍的水文地質以及工程地質等情況是影響項目施工質量以及施工安全的重要因素，施工范圍的地質條件惡劣易引發多種意外事故。例如，突泥涌水、隧道坍方等，突發事故的發生不僅增加隧道施工的困難度，還易導致不良后果，例如工期延誤、設備損傷、人員傷亡等，嚴重損害了隧道項目的經濟效益。本文通過分析雷達探測技術在隧道地質探測工作中的應用，分析雷達探測技術的應用價值。
關鍵詞：地質探測；雷達探測技術；應用
隧道地質常用的地質探測技術有多種，常見的有瑞雷面波法、地質雷達法以及地震反射波剖面法等，隧道施工中通過多種探測方法以獲取子面工程的地質情況，從而對隧道周圍進行精確預報。隧道地質超前預報主要是借助探測手段掌握施工現場的圍巖級別、圍巖完整度以及不良地質特征等情況，對隧道施工的安全進行給予指導。地質雷達監測方法是用于了解地下介質其分布狀況的一種電磁波法。其工作原理是確定受測范圍在無鐵磁性物質大量干擾的前提下，采用寬頻脈沖形式的高頻電磁波，借助發射天線將其送入指定方向的地質中，在受到具有電性差異目標體或是地層的反射后，回到地面被接受天線所接受。在地下傳播中的高頻電磁波在經過介質時，該介質的集合幾何形態以及電性性質將會影響電磁波的波形、磁場強度以及路徑等。所以，經過分析、處理以及采集時域波形，可掌握地下界面以及地質體的結構、空間、位置等信息。
1 雷達探測技術對斷層破碎帶的地質探測
斷層屬于隧道施工過程中的重要地質構造，而地質雷達探測技術的主要目的則是要明確斷層的規模、產狀以及空間分布狀況。國內有部分隧道均存在不同程度的斷層現象，例如有些隧道常有巖脈斷層、壓扭性斷層以及巖性的接觸斷層等。斷層帶內部還發育有多種巖體，例如角礫巖、糜棱巖等，此外還有地下水以及斷層泥等物質，介質的均一性偏低且分布不均勻，電性存在明顯差異，斷層兩側巖體發育特點通常具有節理性與褶皺性。斷層的內部的電性差異偏大則為地質探測作業提供了良好物理基礎。地質雷達在探測斷層破碎帶的發育區時，自動增益的梯度范圍通常控制在8～30dB之間，斷層富水帶自動增益的梯度存在更大的變化，斷層破碎帶內部雷達圖形的色彩分布散亂，電磁波具有規律性差、能量衰減迅速等特點，反射波形雜亂無規律，幅度變化較大；因為斷層破碎帶與高效濾波系統均有濾波效果，因此電磁波在斷層破碎帶的穿越過程中，其頻率程度會因此而發生巨變，從高頻轉變成低頻。
根據對A隧道進行地質雷達探測結果（如圖1）發現，K79+765～K79+771段與K79+776～K79+781段的地質雷達探測波形反射波組呈均勻的低幅水平，該段推斷為完整性較高的變質石英砂巖。另外K79+772～K79+776段與K79+782～K79+785段地質雷達探測波形反射波組較強，其緩傾角呈不連續狀態，波形紊亂無序，可推斷出該段斷層破碎帶屬于陡傾角的輝綠巖脈。其中，K79+782～K79+785段巖脈掌子面與走向的平行情況基本一致，脈內所組成的物質及其強度情況較為均一，巖體結構呈鑲嵌、壓碎狀；K79+772～K79+776段的走向和掌子面交角約為20°，厚度分布較為分散，脈內巖體的風化情況不一致，裂隙發育呈壓碎、松散結構。
根據對B隧道進行地質雷達探測結果（如圖2）發現，K3+840～K3+847段地質雷達探測波形反射波組呈低幅水平，其中有強反射同相軸存在于一些樁號部位，少數部位波形較為雜亂，根據K3+840段掌子面的地質情況反映出該段圍巖屬于完整性較高的硅質砂巖，其巖體結構主要呈中厚層狀，斷層層面較為發育，無水。K3+847～K3+860段之間普遍存在有強反射同相軸，圖中波形雜亂無序，變化明顯，系巖體存在增大的物性差異，圍巖質越往下越差，探測結果圖中可明顯看出，電磁波能量在時間段200～300ns處已相當微弱，圖中波形同相軸較為模糊，巖體含水量高，軟弱破碎，電磁波大量能量被吸收。根據該隧道工程地質的整體分布情況以及掌子面調查情況，可推斷出有斷層存在于K3+847處，K3+847～K3+860段的巖體結構層碎裂、松散狀，圍巖含水量高，破裂。
2 雷達探測技術對溶洞的地質探測
隧道施工過程中主要的不良地質巖體為巖溶，若隧道中存在巖溶，開挖時極易發生突水突泥以及坍塌下沉事件，未事先進行地質探測而盲目的進行隧道施工可能會引起嚴重的安全事故以及生產事故。施工前對隧道巖體的規模、空間分布、含水率以及充泥情況等信息進行探測是超前預報的主要任務之一。B隧道的進出口位置均屬于炭質灰巖，該段巖溶發育較好，隧址中的溶洞主要分布在灰質頁巖巖體的下方，以炭質頁巖作為隔水層，該地段中的溶洞多無填充物，為空洞，少部分會存在少許呈流塑狀的紅粘土。B隧道LK3+629～LK3+649段地質雷達探測情況（如圖3），該段范圍內存在的異常反射體共有3個，呈雙曲線型，可推斷出該隧道的溶洞地質。
3 雷達探測技術對富水帶的地質探測
B隧道發育處為山體內部的煤層，之前所經歷過的采掘時間長達數百年，山體內部具有大量巷道，巷道以下行巷道為主，有嚴重的積水情況。一些老煤窿延伸到隧道底部的距離甚至長達一百多米，山體中存在大量煤窿增加了隧道施工的困難度與危險性。常見的介質中，水體的介電相對常數最大是81，相比基巖介質，兩者電性具有顯著性差異。雷達電磁波在含水破碎帶以及基巖中越過時，有強反射情況在界面產生，同時還會有散射與散射現象、波形紊亂、頻率降低等情況在含水破碎帶內部發生[2]。
B隧道LK3+756～LK3+776段地質雷達探測結果中顯示（如圖4），其中LK3+756～LK3+764段反射波組呈相對低幅水平，少數部位有強反射同相軸存在，根據掌子面的地質情況分析結果可推斷出，LK3+756～LK3+764段的圍巖主要為砂巖互層、中層煤層以及薄層，巖體松散、破碎，易發生坍塌，巖體結構層碎狀，構造發育具有節理性，圍巖偏破碎狀。此外，LK3+764～LK3+776段水平分布有較多具有強規律性特質的強反射同相軸，同時使深部的巖體探測受到掩蓋，LK764處出現有雷達電磁波橫穿隧道柱狀富水帶的異常情況，此處含有豐富的水體，有涌水甚至是突水現象存在的可能，圍巖破碎。
4 雷達探測技術對裂隙密集帶的地質探測
隧道中的軟弱夾層、巖脈帶以及斷層影響帶等處是存在裂隙密集帶的主要部位，由于具有成分不同且不均勻物質存在于裂隙中，與周邊的圍巖形成了差異性電性 。因此，地質雷達探測技術對于巖體中裂隙的探測具有良好的物理基礎。當裂隙表面有雷達電磁波傳到時，此處界面將會產生較強的反射波，裂面的平直性與連續性由同相軸是否連續反映出；裂隙中若存在不均勻的填充物質，電磁波在穿越裂隙時將會有波形雜亂無序、波幅不穩定、散射、繞射等情況產生。
A隧道LK79+745～LK79+765段地質雷達探測結果中顯示（如圖5），LK79+745～LK79+751段反射波組較均勻，呈相對低幅水平與次塊狀，屬于結構呈鑲嵌、破裂狀的變質石英砂巖。LK79+751～LK79+765段有多組呈平行、雜亂狀存在的反射波，可推斷出此處地質屬于巖脈條帶與裂隙密集帶。
結語
地質雷達探測技術對探測地質的含水性、介質分層、溶洞以及斷層等情況的分辨率較高，且地質雷達探測技術的成本低廉，探測效果明顯，在高速公路隧道建設項目施工中的地質探測中具有良好的發展前景。
摘要：隧道施工的超前預報工作是隧道安全施工及管理的重要環節，亦是隧道施工的重要技術保障。本文以廣東梅州至大埔高速公路鹽水坳隧道工程中的預報經驗，結合工程實例，對隧道運用地質雷達進行超前地質預報的技術作簡單闡述。
關鍵詞：公路隧道 地質超前預報 地質雷達
1 引言
在山嶺公路隧道施工中，隧道工程地質對隧道施工的安全性具有十分顯著的影響，因此，預先掌握隧道掌子面前方的地質情況，對保障施工安全，預防塌方、涌水、突泥等災害，優化施工工藝和設計參數具有十分重要的意義。隧道施工過程中的超前預報工作是隧道施工過程中的一個重要組成部分，是實現合理的施工組織，避免意外事故，保證施工安全和質量，加快施工速度，按期完成隧道施工任務，節約工程投資的必要保證。
2 隧道工程概況
鹽水坳隧道位于廣東省梅州梅縣與梅州大埔縣交界處，本隧道為小凈距分離式短隧道，起止樁號左線ZK36+596～ZK36+885，長289m；右線K36+610～K36+895，長285m。隧址區屬于華南褶皺系粵東北-粵中拗掐帶之永梅凹褶斷束內，所見晚古生代地層褶皺為過渡型褶曲，上部被上三迭-下侏羅統地層不整合覆蓋，形成于印支運動，伴有永梅區域動力變質巖帶的發育，并為中、新生代巖漿巖、火山巖、紅色盆地和斷裂所疊加，形態不完整；隧址區屬于單斜地層，傾角16～25°，巖性為侏羅系金雞組砂巖、泥巖。
3 超前地質預報的方法和原理
物探法是目前隧道地質超前預報較為先進的方法，主要有聲波測井法、聲波透射法和波反射法，其中以基于波反射法的地質雷達和Tgp最為常用。波反射法主要是利用聲波、超聲波、地震波及電磁波在地層中傳播、反射，然后通過信號采集系統接收反射信號，借助分析軟件解譯隧道掌子面前方反射界面（斷層、軟弱夾層等）距隧道掌子面的距離進行預報。本文主要介紹地質雷達方法。
地質雷達（Ground Penetrating Radar ，簡稱GPR）方法是一種用于探測地下介質分布的廣譜（1MHz—1GHz）電磁技術。地質雷達用一個天線發射高頻電磁波，另一個天線接收來自地下介質界面的反射波。通過對接收的反射波進行分析就可推斷地下地質情況。
對于不同深度、不同巖性的探測目的層與目的物，在應用地質雷達檢測時，需選擇相應頻率的天線和適當的儀器參數。要探測到較深的地質情況，就必須選用相對較低頻率的天線，本工程檢測選用了100MHz天線。
在掌子面上布設測線或測點，由天線向地層中發射一定強度的高頻電磁波，電磁波在傳播過程中遇到與周圍電阻抗有差異的地層或目標體時，部分能量反射回來，被接收天線所接收，通過分析雷達圖像特征，預測前方圍巖情況。該方法分辨率較高，方向性較好，能夠分辨出較小規模的地質異常，能及時預報出掌子面附近的破碎帶、溶洞及賦水等不良地質情況。地質工程師根據區域地質知識和經驗，綜合分析判斷，對掌子面前方的地質情況進行預測，并對地質預報儀及地質雷達探測出的地質現象做出合理的解釋。
現場預報時，采用SIR-3000型地質雷達沿掌子面進行測試，每次預報范圍10～35米。
4 超前地質預報的具體應用
掌子面里程K36+820，圍巖由強風化砂巖組成，巖體破碎呈塊～塊碎狀結構，節理裂隙較發育，強度及穩定性差，整體穩定性較差，本次采用了連續線測及點測試方法，測線、測點布設見下圖
圖1雷達測線及測點布設圖 圖2 雷達測試波形圖
本次雷達預報探測范圍K36+820～K36+855段計35米，從點測及線測結果來看：本測段范圍內雷達反射波波幅及相位變化不大，預計該段圍巖特征與目前掌子面基本相似，巖體破碎，節理裂隙較發育，強度及穩定性差，受構造影響嚴重，拱頂巖體組合受震動易掉塊、坍塌，巖塊結合性較差，整體穩定性較差。相比較而言，距目前掌子面5～15米（即K36+825～K36+835）范圍雷達電磁波反射較強，反射界面較多，預計本段范圍內節理、裂隙極發育，呈碎～碎狀結構，層理明顯，圍巖較破碎，含水量稍大或存在夾層，圍巖整體穩定性較差。拱頂層面組合受震動易掉塊、坍塌，應根據炮孔鉆進情況謹慎掘進，并注意加強支護，做好施工安全監控。
5 結語
目前，鹽水坳隧道已經貫通，由于經濟技術水平的限制，期望在施工前的勘測設計階段，將所有可能存在的不良地質問題搞清楚是極其困難的。為了保證隧道快速、安全、經濟、順利進行，避免或者盡可能的減少地質災害的產生，隧道超前地質預報是強有力的保證。本文就鹽水坳隧道工程的特點只簡單闡述了地質雷達方法，對于不同的隧道工程，應根據隧道工程自身的地質特點及問題選用合適的超前地質預報方法，以針對工程的特點滿足其準確性及針對性。
摘要：湖北恩施地處溶蝕發育山區,在隧道施工中經常遭遇地質災害,為了保障施工安全,在隧道開挖的同時需要進行超前地質預報。結合宜萬鐵路云霧山隧道中的雷達應用實例,介紹地質雷達的工作原理及其在隧道超前預報中的應用和技巧。
關鍵詞:地質雷達；巖溶隧道；超前預報；地質災害；準確性
一、工程概況
云霧山隧道全長6640m，是宜萬鐵路的重點工程，是宜萬線八座Ⅰ級風險隧道之一，隧道地處低中山區越嶺地段，地形起伏大，地形陡峻，區內受地形、地質及構造等各種條件的影響，巖溶發育強烈，溶洞、暗河、漏斗及巖溶洼地等隨處可見。有5條地下暗河穿越其間，設計日最大涌水量為16141m3，設計有突水、突泥、巖爆、天然氣、溶洞等突發性地質災害。
為了更好的探測隧道開挖面前方圍巖情況，確保施工人員及設備安全，我們運用了目前國內最先進的物探方法之地質雷達超探測法。
二、地質雷達探測的特點：
地質雷達探測具有分辨率高、定位準確、快速經濟、靈活方便、剖面直觀、實時圖像顯示等優點，近年來在公路路基檢測、隧道超前預報、襯砌厚度檢測、工程地質與水文地質工作等方面，發揮著越來越重要的作用。美中不足的是由于巖土層對電磁波的吸收較大，導致地質雷達的探測距離較短，因此雷達更常用于工程檢測方面。但在巖溶發育山區，容易發生涌水事故，含水性的預報又是難中之難，而地質雷達在探測地下水方面有其獨到之處，加之巖溶山區隧道開挖的推進速度較慢，用雷達進行地質超前預報,完全可以滿足施工需求。在實際工程應用中，地質雷達對巖溶發育預報的準確性，也受到了相關單位的普遍認可,值得研究與推廣。
三、地質雷達工作原理：
地質雷達（GroundPenetratingRadar ，簡稱GPR）方法是一種用于探測地下介質分布的廣譜（1MHz—1GHz）電磁技術。地質雷達用一個天線發射高頻電磁波，另一個天線接收來自地下介質界面的反射波。通過對接收的反射波進行分析就可推斷地下地質情況。
四、針對影響地質雷達預報準確性的主要原因制定對策如下表：
1 掌子面周邊有金屬物質 非開挖工作期探測 不受金屬物質磁場影響 退平臺后探測
2 掌子面殘留有泥或水 加大雷達的疊加次數和信號強度 不受泥或水工作影響 同上
3 雷達參數設置不準確 探測前根據不同圍巖設置相應參數 避免參數不準確 將探測儀放置在探測點半小時，確保儀器內部參數穩定
4 數據分析不準確 請相關地質專家對檢測人員培訓并幫助分析 準確分析采集數據 認真對采集數據進行分析，確保結論接近現場實際
摘要：隧道修建過程中，由于地下巖石、水文等地質條件不明確，常常發生一些意外事故。發生坍方、突然涌水等突發事故，不僅造成嚴重的人員傷亡，而且還使工期延誤，及其設備損傷。使隧道的修建困難重重。還降低了隧道修建的經濟效益。因此，超前預測在隧道修建工程中非常重要。它對隧道修建的工期，安全，質量，投資等有非常重要的作用。地質雷達技術探測為隧道的修建提供有用的資料，減少隧道修建過程中的不安全因素，也是隧道能安全且快速修建的關鍵性因素。
關鍵詞：地質雷達技術；隧道地質；應用
隧道超前預測現在越來越受到修建隧道工程實施的關注，其重要原因是隧道修建過程中安全問題越來越受到關注。但隧道地質超前最重要的應用技術是地質雷達技術。地質雷達技術對隧道超前預測非常重要。故我們此篇文章重要討論其應用。
超前地質預報工作的目的及任務
1.1目的
為隧道的修建提供有用的資料，減少隧道修建過程中的不安全因素，使隧道能安全經濟并且快速的修建成功。
1.2任務
1.2.1對沒有修建的地段進行圍巖地質條件的探測
對未修建的但是將要修建的地段，我們探測的內容有：是否有地下水的存在，溶巖溶洞是否發育，巖性變化的情況，是否存在斷層和發育有破碎帶等。
1.2.2預報有可能會發生的災難性突發狀況
例如在地下儲藏有害氣體的大量溢出。由于巖土的不穩定導致的塌方。地下儲藏有地下水。這些都會對隧道施工造成嚴重后果。要通過雷達技術分析判斷，避免事故發生。
2.地質雷達進行超前預報的基本理論
地質雷達技術在隧道超前預測中至關重要，但是其原理卻是非常簡單，即就是物理中的電磁波反射原理。電磁波在巖體巖土介質中傳播，由發射天線發出一束電磁波脈沖。電磁波在地下傳播，由于波有反射性質，當傳播的電磁波遇到物質時，即就是介質，會在物質與物質的分界面發生電磁波反射。反射的波會被接收天線所接收，由接收天線處理。
3.地質雷達的探測方法和步驟
3.1準備工作
由于地質雷達技術的原理是電磁波反射原理，所以所有能干擾電磁波的物件，都會對探測造成一定影響。我們在應用電磁波的時候首先排除地面干擾電磁波的物體。例如一些有磁性的物體或者是金屬。
3.2測線布置
測線的布置應該是越密越精確，但是有些時候由于地質條件有些點測不出。一般情況下我們布置測線是按照‘十’字形布置。但有時我們也按照‘井’字形布置。在有些崎嶇不平的地方一般是一個點一個點的探測，點數一般為5到12個。兩點間的距離一般為0.5到1米。
3.3數據采集及處理
為了使數據更加精確，明確介質條件，都要對原始的雷達波進行一系列處理。對平均道的抽取。對時間要靜校正、增益。壓制干擾波，突出有效波。
3.4數據分析與解釋
地質超前預測是應用雷達技術來探測未施工地段的巖體情況，做到防患于未然。這里所謂的“防患”就得根據雷達探測的數據資料來分析隧道可能發生的事故。數據資料在雷達技術上用圖像顯示出來。所以我們根據雷達顯示的圖像異常的形態，特征，還有電磁波的衰弱情況來分析我們看不到的巖體的性質以及地質特征。若是存在特殊異常體，則電磁波反射信號強。若是巖體質量差則反映在雷達上電磁波衰弱，這是根據巖石對電磁波的吸收性來決定的。掌子面跟未施工地段的地下特征差異越大，反射波則能量則越強。可以根據這些異常做出有用的地質解釋。
4.地質雷達在隧道超前預報中的應用
4.1對不利于施工的地質體的探測
溶洞帶，含水帶，富有裂隙帶，斷層以及破裂帶，巖土疏松帶。這些地質巖體帶不利于施工，更不利于隧道的修建，我們要利用地質雷達技術，結合掌子面的附近地質水文，地質工程情況將這些不利于施工的地質帶的位置基本上確定。確定這些不良地質帶后，根據具體情況下做出不同的施工方案，以此避免在施工過程中發生意外。
4.2探測未知巖溶
喀斯特是巖溶的另一個地貌名稱,指的是一些可溶性巖石收到水中化學物質的溶蝕，水的物理沖刷作用，所形成的具有一定空間的溝，槽，和一些空洞。巖溶發育的必不可少的條件是可溶性巖石，例如碳酸鹽巖，含有化學成分的可流通的水等。下滲的地表水以及流動的地下水，對溶巖非常重要。巖溶與圍巖性質差異很大，所以其地質雷達圖像很容易判斷其異常。在溶洞內大量充填圍巖碎塊，水，空氣，上覆巖石，這些充填物與稱為“槽”的可溶性巖石之間的物質差異很大。由于介質的多樣性，以及物質的差異性，而在溶巖中形成電性界面。我們只要探測出這個電性界面就探測出了巖溶的位置。同樣，由于介質的多樣性，電磁波的反射波圖像隨著溶巖溶洞的具體情況而發生相應的變化一般情況是在橫向上變化。
若存在強反射包圍弱反射，則說明可能是溶洞存在的雷達圖像。強反射是溶洞側壁反射的，并且常常有弧形的繞射現象。溶洞內的物質為填充物，填充物的反射為弱反射，具有高頻，低幅，波形密集的特征。但是，如果填充物為水，局部的波可變強。
4.3富水帶探測
含有大量水的巖體區域，如果沒有被預測出來，在隧道施工過程中將會釋放出大量的水，這將影響隧道的施工進程和施工安全。
如果巖體中含有水，則會影響巖體巖石介質的介電常數，從而影響反射波的波形，傳播時間等。具體是，巖石中含水時，巖石的介電常數增大，在介質中具體表現為電磁波的傳播速率降低，時間變長，在反射波形圖像中則可能出現的是異常的正峰。另一方面，還產生強反射和繞射現象。還會由于出現散射現象而使波形紊亂。不僅如此，頻率也發生變化，由高頻迅速的變為低頻。
4.4探測斷層破碎帶
斷層破碎帶由于存在裂隙，這是由外來物質充填到裂隙中，外來物質和原巖性質差異大，所以介質常數差異也大。同時在裂隙中也可能有大量的水充填，這也影響介質常數，裂隙中地下水的存在，使得斷層附近以及破碎帶附近穩定性差。破碎帶空隙多，所以含水多。電磁波在穿過破碎帶時，由于破碎帶的膠結情況不同巖石性質不同，而使得波形比較亂。具體表現在地質雷達的圖像中則表現為：頻率變化，偶爾出現斷面波，地層發育有反射波，錯短的同相軸，振幅能量明顯增強，有時有繞射波。破碎帶兩側的物質差異構造差異，使得具有波阻抗差異。由于這些波阻抗差異，使得電磁波在通過界面時電磁波的電磁能能量增強同時波幅增大。
4.5裂隙密集帶的探測
斷裂的兩巖體，它們沒有發生明顯的錯動，即就是節理，也稱之為裂隙。裂隙的發育對巖體的穩定性有很大的影響。對巖體的強度也有很重要的作用。由于裂隙中可充填不同物質，導致介質常數不同，與周圍圍巖形成電性差異。當電磁波傳播到裂隙時，會產生較強的界面反射波。由于裂隙內充填的物質具有不均一性，直接表現在雷達圖像中就是，會有散射、繞射、波形雜亂等特征，波幅變化大。同相軸連續，反映了裂面的平直。
小結
雖然地質雷達技術是目前一種既方便又快捷而且還精確的探測技術，但是地質雷達所得到的資料有時候具有多解性，我們在對探測地區進行分析的時候，最好將地質雷達探測資料與掌子面的地質情況性質相結合，得到更加全面更加有效更加精確的結果。
