探地雷达超前地质预报工作原理及其应用

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探地雷达超前地质预报工作原理及其应用

作者：王丰仓 梅华

来源：《城市建设理论研究》2013年第18期

摘要：本文通过探讨地质雷达的工作原理结合甘肃某高速公路隧道建设实例，阐述了地质雷达应用于公路隧道施工中地质超前预报的重要性，为地质雷达在隧道短期地质超前预报积累了一定的经验。

关键词：公路隧道；超前地质预报；地质雷达 中图分类号： U45 文献标识码： A 文章编号：

在隧道施工期间对其掌子面前方地质情况的超前预报已历经几十年的发展。英、法、日、德等国家均已将期其列为隧道工程建设的重要研究内容。我国超前预报[2、3]的研究始于20世纪50年代末,但真正应用于隧道工程建设(包括其地下工程)是在70年代谷德振根据矿巷施工进度和掌子面地质性状做出的矿巷前方将遇到断层并将引发塌方的成功预报为序,开始了我国隧道施工期地质预报的研究和应用. 现代隧道建设发展趋势是隧道越建越长,穿越的地层地质条件越来越复杂。由于隧道工程的复杂性和不可预见性,在现有经济技术条件下,隧道施工中各种不良地质灾害的预测是复杂条件下山岭公路隧道施工中面临的最主要任务,尤其是隧道施工开挖工作面前方地质情况的预报是国内外工程地质和隧道工程关注而又没有得到很好解决的难题。 1地质雷达的工作原理

地质雷达（GPR）是一种用于探测地下介质分布的光谱电磁技术，地质雷达发射电磁波信号到地下介质中，当遇到存在电性差异的地下目标体（岩石破碎带、溶洞、断层裂隙等）的电性介面时，就有部分电磁能量被反射折向地面，被接收天线接收，根据接受到的电磁波波形、强度。双程走时t等参数推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形状，从而达到对地下隐蔽目标物的探测。当地下介质的波速已知时，可根据测到的精确t值求得目标体的位置和埋深。这样，可对各测点进行快速连续地探测，并根据反射波组的波形与强度特征，经过数据处理得到地质雷达剖面图像。而通过多条测线的探测，则可了解场地目标体平面分布情况。 电磁波行程用下式确定为：t=,,-,,,-,,,-,,,-,4z-2.+,x-2..-..-..-v；式中：t为脉冲波走时（ns,1ns=10-9s）；z为反射体的深度（m）；x为T与R的距离（m）；v为雷达脉冲波速(m/s)；由于地质雷达所使用的是高频电磁波。电磁波与介质的相对介电常数可以表示：V=,C-,-,-,-,-,-,-,-,ε-γ.........；其中C为光速（3×102m/s）；,ε-γ为相对介电常数[5]。

根据地质雷达的应用目的不同选择不同的测线布置：在地质超前预报中，需要探测的区域为掌子面前方的围岩，掌子面上测线的布置关系到本次预报结果的准确性。公路隧道的选址不同,隧道所处的地质情况不同，隧道施工过程中遇到不良地质情况也差异性比较大。总结以前