導(dǎo)語：如何才能寫好一篇地質(zhì)雷達(dá)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

一、工程概況

工程場地位于北京市海淀區(qū)友誼路沿線。隧道規(guī)格為2m*2.3m，拱頂位于地下約6m左右，下部地層主要為中粗砂土質(zhì)，上部地層主要為粉質(zhì)粘土，土層穩(wěn)定，可塑性強(qiáng)。地下水位較底，隧道內(nèi)部較干燥，未見明顯滲水滴水現(xiàn)象。隧道全長80m，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況共布設(shè)測線5條（圖1），測線總長度約400m。

二、現(xiàn)場檢測

1.儀器設(shè)備

作為目前最先進(jìn)的、唯一能做連續(xù)測量的工程物探檢測儀器，探地雷達(dá)具有非破壞性、分辨率高、檢測速度快的優(yōu)點(diǎn)，在檢測中視為最好的方法之一。本次檢測采用了意大利產(chǎn)RIS-K2型雙通道主機(jī)雷達(dá)、專用筆記本電腦（見圖2）、1600MHz天線和600MHz天線（見圖3），探測深度分別為3m和1m。

2.地質(zhì)雷達(dá)探測方法原理

探地雷達(dá)由一體化主機(jī)、天線及配套軟件等部分組成，根據(jù)電磁波在有耗介質(zhì)中的傳播特性，地質(zhì)雷達(dá)以寬頻帶短脈沖的形式向介質(zhì)內(nèi)發(fā)射高頻電磁波（幾MHz-幾GHz），當(dāng)其遇到不均勻體（界面）時會反射部分電磁波，其反射系數(shù)由介質(zhì)的相對介電常數(shù)決定，通過對雷達(dá)主機(jī)所接收的反射信號進(jìn)行處理和圖像解譯，達(dá)到識別隱蔽目標(biāo)物的目的（見圖4）。

反射信號的強(qiáng)度主要取決于上、下層介質(zhì)的電性差異，電性差異越大，反射信號越強(qiáng)。

雷達(dá)波的穿透深度主要取決于地下介質(zhì)的電性和中心頻率。導(dǎo)電率越高，穿透深度越?。恢行念l率越高，穿透深度越小，反之亦然。

三、檢測結(jié)果與分析

1.資料分析與解釋

地質(zhì)雷達(dá)工作時，在雷達(dá)主機(jī)控制下，脈沖源產(chǎn)生周期性的毫微秒信號，并直接饋給發(fā)射天線，經(jīng)由發(fā)射天線耦合（本次所使用的天線是地面耦合天線）到地下的信號在傳播路徑上遇到介質(zhì)的非均勻體（面）時，產(chǎn)生反射信號。位于地面上的接收天線在接收到地下回波后，直接傳輸?shù)浇邮諜C(jī)，信號在接收機(jī)經(jīng)過整形和放大等處理后，經(jīng)電纜傳輸?shù)嚼走_(dá)主機(jī)，經(jīng)處理后，傳輸?shù)轿C(jī)。在微機(jī)中對信號依照幅度大小進(jìn)行編碼，并以偽彩色電平圖/灰色電平圖或波形堆積圖的方式顯示出來，經(jīng)事后處理，可用來判斷地下目標(biāo)的深度、大小和方位等特性參數(shù).。探地雷達(dá)所接收的是來自地下不同電性界面的反射波，電性界面包括各結(jié)構(gòu)層的分界面和目的體界面。

地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理包括預(yù)處理（ 標(biāo)記和樁號校正，添加標(biāo)題、標(biāo)識等）和處理分析，其處理流程如圖5所示，其目的在于壓制規(guī)則和隨機(jī)干擾，以盡可能高的分辨率在探地雷達(dá)圖像剖面上顯示反射波，突出有用的異常信息（包括電磁波速度，振幅和波形等）來幫助解釋。探地雷達(dá)的圖像解釋是最終目的，其正確解釋取決于檢測參數(shù)選擇合理、數(shù)據(jù)處理得當(dāng)、模擬實(shí)驗(yàn)類比和讀圖經(jīng)驗(yàn)等因素。

2.典型松散區(qū)域雷達(dá)剖面圖

上圖為同一松散區(qū)域的兩條平行測線，圖中黑色框內(nèi)為典型松散區(qū)域圖像，位置在距離測線起點(diǎn)約5米左右，埋深在3―6米，松散區(qū)域沿測線方向長約25米。

3.檢測結(jié)果

經(jīng)過對原始數(shù)據(jù)的處理分析認(rèn)為：

（1）隧道初襯每榀鋼筋間距為490mm―510mm，符合設(shè)計要求。

（2）隧道初襯厚度約為250mm―280mm，符合設(shè)計要求。

（3）雷達(dá)信號顯示，隧道周圍探測范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)松散、空洞、水囊等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

四、結(jié)論與建議

1.結(jié)論

通過反復(fù)對多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，綜合分析認(rèn)為：鋼筋布設(shè)間距和初襯厚度都符合設(shè)計要求，隧道周圍未發(fā)現(xiàn)松散、空洞、水囊等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

2.建議

（1）現(xiàn)場探測的測線起點(diǎn)位置都進(jìn)行了標(biāo)記，異常區(qū)域的位置按照起點(diǎn)標(biāo)志點(diǎn)測算。建議對異常區(qū)進(jìn)行孔探，以核查異常范圍和深度，并對異常區(qū)進(jìn)行及時處理。對于無法布置測線的區(qū)域，根據(jù)實(shí)際情況對測線進(jìn)行了合理平移處理。

篇2

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)雷達(dá)；隧道；超前地質(zhì)預(yù)報；掌子面

中圖分類號：U23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-0278（2014）07-158-Ol

一、引言

地質(zhì)雷達(dá)（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR）是利用無線電波檢測地下介質(zhì)分布和對不可見目標(biāo)或地下界面進(jìn)行掃描，以確定其內(nèi)部形態(tài)和位置的電磁技術(shù)。其特點(diǎn)是快速便捷、分辨率高、無損傷、探測和處理數(shù)據(jù)速度快、不影響施工，對不良地質(zhì)條件有較好的探測結(jié)果。

二、基本原理及測線布置

探地雷達(dá)依據(jù)電磁波脈沖在地下傳播的原理進(jìn)行工作。發(fā)射天線將高頻（100～800MHz或更高）的電磁波以寬帶短脈沖形式送入地下，被地下介質(zhì)（或埋藏物）反射，然后由接收天線接收。

根據(jù)電磁波理論，當(dāng)雷達(dá)脈沖在地下傳播過程中，遇到不同電性介質(zhì)交界面時，由于上下介質(zhì)的電磁特性不同而產(chǎn)生折射和反射。

電磁波的傳播取決于物體的電性，物體的電性中有電導(dǎo)率μ和介電常數(shù)ε，前者主要影響電磁波的穿透深度，后者決定電磁波在該物體中的傳播速度，因此，所謂電性介面也就是電磁波傳播的速度介面。不同的地質(zhì)體具有不同的電性，因此，在不同電性的地質(zhì)體的分界面上，都會形成電性介面，雷達(dá)信號傳播到電性介面時產(chǎn)生反射信號返回地面，通過接收反射信號到達(dá)地面的時間和信號強(qiáng)弱就可以推測地下介質(zhì)的分布及變化情況。

探測時在隧道工作面布置2條呈“十”字形測線進(jìn)行探測，采用100MHz屏蔽低頻天線進(jìn)行，從而預(yù)報隧道工作面前面一定距離范圍內(nèi)圍巖的變化情況?？筛鶕?jù)掌現(xiàn)場實(shí)際工作需要，調(diào)整或增加布設(shè)測線。

三、數(shù)據(jù)處理及圖像判釋

探測的雷達(dá)圖形常以脈沖反射波的波形形式記錄。由于地下介質(zhì)相當(dāng)于一個復(fù)雜濾波器，介質(zhì)對波不同程度的吸收以及介質(zhì)的不均勻性，使得脈沖到達(dá)接收天線時，波幅減小，波形變得與原始發(fā)射波形有較大的差異。因此，必須對接收信號實(shí)施適當(dāng)?shù)奶幚怼D像處理包括消除隨機(jī)噪聲壓制干擾，進(jìn)行自動時變增益或控制增益以補(bǔ)償介質(zhì)吸收和抑制雜波，進(jìn)行濾波處理除去高頻，突出目標(biāo)體，降低背景噪聲和余振影響。最終得到各測線的成果圖，并據(jù)此進(jìn)行探測對象的地質(zhì)判釋。

四、工程實(shí)例

高麗隧道出露為灰?guī)r，區(qū)內(nèi)巖溶較發(fā)育。在對掌子面進(jìn)行探測時，地質(zhì)雷達(dá)的天線需緊貼掌子面，從左向右以10cm為平距移動，電腦進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，然后采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理。

根據(jù)掌子面與周邊地質(zhì)情況以及地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果綜合分析：掌子面雷達(dá)圖像顯示前方0～8m內(nèi)反射波波幅較小，衰減較快，表現(xiàn)為溶腔泥質(zhì)充填較重，結(jié)合掌子面地質(zhì)素描，初步推斷區(qū)段內(nèi)巖體破碎，完整性差，掌子面前方多處發(fā)育順層垂直巖溶管道發(fā)育的小型溶腔，局部泥質(zhì)充填較重；9～24m內(nèi)信號頻率反射較強(qiáng)，振幅較強(qiáng)，同相軸不連續(xù)，局部信號存在震蕩，表現(xiàn)為掌子面前方巖體節(jié)理裂隙及溶蝕裂隙發(fā)育，巖體破碎，中部及左側(cè)反射波振幅較小，衰減較快，為泥質(zhì)充填；拱頂圍巖自穩(wěn)能力差，局部地下水發(fā)育。結(jié)合掌子面圍巖地質(zhì)素描及地質(zhì)調(diào)查情況，得出如下預(yù)報結(jié)論：掌子面前方30m圍巖巖性無明顯變化，掌子面前方巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，溶蝕裂隙發(fā)育，受巖層產(chǎn)狀及地形條件影響，該區(qū)段前方有沿軸向順層及沿走向順層小型溶腔發(fā)育，泥質(zhì)充填，該區(qū)段隧道埋深較淺，開挖不當(dāng)極易造成掌子面坍塌甚至冒頂。

篇3

Abstract： Ground penetrating radar is a fast， non-destructive and efficient tunnel lining quality detection method， using forward simulation software for GPR detection of tunnel lining thickness， existence of void areas， reinforced and steel arch forward simulation， summed up the GPR response pattern， provide the basis of judgment for practical engineering.

關(guān)鍵詞： 隧道襯砌質(zhì)量；地質(zhì)雷達(dá)檢測；正演模擬；響應(yīng)規(guī)律

Key words： tunnel lining quality；ground penetrating radar detection；forward simulation；response pattern

中圖分類號：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）35-0075-02

0 引言

目前我國已經(jīng)成為世界上建設(shè)隧道工程最多、發(fā)展最快的國家，高速公路的修建在未來一段時間內(nèi)仍是我國交通建設(shè)的重點(diǎn)。在隧道建設(shè)中，需要采用一定的方法手段對隧道襯砌質(zhì)量進(jìn)行檢測，使隧道工程的施工質(zhì)量符合設(shè)計要求，確保隧道運(yùn)營安全[1]。

隧道襯砌質(zhì)量檢測方法可以分為有損檢測和無損檢測兩種，有損檢測方法一般是采用鉆孔的方法檢測襯砌厚度和是否存在脫空區(qū)，這種方法比較直觀，但是會對隧道襯砌造成損傷，檢測速度緩慢，而且只能少量抽樣檢測，無法反應(yīng)隧道襯砌的整體質(zhì)量情況；近年來人們開始將無損檢測技術(shù)用于襯砌質(zhì)量檢測中，主要是利用聲、光、電、磁等方法，對隧道襯砌的強(qiáng)度、密實(shí)度、均勻度和是否存在缺陷等進(jìn)行檢測。與有損檢測方法相比，無損檢測方法具有操作簡單、費(fèi)用低、不破壞襯砌結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，其中地質(zhì)雷達(dá)（ground penetrating radar，簡稱GPR）是一種快速、無損、高效的檢測方法，在工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用研究[2-4]。

探地雷達(dá)通過發(fā)射天線發(fā)射高頻電磁波，通過接收天線接收反射回的電磁波，電磁波在介質(zhì)中傳播時遇到電性差異分界面時會發(fā)生反射，地質(zhì)雷達(dá)就是根據(jù)接收到電磁波的波形、振幅和頻率等特征來推斷介質(zhì)的空間位置和形態(tài)。本文利用正演模擬軟件對隧道襯砌厚度、是否存在脫空區(qū)以及鋼筋網(wǎng)、鋼拱架進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測正演模擬[5]，研究其地質(zhì)雷達(dá)檢測響應(yīng)規(guī)律，為在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供判別依據(jù)。

1 隧道襯砌常見質(zhì)量缺陷

在隧道修建過程中，由于地質(zhì)條件復(fù)雜、施工環(huán)境惡劣、施工工藝不規(guī)范等原因，隧道襯砌很容易發(fā)生質(zhì)量缺陷。①隧道施工時欠挖或者模板支撐不合理都會造成隧道襯砌厚度不足，會導(dǎo)致隧道產(chǎn)生較大的變形，影響襯砌結(jié)構(gòu)安全甚至?xí)?dǎo)致隧道發(fā)生坍塌、斷裂等嚴(yán)重后果；隧道施工時超挖部分未全部回填密實(shí)或者模板支撐不穩(wěn)固導(dǎo)致模板下沉量過大，會導(dǎo)致襯砌發(fā)生脫空，嚴(yán)重影響襯砌強(qiáng)度；②施工單位可能偷工減料，在襯砌中使用的鋼筋網(wǎng)、鋼拱架用量不足，導(dǎo)致襯砌強(qiáng)度不符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。如果這些缺陷不能被及時檢查出來并加以治理，必然會留下隱患，嚴(yán)重影響隧道的運(yùn)營安全。

2 地質(zhì)雷達(dá)檢測正演模擬算例

2.1 襯砌厚度檢測

襯砌厚度檢測模型如圖1所示，模型x軸方向長2.0m，z軸方向深1.0m，網(wǎng)格劃分為200×100個，雷達(dá)天線主頻400MHz，從左到右探測掃描。模型中灰色區(qū)域?yàn)榛炷烈r砌，相對介電常數(shù)為9，電導(dǎo)率為1×10-3S/m；黃色區(qū)域?yàn)閲鷰r，相對介電常數(shù)為6，電導(dǎo)率為1×10-3S/m；右側(cè)黑色區(qū)域?yàn)槊摽諈^(qū)，內(nèi)部充滿空氣，相對介電常數(shù)為1，電導(dǎo)率為0S/m。

襯砌厚度檢測模型FDTD正演結(jié)果如圖2所示，根據(jù)電磁波反射信號同相軸可以確定圍巖分界面位置，進(jìn)而對襯砌厚度進(jìn)行檢測，圖中位置1處襯砌厚度明顯不足，推斷為圍巖欠挖區(qū)；圖中位置2處出現(xiàn)拋物線狀強(qiáng)反射信號，且位于圍巖分界面附近，推斷為襯砌超挖回填不密實(shí)的脫空區(qū)。

2.2 鋼筋網(wǎng)、鋼拱架檢測

鋼筋網(wǎng)、鋼拱架檢測模型如圖3所示，模型x軸方向長1.0m，z軸方向深0.5m，網(wǎng)格劃分為200×100個，雷達(dá)天線主頻400MHz，從左到右探測掃描。模型中灰色區(qū)域?yàn)榛炷烈r砌，相對介電常數(shù)為9，電導(dǎo)率為1×10-3S/m；中間紅色點(diǎn)狀物體為鋼筋網(wǎng)，左右“工”字形物體為鋼拱架，鋼的相對介電常數(shù)為300，電導(dǎo)率為1×108S/m。

鋼筋網(wǎng)、鋼拱架檢測模型FDTD正演結(jié)果如圖4所示，位置1處鋼筋的電磁波反射信號呈現(xiàn)為規(guī)則的拋物線狀信號，鋼筋網(wǎng)的地質(zhì)雷達(dá)響應(yīng)特征表現(xiàn)為拋物線陣列，且拋物線間距相近；位置2處鋼拱架的電磁波反射信號強(qiáng)于鋼筋網(wǎng)，表現(xiàn)為頂部扁平的拋物線狀反射信號。

3 結(jié)語

地質(zhì)雷達(dá)是一種快速、無損、高效的隧道襯砌質(zhì)量檢測方法，本文利用正演模擬軟件對隧道襯砌厚度、是否存在脫空區(qū)以及鋼筋網(wǎng)、鋼拱架進(jìn)行了地質(zhì)雷達(dá)檢測正演模擬，總結(jié)出了相應(yīng)的地質(zhì)雷達(dá)檢測響應(yīng)規(guī)律如下：①根據(jù)電磁波反射信號同相軸可以確定圍巖分界面位置，進(jìn)而對襯砌厚度進(jìn)行檢測，襯砌脫空區(qū)位于圍巖分界面附近，且表現(xiàn)為強(qiáng)反射拋物線。②鋼筋的電磁波反射信號呈現(xiàn)為規(guī)則的拋物線狀信號，鋼筋網(wǎng)的地質(zhì)雷達(dá)響應(yīng)特征表現(xiàn)為拋物線陣列，且拋物線間距相近；鋼拱架的電磁波反射信號強(qiáng)于鋼筋網(wǎng)，表現(xiàn)為頂部扁平的拋物線狀反射信號。以上總結(jié)的地質(zhì)雷達(dá)檢測響應(yīng)規(guī)律為隧道襯砌質(zhì)量地質(zhì)雷達(dá)檢測在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供了判別依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]喻軍，劉松玉，童立元.地質(zhì)雷達(dá)在隧道初襯質(zhì)量檢測中的應(yīng)用研究[J].巖土力學(xué)，2008，29（增）：303-306.

[2]姚成華.隧道砼結(jié)構(gòu)無損檢測及應(yīng)用研究[D].長沙：中南大學(xué)，2004.

[3]呂凡.探地雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測中的應(yīng)用研究[D].西安：長安大學(xué)，2007.

篇4

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)雷達(dá)；電磁波；地下障礙物勘察

1.引言

工程施工中經(jīng)常遇到地下管線、防空洞等地下障礙物，不但影響工程進(jìn)度，而且施工中不慎破壞了地下管線，還會帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，因此探測確定地下管線、防空洞等地下障礙物的位置、大小和埋深，為跨越或避開地下障礙物提供依據(jù)，減少破壞管線事故的發(fā)生，保證工程施工的順利進(jìn)行，具有實(shí)際意義。

2.地質(zhì)雷達(dá)探測原理

地質(zhì)雷達(dá)是利用高頻電磁波（主頻為數(shù)十兆赫至數(shù)百兆赫以至千兆赫）以寬頻帶短脈沖形式[1]，由地面通過天線Tx送入地下，經(jīng)地下地層或目的體反射后返回地面，為另一天線Rx所接收（圖1）。

脈沖波行程需時：。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時，可根據(jù)測到的精確的t值（ns）。由上式求出反射體的深度（m）。式中x（m）值在剖面探測中是固定的：v值（m/ns）可以用寬角方式直接測量，也可以根據(jù)近似算出（當(dāng)介質(zhì)的導(dǎo)電率很低時），其中c為光速（c=0.3m/ns），為地下介質(zhì)的相對介電常數(shù)值，后者可利用現(xiàn)成數(shù)據(jù)或測定獲得。

根據(jù)幾何光學(xué)的反射規(guī)律對管狀體（圓形剖面）進(jìn)行反射波的走時x-t關(guān)系計算[2]，見圖2（a）。設(shè)天線（發(fā)射和接收天線合二為一）位于A處，管頂距地面為h，管徑為D，A點(diǎn)到反射點(diǎn)R的距離為y，由波的傳播規(guī)律得：

由分析過程和計算結(jié)果可知，地下管線反射的走時同相軸呈雙曲線形態(tài)，且正對雙曲線頂峰下方就是管線頂部所在位置。

3.地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用于地下障礙物探測的前提

從地質(zhì)雷達(dá)工作的基本原理可知，地質(zhì)雷達(dá)能夠探測地下管線等地下障礙物的基本條件是地下管線與周圍介質(zhì)存在電性和物性差異，且差異越大效果越明顯[3]。常見的地下管線材料為金屬、混凝土或塑料PVC等，而地下管線周圍的介質(zhì)多為巖石、砂土、黏土等。表1列舉了以上幾種材料和介質(zhì)的電性和物性參數(shù)，可以看出地下管線與周圍介質(zhì)的電性和物性差異較大，能夠產(chǎn)生較明顯的反射波。

影響地質(zhì)雷達(dá)探測效果的另一個物性參數(shù)是電導(dǎo)率。在地質(zhì)雷達(dá)的工作頻率范圍內(nèi)，介質(zhì)的吸收系數(shù)同電導(dǎo)率成正比，即。介質(zhì)電導(dǎo)率在不同地段和不同季節(jié)差別往往很大。如果以s=l/β定義穿透深度，則當(dāng)εr=14，σ=0.002（ρ=500Ωm），天線中心頻率為40MHz時，穿透深度約為l0m，而當(dāng)σ=0.02（ρ=50Ωm），天線中心頻率為400MHz時，穿透深度僅為lm。因此當(dāng)介質(zhì)電阻率很小時，反射波在其反射路徑上的衰減很大，接收天線所接收的地下管線界面反射波信號就會很弱，甚至沒有。如果部分剖面在地下管線埋設(shè)部位探測不到目標(biāo)異常，原因即在于此。

在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，在有些地段地下介質(zhì)的電性差異變化很大。有時將剖面位置稍作移動，地質(zhì)雷達(dá)記錄就會發(fā)生很大的變化；有些剖面記錄，受到周圍介質(zhì)不均勻或干擾物的影響，目標(biāo)管線異常形態(tài)不規(guī)整[4]。經(jīng)驗(yàn)表明，改變剖面位置，多做幾條剖面，選擇其中管線最清晰規(guī)整的剖面作為解釋剖面是十分必要的。這將有利于提高剖面記錄的有效性和解釋結(jié)果的可靠性。

4.地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理

為了確定地下障礙物的位置與埋深，需要對采集的地質(zhì)雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的基本步驟如圖3：

5.在實(shí)際中的應(yīng)用

某城市在地鐵修建前期進(jìn)行的勘探中，為防止地質(zhì)鉆探破壞城市地下管線，主干道上的鉆孔在鉆探之前需進(jìn)行鉆孔管線探測，下面就對探測中取得的典型雷達(dá)記錄圖像進(jìn)行分析研究。

從圖4可以看出，煤氣管道與軍用光纜在雷達(dá)記錄圖像上有明顯的雷達(dá)反射波出現(xiàn)，而且有多次反射出現(xiàn)，多次反射的間距與管徑成明顯的正比關(guān)系，管徑越大，其多次波的間距越大，出現(xiàn)的多次波數(shù)越少；反之，管徑越小，其多次波的間距越小，出現(xiàn)的多次波次數(shù)越多。多次波的走時差距恰好是管徑的反映。

電力高壓線由金屬材質(zhì)構(gòu)成，因此介電常數(shù)大，導(dǎo)電能力強(qiáng)，衰減極大。如圖5所示，在地質(zhì)雷達(dá)圖像上反映出反射波振幅非常強(qiáng)，信號強(qiáng)度大，金屬管頂反射出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)，基本上沒有多次反射波。

6. 結(jié)論

通過理論研究及工程實(shí)例應(yīng)用分析，我們可以得出如下結(jié)論：

（1）探地雷達(dá)在探尋地下障礙物中有良好的勘探效性。

（2）地下管線等地下障礙物在水平地面的投影位置可由其在地質(zhì)雷達(dá)記錄圖像上雙曲線同相軸的極小點(diǎn)來確定，雙曲線的極小點(diǎn)中心位置就是管線的中心位置。

（3）根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)記錄圖像上雙曲線同相軸的極小點(diǎn)的初至相位時間及相應(yīng)介質(zhì)的傳播速度可計算出地下管線的管頂埋深。

參考文獻(xiàn)：

[1]栗毅，黃春琳，雷文太.探地雷達(dá)理論以應(yīng)用[M]北京：科學(xué)出版社，2006.

[2]李大心，探地雷達(dá)方法與應(yīng)用[M]北京：地質(zhì)出版社，1994.

篇5

張家祥，碩士研究生，重慶交通大學(xué)2010級研究生1班467信箱，

、摘要：首先介紹地質(zhì)超前預(yù)報的意義、內(nèi)容、方法以及地質(zhì)雷達(dá)的基本原理和雷達(dá)圖的定性解釋，以地質(zhì)雷達(dá)在云霧山隧道超前地質(zhì)預(yù)報應(yīng)用為例，說明地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用能夠準(zhǔn)備的指導(dǎo)施工。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)超前預(yù)報 地質(zhì)雷達(dá) 預(yù)測 隧道

Abstract: The meaning, the contents, the methods of the geological advanced prediction , the basic principle of the geological radar and the entirely qualitative interpretation of the radar wave are introduced firstly, then takes the application of GPR in the tunnel of Mountain Yunwu as an example and explains the detection technology of GPR can accurately guide tunnel construction.

Keywords: Advance geological forecast; GPR; forecast; tunnel

中圖分類號：F407.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

1 地質(zhì)超前預(yù)報的意義和內(nèi)容

我國地域?qū)拸V，國土多為土地，相應(yīng)的各種斷裂帶發(fā)育、造山帶、地下水豐富，這些都向隧道工程師提出了一系列難題，地質(zhì)超前地質(zhì)預(yù)報工作顯得尤為重要。作為隱蔽工程的隧道工程在開挖時，由于前方地質(zhì)情況不確定，經(jīng)常會因遇到破碎帶、斷層、高地應(yīng)力、暗河、溶洞等不良地質(zhì)體而導(dǎo)致泥石流、塌方、巖爆冒頂、涌泥、涌水等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。這就需要在隧道施工中，對隧道掘進(jìn)前方的危險地質(zhì)情況進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報來控制風(fēng)險，及時提出調(diào)整支護(hù)參數(shù)或加固措施建議，以保證施工安全和工程質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，縮短工期[1]。

隧道地質(zhì)超前預(yù)報主要預(yù)測以下內(nèi)容：斷層及其影響帶和節(jié)理密集帶的位置、規(guī)模和性質(zhì)；軟弱夾層的位置、規(guī)模和性質(zhì)；巖溶發(fā)育的位置、規(guī)模和性質(zhì)；工程地質(zhì)災(zāi)害可能發(fā)生的位置和規(guī)模；隧道圍巖級別變化及其分布等等[2]。

2 超前地質(zhì)預(yù)報的方法

隧道地質(zhì)超前預(yù)報主要有以下十類： ①工程地質(zhì)調(diào)查、推斷和分析方法，包括地面地質(zhì)調(diào)查法、地質(zhì)素描法、利用節(jié)理裂隙統(tǒng)計分析預(yù)測和鉆孔測速法；②地質(zhì)雷達(dá)（簡稱GPR）檢測方法；③隧道內(nèi)反射地震預(yù)報方法；④超前導(dǎo)坑法、水平鉆機(jī)超前探測法；⑤地震負(fù)視速度法；⑥TRT反射地震層析成像方法；⑦TSP超前預(yù)報技術(shù)；⑧水平聲波反射法(HSP)；⑨高頻地震法（陸地聲納法）；⑩紅外探水法。

3 地質(zhì)雷達(dá)的基本原理

地質(zhì)雷達(dá)探測屬于波反射法，是一種地下超高頻(106-109Hz)電磁波反射定位探測法，因此遵循幾何光學(xué)原理。地質(zhì)雷達(dá)在工作時，雷達(dá)發(fā)射天線向地下連續(xù)發(fā)射脈沖式高頻電磁波，當(dāng)遇到有電性差異的界面或目標(biāo)體（電導(dǎo)率和介電常數(shù)不一樣）時發(fā)生反射波和透射波；接收天線接收反射波，經(jīng)過疊加、濾波、整形和放大等處理后，在由電纜傳遞給主機(jī)，在主機(jī)上形成數(shù)據(jù)；最后把數(shù)據(jù)通過雷達(dá)處理分析系統(tǒng)進(jìn)行處理，得到可識別的雷達(dá)波圖，通過對對雷達(dá)波圖的振幅、頻率、波形特征和時差變化規(guī)律等特性進(jìn)行定性解釋。

地質(zhì)雷達(dá)探測的工作原理示意圖見圖1所示。

4 雷達(dá)波的定性解釋

地質(zhì)雷達(dá)圖定性解釋從反射波振幅大小及相位正反、反射波波形特征、頻率特征和時差變化規(guī)律著手分析，可總結(jié)得到以下幾種不良地質(zhì)與雷達(dá)波圖像特征的簡要關(guān)系如表1所示。

地質(zhì)體名稱 地質(zhì)雷達(dá)圖像特征和波形特征

同向軸連續(xù)性 波形相似性 振幅強(qiáng)弱 能量變化

完整巖體 連續(xù) 波形均一 低幅 按一定規(guī)律緩慢衰減

斷層破碎帶 不連續(xù) 波形雜亂 波幅變化大 衰減快、規(guī)律性差

富水帶 與含水量有關(guān) 基本均一 高、寬幅 按一定規(guī)律快速衰減

溶蝕裂隙區(qū) 不連續(xù) 波形雜亂 高幅 衰減較快

裂隙密集帶 時斷時續(xù) 波形雜亂 高幅 衰減較快、規(guī)律性差

巖性變化帶 不連續(xù) 波形雜亂 一般為高幅 規(guī)律性差

5.工程實(shí)例

5.1 工程簡介

云霧山隧道為分離式雙洞公路隧道，左幅隧道起訖樁號為ZK18+165～ZK21+525，長3360m；右幅隧道起訖樁號為YK18+165～YK21+500，長3335m。左幅隧道ZK18+170～ZK18+450坡降-2.50%、ZK18+450～ZK21+525坡降-1.95%；右幅隧道YK18+165～YK18+450坡降-2.50%、YK18+450～YK21+500坡降-1.95%。隧道最大埋深約277m。該隧道工程起點(diǎn)位于福祿鎮(zhèn)和平村，線路至東向西穿越云霧山中段，于銅梁縣大廟鎮(zhèn)學(xué)堂屋基出洞。隧址區(qū)內(nèi)地形最高標(biāo)高622.60m，最低標(biāo)高290.00m，隧道穿過地帶相對高差達(dá)332.60m。隧道進(jìn)洞口處斜坡走向北77°東，地形坡度46°；出洞口處斜坡近底部學(xué)堂屋基民房處，斜坡坡向290°，坡度角11～32°。

隧址測區(qū)東側(cè)有常年性河流壁南河，河流延伸32.87m，流域面積750K㎡。小安溪河由南向北發(fā)育，為涪江-支流，河流延伸26.7m，流域多年平均降水量為1200mm。

5.2 現(xiàn)場探測

隧道右線開挖至YK19+240，掌子面主要為薄～中厚層狀灰?guī)r，巖層間夾泥，巖體節(jié)理、裂隙較發(fā)育，掌子面濕潤，巖體溶蝕較發(fā)育，滲水明顯，圍巖整體穩(wěn)定性較差，頂部偶有掉塊現(xiàn)象發(fā)生。為了施工安全，對該掌子面前方做地質(zhì)超前預(yù)報進(jìn)行預(yù)測。本次預(yù)測采用了意大利IDS公司生產(chǎn)的RIS-K2最新型探地雷達(dá)設(shè)備，該天線主要用于地質(zhì)勘測，如地下溶洞及地下水分布、隧道超前預(yù)報、節(jié)理帶斷裂帶分布、滑坡分析等方面。本次量測中選擇40MHz屏蔽天線對隧道開挖掌子面前方0~30m范圍內(nèi)進(jìn)行短距離地質(zhì)超前預(yù)報。

本次預(yù)測范圍為掌子面前方30米，鑒于現(xiàn)場施工環(huán)境不安全，掌子面時有掉塊現(xiàn)象，只采集了三組數(shù)據(jù)，掌子面水平方向布置一條，垂直方向布置了二條。數(shù)據(jù)采集前，要對地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行參數(shù)（時間窗口長度、采樣頻率與測點(diǎn)間距、介電常數(shù)和增益點(diǎn)等內(nèi)容）設(shè)置[4]；采集數(shù)據(jù)過程中，先沿沿每條縱線先自下向上，同時發(fā)射和接受電磁波，再自上向下進(jìn)行探測；然后在水平方向自右往左連續(xù)地移動，再自左往右移動。此外，地質(zhì)人員需對現(xiàn)場地質(zhì)情況做好詳細(xì)記錄。

隧道測線布置如圖2所示。

5.3 數(shù)據(jù)處理與結(jié)果

使用中國礦業(yè)大學(xué)研制的GR雷達(dá)處理分析系統(tǒng)對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行零線設(shè)定、背景去噪、一維FIR濾波、增益等步驟處理，可得到掌子面至ZK84+515段的地質(zhì)雷達(dá)掃描圖像見圖3。

結(jié)合掌子面圍巖情況，其探測的主要成果如下表2所示為：

表2探測結(jié)果表

綜合起來，本次探測區(qū)域，大部分區(qū)域圍巖特征跟掌子面類似，可采用當(dāng)前支護(hù)參數(shù)，而掌子面前方6~11米（YK19+246~ YK19+211）和16~21米（YK19+256 ~YK19+261）范圍內(nèi)節(jié)理、裂隙發(fā)育，層間夾泥，溶蝕發(fā)育，伴有裂隙水，建議加強(qiáng)監(jiān)控量測工作，掌握支護(hù)的變形情況，并加強(qiáng)支護(hù)措施預(yù)防突發(fā)風(fēng)險，防止出現(xiàn)隧道事故。后經(jīng)開挖證實(shí)，該預(yù)測區(qū)域的實(shí)際圍巖特征變化情況與預(yù)測的情況基本一致，采取了加強(qiáng)支護(hù)措施，確保了施工安全。

6 總結(jié)

地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)在隧道地質(zhì)超前預(yù)報中的成功應(yīng)用說明， 在隧道施工中，尤其是在不良地質(zhì)（溶洞、水、破碎帶）的開挖，使用地質(zhì)雷達(dá)做超前地質(zhì)預(yù)報是比較精確和可靠的，能提供可靠的依據(jù)來指導(dǎo)施工，且能快速、直觀地提供準(zhǔn)確的成果。因此，地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)在隧道地質(zhì)超前預(yù)報中應(yīng)用會越來越廣泛，它彌補(bǔ)了前期勘探工作的不足，大大地縮短了工期、節(jié)約了成本、提高了施工安全系數(shù)，提供更可靠、更準(zhǔn)確的工程地質(zhì)信息，為工程施工提供可靠地科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葉觀寶，宋建.地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道短期地質(zhì)超前地質(zhì)中的應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2010（20）：49.

[2] 何發(fā)亮，李蒼松，陳成宗.隧道地質(zhì)超前預(yù)報.成都：西南交通大學(xué)出版社.2006:9

[3] 齊甦.隧道地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)與應(yīng)用.北京：氣象出版社.2010:125~127

篇6

所謂的地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)其實(shí)指的是一種具有精度高，與此同時還可以快速成像的高科技技術(shù)之一。歸納的說，其實(shí)這項技術(shù)主要就是借助地質(zhì)雷達(dá)根據(jù)所要檢測的物體屬性發(fā)射與之對應(yīng)的電波，不僅如此，還可以適當(dāng)?shù)慕邮詹糠謱υ撐矬w加以判斷的發(fā)射波。經(jīng)過多年來的努力研究以及在各個領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)作用十分顯著。

1 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r以及勘測誤差分析

1.1 發(fā)展?fàn)顩r

如果僅僅論地質(zhì)雷達(dá)概念的提出可以追溯到20世紀(jì)10年代，然后在人們對其不斷加強(qiáng)研究的過程中得到越來越為迅猛的發(fā)展，而且涉及到的領(lǐng)域也是越來越廣泛。但是值得我們注意的是，由于雷達(dá)所發(fā)射出的電波穩(wěn)定性較差，外加比較復(fù)雜，這樣一來就會對地質(zhì)環(huán)境造成很大的破壞。鑒于此，一直到20世紀(jì)70年代后，隨著各種電子技術(shù)的興起與發(fā)展，雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也隨之廣泛起來，并于80年代終于使得第一臺雷達(dá)設(shè)備問世。自從這臺雷達(dá)設(shè)備的出現(xiàn)，廣大研究學(xué)者產(chǎn)生極其濃厚的興趣，并在未來的時間里取得了一些重大突破，其中以成像技術(shù)為代表，這樣一來就可以在很大程度上提高了它的分辨率，大大幫助到了路橋檢測。

1.2 地質(zhì)雷達(dá)產(chǎn)生誤差分析

就這一點(diǎn)上來看，主要表現(xiàn)為：（1）反射信號時間差。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，要想十分準(zhǔn)確地對反射信號時間差進(jìn)行記錄，我們首當(dāng)其沖需要做的就是根據(jù)實(shí)際需要確定計算時間的起點(diǎn)。話雖如此，但是我們要是將探地雷達(dá)的觸發(fā)點(diǎn)（反射信號的）看作是物理時間的起點(diǎn)位置依然會存在一些問題。首先，直達(dá)波信號和地面反射信號的干擾如果比較強(qiáng)烈的話，會使整體記錄面貌變壞，這樣一來就會在一定程度上影響增益設(shè)置以及自動增益的使用效果。除此之外，天線的位置通常情況下都會隨著路況的不同而出現(xiàn)起伏顫動，在這個時候我們要想準(zhǔn)確無誤的識別地面反射點(diǎn)的位置并非易事。鑒于此，要想盡可能的提高起始零點(diǎn)的標(biāo)定精度，我們最為常用的做法就是將地質(zhì)雷達(dá)配備自動調(diào)零設(shè)置，設(shè)同時將時間起點(diǎn)移到地面反射信號位置。

2 在公路檢測中的實(shí)際應(yīng)用

通過以往大量的應(yīng)用結(jié)果表明，公路路基在通常情況下會由于含水量過高、承載力較低、壓實(shí)度無法達(dá)標(biāo)等綜合原因，會在很多時候造成路基產(chǎn)生過量沉陷，這樣一來就會形成空洞或者暗穴，情況嚴(yán)重的話局部還會產(chǎn)生滑坍等。另外，還會因?yàn)楣方Y(jié)構(gòu)層透水性差而造成局部出現(xiàn)集水現(xiàn)象。如果是這樣的話就會產(chǎn)生軟弱體等病害。通過多年的實(shí)踐情況看來，形成公路病害的原因是多種多樣的，有本身質(zhì)量所導(dǎo)致的，也有自然風(fēng)化或者是外界作用產(chǎn)生的。有一點(diǎn)值得注意的是，路基和路面問題通常是結(jié)伴而行的，而并非獨(dú)立存在，因此在調(diào)查公路病害的過程中，查明“病因”顯得尤為重要。以下就是地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在路橋檢測中的幾種主要應(yīng)用。

2.1 檢測公路基層與路基損壞程度

通過實(shí)踐表明，如果檢測出基層及路基損壞的區(qū)段較多的話，在雷達(dá)資料上的結(jié)構(gòu)層會表現(xiàn)為界面反射凹凸不平，反射波出現(xiàn)一定程度的扭曲。雖然說該段基層反射波起伏比較小。但連續(xù)性在通常情況下不是十分好的。如果發(fā)現(xiàn)路床反射非常微弱，但反射起伏程度比較大，這就可以從側(cè)面說明路基及基層已遭受外界的破壞。

2.2 檢測公路路面裂紋

通常而言，裂紋在高速公路病害異常中是肉眼難以捕捉到的。我們可以根據(jù)雷達(dá)探測原理可得出以下結(jié)論：頻率越高，探測越淺，分辨率也會隨之越高，反之亦然。從這一點(diǎn)上來看，雷達(dá)探測在通常情況下可有效解決淺層部位的裂紋異?，F(xiàn)象，如果是深部的裂紋我們最好的辦法就是采用超聲波探測法。主要表現(xiàn)為向兩邊分散的產(chǎn)生一定角度的同相軸。

3 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在修建橋梁工程中的實(shí)際應(yīng)用

通過多年的實(shí)踐表明，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在橋梁修筑中的應(yīng)用主要表現(xiàn)為以下幾個方面。

3.1 地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用于橋梁施工前的地質(zhì)勘察

換言之，就是可以通過這種地質(zhì)雷達(dá)來有效檢測出地質(zhì)條件，從而發(fā)現(xiàn)一些溶洞、夾泥層以及裂縫等所謂的不良地質(zhì)體，這樣一來就可以很好的提醒施工單位進(jìn)行安全施工做好充足的準(zhǔn)備，比方說某一個橋梁沉降檢測中，發(fā)現(xiàn)該橋梁竣工通車之后在很短的時間里有部分橋面出現(xiàn)了不同程度的下沉，在這個時候我們應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)就很容易的發(fā)現(xiàn)這是由于地層的底部位置存在較多的裂縫帶以及溶洞。

3.2 地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用于橋梁施工過程中

通過多次的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在樁基施工之前我們可以通過雷達(dá)來有效的檢測出基地的實(shí)際地質(zhì)情況，并且在第一時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)溶洞或者夾泥層等一些不良現(xiàn)象后迅速的予以處理，從而保證施工質(zhì)量能夠達(dá)到設(shè)計要求，比方說在LTD2100+GC400兆赫的檢測過程中，施工人員可以在基底位置布置兩條測線（具體是安置在哪個位置依據(jù)實(shí)際情況而定），然后可以沿著邊線緊緊貼住移動地面天線進(jìn)行檢測。經(jīng)過正確的操作過后發(fā)現(xiàn)在基底下方的3m處存在較為強(qiáng)烈的反射信號，工作人員挖開后果然是夾泥層，這就證明了雷達(dá)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確無誤。

3.3 在橋梁建筑竣工后進(jìn)行驗(yàn)收以及維護(hù)中的應(yīng)用

我們可以發(fā)現(xiàn)，在竣工后我們可以通過地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)正確的檢測出鋼結(jié)構(gòu)的水平以及垂直分布情況，與此同時還能夠發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部存在哪些不足之處等，如果一旦發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)分布情況與設(shè)計資料當(dāng)中的路面厚度不相符合，或者是施工與運(yùn)營過程中所導(dǎo)致的內(nèi)部缺陷等相關(guān)問題后，施工單位可以派遣專職人員在第一時間進(jìn)行處理，從而最大限度地減少人力、物力、財力的重大損失，保障橋梁為人們出行提供便利。

篇7

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；鋼筋定位；浯溪口大壩。

中圖分類號：TV431+.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0049-02

1 工程概況

浯溪口水利樞紐工程位于江西省景德鎮(zhèn)市蛟潭鎮(zhèn)境內(nèi)，距景德鎮(zhèn)市約40 km，是一座以防洪為主，兼顧供水、發(fā)電等的II等大（二）型水利樞紐工程。浯溪口水庫總庫容為4.747億m3，大壩壩頂高程65.5 m，正常蓄水位56.0 m，最大壩高46.8 m，壩軸線長度498.62 m，主要建筑物為非溢流壩、溢流壩、河床式廠房。

在河床式廠房施工過程中，因設(shè)計變更，需要在2號和3號機(jī)組管型座側(cè)墻鋼筋網(wǎng)中鉆孔，進(jìn)行植筋施工，以提高管型座基礎(chǔ)的抗拉抗剪能力。側(cè)墻縱向鋼筋網(wǎng)間距僅為20 cm，且在鋼筋綁扎施工過程中存在偏差，鉆孔植筋過程中極易碰到鋼筋網(wǎng)，造成二次鉆孔，甚至損傷側(cè)墻主筋。因此，必須準(zhǔn)確進(jìn)行鋼筋定位，為鉆孔植筋做好準(zhǔn)備。

為了2號和3號機(jī)組管型座側(cè)墻鋼筋準(zhǔn)確定位，為后續(xù)鉆孔植筋施工提供參考，對比目前無損探測的方法，采用地質(zhì)雷達(dá)來確定管型座側(cè)墻（左右：4.0～4.1 m寬，上下：6.0-6.1 m）鋼筋位置。

2 地質(zhì)雷達(dá)探測原理簡介

地質(zhì)雷達(dá)是采用高頻電磁波探測地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)與特征的探測技術(shù)，在探測時將發(fā)射天線和接收天線放置于測試區(qū)域地表上進(jìn)行探測，如圖1所示，考慮到場地內(nèi)目標(biāo)深度，為提高雷達(dá)剖面分辨率，發(fā)射天線和接收天線以固定間隔沿測線同步移動，移動一次采集一道數(shù)據(jù)。這種探測方式非常適合比較惡劣的工作條件。

地質(zhì)雷達(dá)向地下目標(biāo)體發(fā)射的電磁波信號在傳播的過程中，遇到電性差異的目標(biāo)體（如巖溶、裂隙等）時，電磁波便發(fā)生反射，由接收天線接收反射波。在對地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)雷達(dá)波形、電磁場強(qiáng)度、振幅和雙程走時等參數(shù)便可推斷地下巖體的地質(zhì)構(gòu)造。目標(biāo)體到測試面的距離：

d=V×Δt/2

其中，Δt為電磁波的雙程走時，ns；v為電磁波的傳播速度，cm/ns。

介質(zhì)中電磁波的傳播速度：

v=C0/（2×ε）

其中，C0為電磁波在空氣中的傳播速度，30 cm/ns；ε為介質(zhì)相對介電常數(shù)，一般情況空氣取1，水取81，石灰?guī)r為6～7。

實(shí)際上，電磁波在介質(zhì)界面產(chǎn)生反射是因?yàn)閮蓚?cè)介質(zhì)的介電常數(shù)不同，差異越大反射信號越強(qiáng)烈，反之反射信號越差。由電腦所收集并存儲的每一測點(diǎn)上的雷達(dá)波形序列形成一個由若干記錄道組成的地質(zhì)雷達(dá)剖面，如圖2所示。

地質(zhì)雷達(dá)雖探測精度高，但發(fā)射天線能量有限，探測深度較淺?？紤]到場地內(nèi)目標(biāo)深度，為提高雷達(dá)剖面分辨率，采用發(fā)射天線和接收天線以固定間隔沿測線同步移動的工作程序，移動一次采集一道數(shù)據(jù)。

步長0.02 m，記錄長度10 ns左右，32次疊加。地質(zhì)雷達(dá)雖探測精度高，但能量有限，探測距離較淺。本次測試采用中心頻率為1.2 GHz的天線進(jìn)行測量。

3 地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集及處理

地質(zhì)雷達(dá)采用高頻電磁波的形式進(jìn)行地下介質(zhì)的探測，其運(yùn)動學(xué)規(guī)律與地震勘探方法類似，因而地震勘探的數(shù)據(jù)采集方法可以被借鑒到地質(zhì)雷達(dá)野外測量中，其中包括反射、折射和透射測量方式。

在反射測量方式中以剖面法多次覆蓋技術(shù)為主，其他方法為輔。

剖面法是發(fā)射天線和接收天線以固定間距沿測線同步移動的一種測量方式。

剖面法的測量結(jié)果用地質(zhì)雷達(dá)時間剖面圖像來表示。當(dāng)天線距離很小時，相當(dāng)于自激自收的數(shù)據(jù)采集方式，得到的記錄能較準(zhǔn)確地反映測線處各反射界面的形態(tài)和介質(zhì)體的空間位置等信息。然而，由于地下介質(zhì)對電磁波的吸收，來自深處界面的反射波會由于信噪比過低而不易識別，這時需應(yīng)用不同天線距的發(fā)射一接收天線在同一測線上進(jìn)行重復(fù)測試，然后將測試記錄中相同位置的記錄進(jìn)行疊加，以增強(qiáng)對深部介質(zhì)探測的分辨率。在探測過程中，可以根據(jù)現(xiàn)場地形、設(shè)備狀況以及實(shí)際需要來選擇不同的測量方式。

地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的目的主要是壓制各種噪聲，增強(qiáng)有效信號，提高資料信噪比，以最大可能的分辨率在地質(zhì)雷達(dá)圖像剖面上顯示反射波，以便從數(shù)據(jù)中提取速度、振幅、頻率、相位等特征信息，幫助解釋人員對資料進(jìn)行有效的地質(zhì)解釋。

地質(zhì)雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理流程一般分兩部分：

第一部分為數(shù)據(jù)編輯，包括數(shù)據(jù)合并、廢道剔除、測線方向一致化、漂移處理；

第二部分是常規(guī)處理以及地質(zhì)雷達(dá)圖像增強(qiáng)處理，包括數(shù)字濾波、振幅恢復(fù)、均衡、歸一化、小波變換、時深轉(zhuǎn)換等。

4 探測剖面解釋與分析

本次地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集的測線布置如下：分別在2號和3號機(jī)組管型座基礎(chǔ)左、右邊墻（左右4.0～4.1 m寬，上下長6.0～

6.1 m）布置井字形測線，即橫向兩條、縱向兩條。

3號機(jī)組管型座基礎(chǔ)右邊墻橫向測線雷達(dá)測試處理結(jié)果圖，如圖3所示。橫坐標(biāo)為水平距離（m），縱坐標(biāo)左為深度（m），縱坐標(biāo)右為時間（us），圖像顯示右邊墻距地面1.36 m，下游至上游段（0～4.1 m），混凝土表面以下深18～27 cm范圍內(nèi)，存在多組強(qiáng)振幅雷達(dá)反射波組，波形具有弧形的特征，較凌亂，與周圍的波形存在明顯的差異，推測為混凝土中的鋼筋等金屬物，其弧形的頂端即為鋼筋的位置，見表1和如圖3所示。

5 結(jié) 語

地質(zhì)雷達(dá)是一種高分辨率的現(xiàn)代地球物理探測技術(shù)， 它具有很強(qiáng)的抗干擾能力和較高的現(xiàn)場測試效率。

該技術(shù)用于工程中的地質(zhì)缺陷探測能準(zhǔn)確快速地測定缺陷的分布情況；該方法用于水電站等工程巖體及混凝土的缺陷探測，可以較好地確定缺陷發(fā)育的形態(tài)及空間分布，了解目標(biāo)體的地質(zhì)缺陷情況。

因此， 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是類似的地下工程巖體處理探測的一種快捷的， 有效的手段， 值得推廣。

地質(zhì)雷達(dá)測量方式、測線布置及系統(tǒng)參數(shù)的選擇直接影響著野外數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量，只有根據(jù)測量環(huán)境以及探測目標(biāo)體的大致走向、規(guī)模、物性等情況綜合分析，做出合理選擇，才能保證所測地質(zhì)雷達(dá)圖像資料的準(zhǔn)確性和客觀性。

本次現(xiàn)場探測， 中心頻率為1.2 GHz 的天線既具有理想的分辨能力， 又能得到合適的探測深度。因此， 該種范圍頻率的天線是這類探測工作的最佳天線。

就現(xiàn)場測試條件而言， 要求測線兩端及其附近一定范圍內(nèi)無施工機(jī)械設(shè)備存在；同時要求測線所在位置平坦， 無雜亂其他金屬體， 只有這樣才能避免地表物體所形成的側(cè)面反射的干擾， 獲得高質(zhì)量的檢測資料。

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)圖像的波形、頻率、振幅、相位及電磁波能量吸收情況（或自動增益梯度）等細(xì)節(jié)特征的變化規(guī)律，得出地質(zhì)雷達(dá)圖像解釋的地質(zhì)現(xiàn)象，也有利于以后地質(zhì)雷達(dá)圖像識別和經(jīng)驗(yàn)積累。

本次鋼筋的探測結(jié)果，通過鉆孔驗(yàn)證，實(shí)際位置與探孔測試結(jié)果吻合，說明地質(zhì)雷達(dá)是可以在鋼筋定位測試中應(yīng)用的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李大心.地質(zhì)雷達(dá)方法與應(yīng)用[M].北京：地質(zhì)出版社，1994.

[2] 譚紹泉，劉泰生，徐錦璽，等.地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在表層結(jié)構(gòu)調(diào)查中的應(yīng)用與 研究[J].石油物探，2003，42（1）：59―62.

篇8

[關(guān)鍵詞] 地質(zhì)雷達(dá) 隧道檢測 襯砌厚度

1.前言

寧夏南部山區(qū)隧道是寧夏公路隧道的開始，其隧道檢測任務(wù)由寧夏交通科研所承擔(dān)，隧道襯砌是隧道施工的一個重要環(huán)節(jié)，以前隧道施工過程中，對于初襯厚度檢測主要用鑿孔法，對于二襯檢測主要用鉆芯取樣法，均屬于破壞性檢測方法，其具有檢測速度慢，成孔垂直度較難控制，且探桿感覺、卷尺量測受人為因素影響較大，同時破壞隧道防排水系統(tǒng)，影響隧道壽命，檢測結(jié)果代表性差，難以全面反映隧道整體及各部位質(zhì)量等缺點(diǎn)。而地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)采用了先進(jìn)的連續(xù)透視掃描無損探傷技術(shù)，探測精度比傳統(tǒng)檢測方法高，且又是連續(xù)掃描，可獲得隧道探測的連續(xù)結(jié)果。這種檢測手段目前在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用，并取得了重要成果。

2.地質(zhì)雷達(dá)的工作原理

地質(zhì)雷達(dá)(Ground Penetrating Radar,簡稱GPR)是利用超高頻電磁波探測地下介質(zhì)分布的一種地球物理勘探儀器[1-5]。屬于電磁波的范疇,它是利用電磁波在不同媒體中的傳播與反射特性來進(jìn)行探測的。地質(zhì)雷達(dá)通過隧道表面向襯砌內(nèi)部發(fā)射電磁波，電磁波遇到不同媒質(zhì)的界面時會發(fā)生反射和透射，當(dāng)反射波被返回襯砌表面后，又被地質(zhì)雷達(dá)接收，此時便記錄下了電磁波返回的時間。當(dāng)發(fā)射和接收天線沿檢測物表面逐點(diǎn)同步移動時，就能得到其內(nèi)部介質(zhì)的剖面圖像。根據(jù)電磁波的旅行時間、幅度頻率與波形變化情況，推斷介質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及目標(biāo)體的深度、形狀特性參數(shù)。

地質(zhì)雷達(dá)在勘查中的基本參數(shù)描述如下：

(1) 電磁脈沖波旅行時間

式中：z―勘查目標(biāo)體的埋深；x―發(fā)射、接收天線的距離（式中因z>x,故x可忽略）； v―電磁波在介質(zhì)中的傳播速度。

(2) 電磁波在介質(zhì)中的傳播速度

式中：c―電磁波在真空中的傳播速度（0.29979m/ns）；-介質(zhì)的相對介電常數(shù)；-介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率（一般）

(3) 電磁波的反射系數(shù)

電磁波在介質(zhì)傳播過程中，當(dāng)遇到相對介電常數(shù)明顯變化的地質(zhì)現(xiàn)象時，電磁波將產(chǎn)生反射及透射現(xiàn)象，其反射和透射能量的分配主要與異常變化界面的電磁波反射系數(shù)有關(guān)：

式中：r - 界面電磁波反射系數(shù)；-第一層介質(zhì)的相對介電常數(shù)；―第二層介質(zhì)的相對介電常數(shù)。

(4) 地質(zhì)雷達(dá)記錄時間和勘查深度的關(guān)系

3.地質(zhì)雷達(dá)在隧道檢測中應(yīng)用時遇見的問題

由于地下介質(zhì)相當(dāng)于一個復(fù)雜的濾波器，介質(zhì)對波的不同程度的吸收以及介質(zhì)的不均勻性質(zhì)，使得脈沖到達(dá)接收天線時，波幅減小，波形變得與原始發(fā)射波形有較大的差異。條件不好的情況下，地質(zhì)雷達(dá)在接收有效信號的同時，也不可避免地接收到各種干擾信號。產(chǎn)生干擾信號的原因很多，隧道中常見的干擾有電纜、襯砌表面金屬物體、天線耦合不好，地下異常的多次反射波等。對于以上情況圖像的判識，需要經(jīng)驗(yàn)，干擾波具有特殊形狀，一般易于辨別和確認(rèn)。

4.工程實(shí)例

4.1 工程概況

福銀高速公路橫穿寧夏南北，響應(yīng)西部大開發(fā)政策，帶動寧夏經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。受地勢條件的影響，在寧夏南部山區(qū)必須涉及到地下工程。目前開工的隧道有三十里鋪隧道、牛營子隧道、大灣隧道和什字隧道。四條隧道基本都位于I類、II類、III類圍巖中，大部分圍巖是由強(qiáng)風(fēng)化性砂巖和泥巖及黃土覆蓋層組成，局部地方有地下水的存在，地質(zhì)條件較差，施工難度大。為了對隧道質(zhì)量做有效的控制，我們寧夏交通科研所利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對隧道的襯砌質(zhì)量及其回填密實(shí)情況進(jìn)行檢測。

4.2 測線布置

為了較全面的控制隧道質(zhì)量，在所檢測的段落內(nèi)沿隧道軸線方向布置了5條測線，對隧道襯砌質(zhì)量進(jìn)行較有效的監(jiān)控。橫斷面測線布置具體見圖1。

4.3 地質(zhì)雷達(dá)圖像的采集

在此檢測過程中我們采用的是800MHZ的天線，重2.6kg，便于攜帶，它主要用于淺層高分辨率探測，探測深度2～3.5 米，適合于隧道的襯砌檢測。在初襯檢測過程中，由于表面較粗糙距離采集難以實(shí)現(xiàn)，輪子出現(xiàn)不轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)采集不完整。因此我們采用時間采集法，在采集的過程中，根據(jù)現(xiàn)場樁號每5m打一個標(biāo)記。采集完后再將時間采集文件改成距離采集文件，結(jié)合5m標(biāo)記確定缺陷的具置。二襯檢測過程中我們采用的是距離采集法，由于天線沿隧道縱向移動時，其測線不是真正意義上的直線，有時是蛇形狀式前進(jìn)，所以我們每10m打一個標(biāo)記，便于記錄里程與實(shí)際里程核對。

對電磁波波速的估計是很重要的，它是進(jìn)行準(zhǔn)確時深轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)，對于確定反射體的深度至關(guān)重要，測量中要給予特別的關(guān)注?？梢杂胁煌椒ü浪汶姶挪ㄋ伲?/p>

(1) 根據(jù)地層類型和含水情況使用參考速度值；

(2) 利用已知埋深物體的反射走時求波速；

(3) 利用一個孤立反射體，其垂直反射走時T1，偏移觀測走時T2，偏移距x，計算深度H和波速V：

4.4 地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)的分析

4.4.1 干擾信號的識別

地質(zhì)雷達(dá)圖像的識別是檢測過程中較關(guān)鍵的一步，地質(zhì)雷達(dá)在接收有效信號的同時，不可避免地接收到各種干擾信號。在分析圖像時必須有區(qū)別干擾信號和缺陷信號的能力，對隧道中常見的干擾（如：電纜、襯砌表面金屬物體、天線耦合不好，地下異常的多次波等）信號有所認(rèn)識，有利于準(zhǔn)確的判斷其缺陷的情況。

4.4.2 襯砌背后回填情況的判識

（1）襯砌背后空洞的判識

空洞是指隧道襯砌背后沒有全部回填，襯砌與圍巖間空氣存在區(qū)域。由于空氣與混凝土的介電常數(shù)差異較大，襯砌與圍巖之間有明顯的空隙，地質(zhì)雷達(dá)圖像中就會表現(xiàn)為襯砌界面反射信號增強(qiáng)，如果空洞較大，還會在界面信號下方產(chǎn)生繞射信號。

（2）襯砌背后回填密實(shí)的判識

回填密實(shí)是指襯砌與圍巖密貼、無間隙。由于襯砌混凝土與圍巖的介電常數(shù)差異較小，如果襯砌密貼，地質(zhì)雷達(dá)圖像中就會表現(xiàn)為振幅較弱的界面反射信號或沒有界面反射信號。若襯砌背后絕大部分回填密實(shí)，只有局部存在空隙，地質(zhì)雷達(dá)大部分圖像與回填密實(shí)圖像的征狀相同，只有局部襯砌界面呈強(qiáng)反射信號。

5.結(jié)論

在寧夏南部山區(qū)的四個隧道中使用地質(zhì)雷達(dá)對其襯砌進(jìn)行無損檢測,檢測內(nèi)容主要為隧道襯砌混凝土密實(shí)性、脫空及厚度等，對于提高隧道施工質(zhì)量具有極大的促進(jìn)作用。襯砌混凝土與圍巖之間存在著物性差異，而缺陷部位襯砌混凝土被水或空氣充填與密實(shí)的混凝土的物性差異較大。因此,采用地質(zhì)雷達(dá)法對隧道襯砌混凝土質(zhì)量進(jìn)行檢測是可行的。通過長期檢測得知，隧道襯砌的薄弱環(huán)節(jié)是拱頂?shù)幕炷潦┕?，尤其是人力施工時，更要注意拱頂?shù)囊r砌厚度和襯砌背后回填密實(shí)情況，在施工中要注意加強(qiáng)這個環(huán)節(jié)的管理。雷達(dá)檢測不僅用于隧道中，對于公路路基、水利水電工程的大壩、交通洞、引水隧道、地下管線、地基加固效果檢測、巖溶、滑坡、探測和維護(hù)古建筑物結(jié)構(gòu)及進(jìn)行考古研究等方面也同樣可以應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李大心.探地雷達(dá)方法與應(yīng)用[M].地質(zhì)出版社,1994.

[2]徐宏武,邵雁,鄧春為.探地雷達(dá)技術(shù)及探測的應(yīng)用[J].巖土工程技術(shù),2005,19(4):191-194.

[3]黃秀成,秦之富,朱如榮等.公路隧道地質(zhì)雷達(dá)地質(zhì)預(yù)報方法探討[J].公路交通技術(shù),2004,(5):107-111.

篇9

[關(guān)鍵詞]高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)、地質(zhì)災(zāi)害治理

[中圖分類號] TN95 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-1-203-1

0引言

廣東省鎮(zhèn)隆鎮(zhèn)長龍村田螺墩水庫建設(shè)于20世紀(jì)80年代，是本地村民的主要水源。由于該水庫建設(shè)年代較久遠(yuǎn)，維修力度不夠，且正值雨季，雨量較大，水庫壩體下方50米處出現(xiàn)漏水漏沙現(xiàn)象。勘探目標(biāo)壩體一半為山脊原狀土，一半為人工填土。漏水位置推測在原狀土與人工填土結(jié)合部分。為了查明引起水庫壩體滲漏段位置、滲透范圍、危害程度，結(jié)合野外場地實(shí)際情況，采用高密度電法，與地質(zhì)雷達(dá)方法配合，獲得了漏水壩體較詳細(xì)的資料。為后期治理提供了依據(jù)。

1工區(qū)概況及地球物理特征

勘查區(qū)位于長龍村邊的山坳中，三面環(huán)山，另一側(cè)是村莊。漏水壩體正對村莊。雨季雨量較大，水庫內(nèi)水位已經(jīng)超越警衛(wèi)線15cm。壩體隨著水位升高損壞更加嚴(yán)重。物探工作開展之前，已經(jīng)用沙袋阻住漏水位置，防止壩體填土隨水流失。為了避免發(fā)生嚴(yán)重事故，當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門采取積極措施治理災(zāi)害。

當(dāng)壩體發(fā)生漏水現(xiàn)象時，滲水段與周圍壩體存在明顯的電性差異。壩體由山脊原狀土和夯實(shí)土構(gòu)成，由于正值雨季，整個測區(qū)視電阻率值偏低，山脊原狀土和夯實(shí)土視電阻率值較高，約在103Ω?m左右，當(dāng)含水或充水時，視電阻率值一般在102Ω?m左右；地下非均勻介質(zhì)存在介電常數(shù)與電導(dǎo)率的明顯差異而構(gòu)成了電磁波反射界面。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)均一性較好時，雷達(dá)反射波強(qiáng)度很弱，常為低幅高頻細(xì)密波。若地質(zhì)體松動，受其影響土層均一性較差，出現(xiàn)強(qiáng)反射波組。滲水處或充水處會形成和周圍地質(zhì)體的反射程度的強(qiáng)烈差別。因此可以根據(jù)高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)方法找出壩體滲水段位置。

2工作方法

2.1物探方法概述

2.1.1高密度電法

高密度電法是近年來快速發(fā)展起來的一種電法勘探新技術(shù)，其基本原理與傳統(tǒng)的電阻率法完全相同，不同的是，高密度電法是一種陣列勘探方法，也稱自動電阻率系統(tǒng)，是直流電法的發(fā)展，其功能相當(dāng)于測深與電剖面的結(jié)合；測點(diǎn)密度大、使用的電極數(shù)量多，而且電極之間可以根據(jù)排列裝置不同自由組合，野外只需將全部電極置于測點(diǎn)上，然后利用儀器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集。

高密度電阻率法是以巖土體導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過研究在人工施加的電場作用下，地下傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律，揭示地層結(jié)構(gòu)和其它隱伏的地質(zhì)現(xiàn)象。通過電極向地下供電，測量接收電極之間的電位差，求得該測點(diǎn)的視電阻率值，從而推斷解釋地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。工作時，通過高密度電法測量系統(tǒng)中的軟件，控制著在同一條多芯電纜上布置連結(jié)的多個（60～120）電極，使其自動組成多個垂向測深點(diǎn)或多個不同深度的探測剖面，根據(jù)控制系統(tǒng)中選擇的探測裝置類型，對電極進(jìn)行相應(yīng)的排列組合，按照測深點(diǎn)位置的排列順序或探測剖面的深度順序，逐點(diǎn)或逐層探測，實(shí)現(xiàn)供電和測量電極的自動布點(diǎn)、自動跑極、自動供電、自動觀測、自動記錄、自動計算、自動存儲。通過數(shù)據(jù)傳輸軟件把探測系統(tǒng)中存儲的探測數(shù)據(jù)調(diào)入計算機(jī)中，然后對實(shí)測的電阻率剖面進(jìn)行計算、分析、處理，形成視電阻率等值線斷面圖，即可獲得地層中的電阻率分布情況，快速而準(zhǔn)確地獲取豐富的地下信息。這種方法原理簡單，圖像直觀，是一種分辨率較高的物探方法。該方法在工程與水文地質(zhì)勘探和礦產(chǎn)、水利資源勘查中有著廣泛的應(yīng)用。

2.1.2地質(zhì)雷達(dá)

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是一種高精度、連續(xù)無損、經(jīng)濟(jì)快速、圖像直觀的探測手段，是用于確定地下介質(zhì)分布的電磁波技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)的基本原理是，由發(fā)射天線輻射一個電磁脈沖，當(dāng)遇到介質(zhì)分界面或地下異常體時，該電磁脈沖被反射回來，并被接收天線接收，該記錄信號形成一道類似于地震記錄信號的圖象。

地質(zhì)雷達(dá)主要由監(jiān)視器（計算機(jī)）、控制單元、天線等組成，控制單元是雷達(dá)的核心部分。對地質(zhì)雷達(dá)來說，它的剖面橫坐標(biāo)是距離，即探測剖面的地面位置；縱坐標(biāo)是電磁波在介質(zhì)中的雙程走時，是時間坐標(biāo)。

地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

⑴控制單元：控制單元是整個雷達(dá)系統(tǒng)的管理器，計算機(jī)（32位處理器）對如何測量給出詳細(xì)的指令。系統(tǒng)由控制單元控制著發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，同時跟蹤當(dāng)前的位置和時間。

⑵發(fā)射機(jī)：發(fā)射機(jī)根據(jù)控制單元的指令，產(chǎn)生相應(yīng)頻率的電信號并由發(fā)射天線將一定頻率的電信號轉(zhuǎn)換為電磁波信號向地下發(fā)射，其中電磁信號主要能量集中于被研究的介質(zhì)方向傳播。

⑶接收機(jī)：接收機(jī)把接收天線接收到的電磁波信號轉(zhuǎn)換成電信號并以數(shù)字信息方式進(jìn)行存貯。

⑷電源、光纜、通訊電纜、觸發(fā)盒等輔助元件。

地質(zhì)雷達(dá)（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR）依據(jù)電磁波脈沖在地下傳播的原理進(jìn)行工作。發(fā)射天線將高頻（106～109Hz或更高）的電磁波以寬帶短脈沖形式送入地下，被地下介質(zhì)（或埋藏物）反射，然后由接收天線接收。

2.2工作布置

為了詳細(xì)掌握滲水壩置的詳細(xì)信息，根據(jù)測區(qū)內(nèi)場地環(huán)境、滲水段大致位置等實(shí)際情況，勘探深度設(shè)為15m～30m。高密度電法共布設(shè)3條測線，儀器采用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK―2A高密度電法儀，采用溫納裝置，每次布置一個排列，每排列60個電極，并保證60根銅電極與地面接觸良好，采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，數(shù)據(jù)用系統(tǒng)配套的處理軟件編輯、地改、反演后制成剖面圖。3條測線按照勘查次序依次編號為DF1，DF2，DF3。其中DF1電極距1.5米，排列長度90m。DF2電極距1m，排列長度60m。DF3電極距2米，排列長度120米。共270m。地質(zhì)雷達(dá)儀器是瑞典產(chǎn)RAMAC/GPR地質(zhì)雷達(dá)，采用50MHz非屏蔽超強(qiáng)地面耦合天線，點(diǎn)距0.5m。總測線長度為170m，測點(diǎn)數(shù)為342點(diǎn)。采集后的數(shù)據(jù)利用reflexw處理軟件，經(jīng)過去零漂、調(diào)整零值、增益恢復(fù)、去除背景、帶通濾波、點(diǎn)平均等一系列數(shù)據(jù)處理后形成雷達(dá)圖像。

2.3成果與推斷解釋

根據(jù)地球物理勘探調(diào)查成果，綜合確定出水庫壩體滲水路段位置。

綜合地質(zhì)雷達(dá)和高密度電法勘探成果，勘查區(qū)內(nèi)異常位置基本吻合。高密度電法剖面上低阻異常與地質(zhì)雷達(dá)剖面的異常區(qū)位置和深度基本相同。此異常深度為測線位置以下的垂向深度。

3結(jié)論

篇10

關(guān)鍵詞：公路隧道；超前地質(zhì)預(yù)報；地質(zhì)雷達(dá)

中圖分類號： U45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

在隧道施工期間對其掌子面前方地質(zhì)情況的超前預(yù)報已歷經(jīng)幾十年的發(fā)展。英、法、日、德等國家均已將期其列為隧道工程建設(shè)的重要研究內(nèi)容。我國超前預(yù)報[2、3]的研究始于20世紀(jì)50年代末,但真正應(yīng)用于隧道工程建設(shè)(包括其地下工程)是在70年代谷德振根據(jù)礦巷施工進(jìn)度和掌子面地質(zhì)性狀做出的礦巷前方將遇到斷層并將引發(fā)塌方的成功預(yù)報為序,開始了我國隧道施工期地質(zhì)預(yù)報的研究和應(yīng)用. 現(xiàn)代隧道建設(shè)發(fā)展趨勢是隧道越建越長,穿越的地層地質(zhì)條件越來越復(fù)雜。由于隧道工程的復(fù)雜性和不可預(yù)見性,在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下,隧道施工中各種不良地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測是復(fù)雜條件下山嶺公路隧道施工中面臨的最主要任務(wù),尤其是隧道施工開挖工作面前方地質(zhì)情況的預(yù)報是國內(nèi)外工程地質(zhì)和隧道工程關(guān)注而又沒有得到很好解決的難題。

1地質(zhì)雷達(dá)的工作原理

地質(zhì)雷達(dá)（GPR）是一種用于探測地下介質(zhì)分布的光譜電磁技術(shù)，地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射電磁波信號到地下介質(zhì)中，當(dāng)遇到存在電性差異的地下目標(biāo)體（巖石破碎帶、溶洞、斷層裂隙等）的電性介面時，就有部分電磁能量被反射折向地面，被接收天線接收，根據(jù)接受到的電磁波波形、強(qiáng)度。雙程走時t等參數(shù)推斷地下目標(biāo)體的空間位置、結(jié)構(gòu)、電性及幾何形狀，從而達(dá)到對地下隱蔽目標(biāo)物的探測。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)的波速已知時，可根據(jù)測到的精確t值求得目標(biāo)體的位置和埋深。這樣，可對各測點(diǎn)進(jìn)行快速連續(xù)地探測，并根據(jù)反射波組的波形與強(qiáng)度特征，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到地質(zhì)雷達(dá)剖面圖像。而通過多條測線的探測，則可了解場地目標(biāo)體平面分布情況。

電磁波行程用下式確定為：t=,,-,,,-,,,-,,,-,4z-2.+,x-2..-..-..-v；式中：t為脈沖波走時（ns,1ns=10-9s）；z為反射體的深度（m）；x為T與R的距離（m）；v為雷達(dá)脈沖波速(m/s)；由于地質(zhì)雷達(dá)所使用的是高頻電磁波。電磁波與介質(zhì)的相對介電常數(shù)可以表示：V=,C-,-,-,-,-,-,-,-,ε-γ.........；其中C為光速（3×102m/s）；,ε-γ為相對介電常數(shù)[5]。

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用目的不同選擇不同的測線布置：在地質(zhì)超前預(yù)報中，需要探測的區(qū)域?yàn)檎谱用媲胺降膰鷰r，掌子面上測線的布置關(guān)系到本次預(yù)報結(jié)果的準(zhǔn)確性。公路隧道的選址不同,隧道所處的地質(zhì)情況不同，隧道施工過程中遇到不良地質(zhì)情況也差異性比較大?？偨Y(jié)以前公路隧道施工所遇到的不良地質(zhì),常見的不良地質(zhì)情況有：斷層破碎帶、大型溶洞、節(jié)理密集強(qiáng)風(fēng)化帶、突泥、涌水和災(zāi)害氣體等。結(jié)合成武返家山隧道施工實(shí)際情況，對其掌子面前圍巖情況的預(yù)報采用：美國GSSI公司生產(chǎn)的SIR—3000地質(zhì)雷達(dá)，天線中心頻率為100MHz。

2工程實(shí)例概況

成（縣）武（都）高速公路武都西隧道位于武都馬街鎮(zhèn)西側(cè)山體上，該隧道設(shè)計為分離式巖質(zhì)隧道。隧址區(qū)位于剝蝕中低山地貌區(qū)。山體地形東部較為平緩，略有起伏，西側(cè)較陡，呈中間高兩側(cè)低形，自然坡度約50°，進(jìn)口段位于省道S205右側(cè)下部，穿越?jīng)]水山后重新與S205相較后以北峪河11號跨越北峪河。

3探測結(jié)果分析

選擇CW18武都西隧道右線YK86+645掌子面上的探測結(jié)果進(jìn)行預(yù)報分析。由探測結(jié)果可知，其波形主要特征：波形雜亂，至深部反射波都存在一定強(qiáng)度同相軸錯亂，波幅衰減很快，反射界面錯亂。隧道YK86+645為深埋段，地表坡度較陡，上部千枚巖及碳質(zhì)千枚巖變質(zhì)十分發(fā)育，風(fēng)化程度較大。推斷在該掌子面前面地質(zhì)情況復(fù)雜，巖體較破碎，層理發(fā)育且含水量少。預(yù)計在開挖過程中會經(jīng)常出現(xiàn)拱頂垮塌造成圍巖嚴(yán)重超挖，為了能有效控制這種不利情況，要求施工方在開挖前打設(shè)超前注漿錨桿，短臺階進(jìn)尺，弱爆破或機(jī)器開挖，開挖后采用雙層支護(hù)。經(jīng)掘進(jìn)證實(shí)，該巖體強(qiáng)度極差，呈層狀。

掌子面前方3～15m以內(nèi)雷達(dá)發(fā)射波強(qiáng)烈,與15m以外泥灰的微弱發(fā)射波形形成鮮明的對比,在3m～15m 圍巖回波波形不穩(wěn)定，回波相似性較差，同相軸不連續(xù)，中部偏左缺失，推測為節(jié)理裂隙發(fā)育，巖性不穩(wěn)定。掌子面12m中部偏左圍巖較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。經(jīng)開挖驗(yàn)證，現(xiàn)場情況與預(yù)報結(jié)果基本相符。根據(jù)1線布置雷達(dá)波圖像顯示掌子面前方兩側(cè)雷達(dá)波強(qiáng)反射同相軸，局部存在雜亂波形，層面較發(fā)育無水，巖體物性差異增大，圍巖變差大；圍巖呈碎裂~松散結(jié)構(gòu)，圍巖破碎，及以后圍巖為受構(gòu)造影響很嚴(yán)重的碎塊，軟弱破碎。

4結(jié)語

通過分析工程實(shí)例探測結(jié)果表明，使用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行隧道掌子面前方不良地質(zhì)預(yù)報是比較理想的方法，即快速又經(jīng)濟(jì)。對保證公路隧道安全施工具有重要的指導(dǎo)意義。同時，由于隧道掌子面的平整與否，對探測結(jié)果的準(zhǔn)確性有一定影響。在實(shí)際操作中應(yīng)注意天線的定點(diǎn)和貼壁，否則會使雷達(dá)探測結(jié)果產(chǎn)生畸變，所以在超前地質(zhì)預(yù)報工作中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程的實(shí)際情況選擇地質(zhì)雷達(dá)測量參數(shù)，并結(jié)合雷達(dá)探測結(jié)果、隧道開挖掌子面的情況和隧道區(qū)域地質(zhì)情況對測試結(jié)果進(jìn)行綜合分析。

參考文獻(xiàn)

[1]何發(fā)亮，李蒼松. 隧道施工期地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)的發(fā)展[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)，2001，38（3）：12－16

[2] 葉英. 隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報人民交通出版2011,（2）：156-165