隧道超前地质预报中地质雷达的应用

摘 要 本文介绍了地质雷达的原理及具体的应用方法，并结合工程实例，阐述了地质雷达在隧道超前地质预报中的应用方式，表明了地质雷达在隧道超前地质预报中的优越性。

关键词 地质雷达 隧道 超前地质预报

中图分类号：U456 文献标识码：A

随着经济实力的增强，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设力度。隧道作为高速公路施工中的重点环节，对缩短公路里程、节约投资成本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害开展超前地质预报，将对隧道的正常施工和顺利贯通发挥举足轻重的作用。成功的预测促使施工及时采取应对措施，防范于未然。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状况进行预报就显得尤为重要。

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。它是利用高频电磁脉冲波的反射原理来实现探测目的。地质雷达属电磁波探测技术中的一种。它通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异（介电常数、电磁导率等）的界面或其它目标体（如围岩性质、地质结构构造、围岩完整性、地下水和溶洞等情况）时，就会发生反射、绕射等电磁波特有现象。根据这些特点，我们通过接收天线拾取响应信号，并记录到计算机上，依据电磁波的波形、相位、振幅、频谱等时域、频域特征，可获得测试面前方不同电性体的分布特征，通过反射波双程旅行时间，可计算前方分界面或目标体的深度。

二、地质雷达应用方法

（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一一对应的，在进行地质雷达测试时。地质预报为简化操作，减小施工干扰，一般只需要100MHz的屏蔽天线，但地质雷达100MHz的天线实际测试有效距离是5～30m，也就是说前5m是个模糊区，这在现实中是不容许的，所以我们可以有两种选择，一种是采用100MHz的天线和400MHz的天线共同来完成测试；另一方法为只用100MHz天线测试，但是前后两次测试需搭接上5m，实际每次测试距离根据实际情况再定。

（二）地质雷达测试方式选择。

在采用地质雷达进行隧道超前预报的过程中，一般采用点测试和线测试相结合的方式。点测试即选择掌子面的一个平整面上将天线贴平，采用雷达接受数据，完成一次点测试。布点时尽量考虑所布的点的数量及位置能够覆盖到所测得整个掌子面。线测试也叫连续测试，它是将天线竖立于从掌子面左侧离地一米处，从左到右匀速平移至右侧，即完成一次测试。

由于掌子面受爆破情况等因素影响，多出现凸凹不平的情况。线测试因条件不允许，不可能有均匀的走线和平整的面，所以很多时候可能与掌子面贴不实，所采集的数据有时由于脱空而发生失真。点测试由于所需要的空间相对较小，每次测试可以预先找到一个较为平整的面，使测试效果较好，但过少的点测试结果会有一定的误导，没有对比性和对岩溶体形状的描绘。所以在测试时，一般采取点测试和线测试相结合的方式综合分析，相呼应正。

三、工程实例

岑溪大隧道位于广西自治区岑溪市，我方采用了美国劳雷公司SIR-3000型地质雷达进行超前地质预报。根据具体的地质地形情况调整测试距离，为隧道顺利开挖提供保障。

如在岑溪至水汶高速公路的岑溪大隧道左线进口DK7+484～DK7+509段进行的地质超前预测工作中，我方通过对得到的地质雷达数据进行了后期分析结合现场环境的考察，我们预计DK7+496～DK7+509测段围岩主要为中风化混合岩，以碎裂状为主，围岩较破碎，存在夹层，含水量较大，整体稳定性一般～较差。实际开挖过程中DK7+498～DK7+509段围岩破碎，局部存在夹层，涌水方式主要为线状出水，含水量较大，与实际情况相符。

四、地质雷达技术目前所存在的局限性

鉴于地质雷达预报法是根据分析由仪器所测反射波形并结合经验来推断掌子面前方的地质情况的，本身有局限性：

1、多解性：即对于同一种围岩采集的波形有多种不同的“解释”，什么样的解释和实际情况相吻合，技术人员的工作经验十分重要；

2、围岩复杂性：由于围岩本身的物理特性十分复杂，如两种围岩的介电常数较为接近时，容易引起误判；

3、施工现场环境的干扰性：由于施工现场各种环境因素较为复杂，往往存在会对雷达信号造成不同程度的干扰的因素，而这些因素在实际情况下通常是不可或难以及时消除的。因此，由于干扰源的存在所造成的误判也是存在的。

五、结语

随着地质雷达检测技术的不断完善和发展.地质雷达检测技术必将成为保证隧道施工质量和安全的必不可少的重要环节。我们应不断总结经验，使其更好地为工程建设服务。

（作者：李森森，长安大学公路学院岩土工程专业2010级硕士研究生；赵蓓蕾，陕西西安长安大学公路学院）

参考文献：

[1]曾昭发，刘四新，王者江，薛建.探地雷达方法原理及应用.科学出版社.2006.

[2]李大心.探地雷达方法与应用.地质出版社，1994.

[3]王智.黄土隧道中地质雷达超前预报图像的实例分析.长沙理工大学学位论文，2010.