汪清河　苏汉飞　夏信友

摘 要：随着我国经济的高速发展，我国的隧道工程愈加完善，隧道超前地质预报对于隧道的安全施工而言十分重要。由于地质雷达法具有操作简单，探测效率高，使用灵活，成本相对较低等优点，可将其运用于隧道超前预报之中。本文将对地质雷达法和地质雷达设备的探测原理等进行介绍分析，并结合实例论述地质雷达法在预报短距离地质灾害方面具有较高的准确率。

关键词：地质雷达;隧道;超前预报

中图分类号：U452.11 文献标识码：A

0 引言

近年来，随着我国经济水平的蓬勃发展，我国开始注重完善基础设施建设，增加各类高速铁路、高速公路的建造量，除此之外也建造了大量如隧道工程般的隐蔽工程。由于隧道工程是处于地下环境中的隐蔽工程，复杂多样、无法预知的地质因素为隧道工程带来了极大的影响和挑战。在隧道工程的前期勘测阶段，容易因时间、技术和经济等因素影响勘测结果，导致设计结果与实际施工环境不匹配的情况。而在施工过程中，尤其是在地质复杂的区域，易出现如地层破碎带、断层、溶洞、地下暗河等对施工不利的条件，若无法提前预测前方地质情况，不仅会影响正常施工，还会对施工队伍的安全造成威胁，造成较大的人员和经济损失，因此隧道地质超前预报对隧道工程具有重大意义。

隧道超前预报检测中常用的方法有：地质雷达法、红外探水法、TSP预测法、超前钻探法等。地质雷达法由于具有操作简单、成本较低、高效便捷、不会对施工环境造成影响等优点，且对于破碎岩体、溶洞等复杂地质探测效果较好，被广泛运用于隧道超前预报监测之中。本文就地质雷达法对贵州某铁路隧道在建工程进行隧道超前预报检测，对地质雷达法在隧道超前预报监测中的准确性进行论述和验证。

1 地质雷达探测原理

地质雷达是一种电磁无损探测技术。通过向地下发射频率通常在106 Hz～109 Hz的高频窄脉冲电磁波，对接收到的反射波形的振幅、波形、频率等特征进行分析，进而推断地质因素的探测技术。该方法的理论依据是，探测对象内部存在明显的介电性差异，电磁波遇到地址分界面会产生不同的反射、散射差异，对于接收到的反射波形的差异进行相关分析，即可推断隧道前方是否存在不良地质，并对不良地质的空间位置、规模等信息进行推测。

2 雷达数据处理基本理论

（1）三振相：香味、振幅、频率。三振相即瞬时相位、瞬时频率和瞬时振幅，是隧道超前地质预报中不可或缺的三个指标。相位：一个垂直的单道波形的波峰和波谷可以直观地表达出波形的相位，每一个完整的信号周期都至少包含一个波峰和波谷，地下不同的介质的接触面反射的电磁波会在地质雷达探测设备上显示出一个完整的反射信号周期。振幅：振幅幅值没有单位，有时可使用电压值来表示，波峰的振幅幅值为正值，波谷的振幅幅值为负值。在地质雷达接收到的反射波图像中，波谷与波峰到中心线的距离越长，则表示反射信号越强。频率：波谷与波峰波动的距离反映出了信号的频率的高低，距离越大则探测出的信号频率越低，反之同理。

（2）同相轴。同相轴是雷达图像的时间剖面上所记录的各道振动相位相同的波峰或波谷的连线。在勘察资料中，通常会根据雷达图像的时间剖面上有规律地出现的形状相似能连成线状轴线的振动画出不同的同相轴，以此来表示不同界面反射回的电磁波。

（3）波形图。由于超前地质预报数据的采集方式为键盘触发，采集的电磁脉冲数较少，因此通常使用波形图对雷达图像进行表述。雷达图像采用波形图的形式，能够更加直观地表述出雷达探测仪接收到的信号的相位、频率和振幅;用探测雷达进行超前地质预报时，为确保信号的分辨率和准确度，要尽量保证有足够多的脉冲，通常情况下每个掌子面采集的脉冲数不可少于50个脉冲。

3 不同地质构造体的电磁波反射特征

（1）完整岩体。完整的岩体通常是几乎没有电磁波反射信号的，但由于岩体的含水量和风化程度的不同，在岩体内部会产生微弱的信号反射。此类地质元素的反射信号大多为中高频反射信号，同相轴呈不连续均匀分布或连续且均一平行分布;信号的振幅较弱。

（2）断层破碎带。中、低频信号的不均匀特征表征在断层破碎带，并且毫无规律、急剧变化的频率出现在该位置，错段、同轴不连续性以及分布杂乱的现象主要以带状区域化呈现，同时具有较强的振幅。

（3）富水带。低频均匀的信号表现在富水带中，同时表现为快速变低的电磁波信号，并且主要的表现形式为：震荡次数多、振幅强、反射呈层面状、同相轴均一连续。

（4）节理裂隙密集带。裂隙水严重影响着此区域的反射信号，主要表现为均匀变化、信号频率包括中低频率，且具有較快的变化速率，规律性强，时续时断的同相轴信号，强振幅、乱波形以及不平行等表征。

（5）软弱层（泥夹层）。中低频信号均匀的表现在软弱层中，电磁波反射信号规律性强、变化速率快、均一分布的波形、并且具有强振幅和震荡次数多等表征。

（6）岩溶（非填充型）。岩溶对施工质量影响非常大，不良结构对施工过程中造成危害，若岩溶是非填充型且表征为形态各异、复杂的自然环境，危害程度将被降低，其电磁波反射信号规律性强、频率变化速率快，大多数为中低频信号，且不均匀;当岩溶不大于掌子面，连续、反射信号呈孤立体是其同相轴特征;同时反射信号也会出现在非填充型岩溶的前后端面，不规则的岩溶导致信号反射不规则;而岩溶大于掌子面，反射信号呈层面状，裂隙的现象易发生，判断依据主要是前后纵深以及反射信号。通常，信号远，为岩溶;信号近，为裂隙。

（7）岩溶（填充型）。低频、均匀的电磁波反射信号表征在填充型岩溶中，频率变化剧烈且有规律，均一的波形、规则、连续表现在同相轴中，同时具有强振幅信号，信号震荡次数较多，其中也包含大于和小于掌子面的情况。

据以上论证得知，在地质环境复杂多变的情况下，不同的代表性特征体现在电磁波反射信号中。

4 情况验证

根据具体的施工现场的应用结果，采集试验数据与上述理论相结合，同时其他测量手段提供辅助，借助试验的具体数据，同时收集后续施工验证结果，因此得出，自稳性差的岩层以及破碎围岩出现在掌子面前方，渗水、掉块的现象极其明显，同时又有软弱夹层间隔在层间不断出现，小股层间隙水的现象也有发生，具体位置位于中部偏右，与掌子面的距离约为4 m，但是岩溶发育段和溶腔并未在整段隧道中出现。结果准确性较高，当探测距离较短时，可以优先选用地质雷达探测法。在开挖隧道过程中，为保证测量数据具有实际指导意义，探测距离不宜过长，尽可能的通过地质预测避免发生对峙灾害的情况。

5 结语

（1）通常情况下，10 m～20 m的距离是超前地质预报采用地质雷达法所测得的有效距离，误差随着距离的增加而增大。当超过40 m以上的测量距离，理论研究应该继续加强，进一步细化地质雷达探测方法，不断进行工程实践，在实践中总结规律，为后续工作提供有力的保障，预报精度也被不断提高。

（2）水层、溶洞、破碎带以及软弱夹层的具体特性在隧道掌子面中的表征可由地质雷达探测法测得，同时也可以探测到实际准确的规模和位置，为避免测量预报误差，在其他预防方法结果的修正结合下，以此将误差降到最低。

（3）地质情况在掌子面前方的表征，可以通过超前地质预报得知，提供了具体支护调整参数，提前隧道施工的具体方案，这样便可以有效的避免和控制地质灾害的发生。

参考文献：

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