地质雷达在岩溶地区隧道超前预报中的应用_pdf.pdf

地质雷达在岩溶地区隧道超前预报 中的应用 常铮 (贵州大学 资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550003) 摘 要：贵州地处溶蚀发育山区，在隧道施工中经常遭遇地质灾害，为了保障施工安全， 在隧道开挖的同时需要进行超前地质预报。笔者结合贵州省某三车道小间距隧道中的雷达 应用实例 ，介绍了地质雷达的工作原理及其在隧道超前预报 中的应用和技巧 。 关键词 ：地质雷达 ；隧道 ；超前预报 ；地质灾害 地质雷达探测具有分辨率高、定位准确、快速经 报的准确性 ，也受到了相关单位的普遍认可，值得研究 济、灵活方便 、剖面直观 、实时图像显示等优点 ，近年来 与推广 。 在公路路基检测、隧道超前预报、衬砌厚度检测、工程 地质与水文地质工作等方面，发挥着越来越重要 的作 1 地质雷达工作原理 用 。美 中不足的是 由于岩土层对电磁波的吸收较大， 导致地质雷达的探测距离较短 ，因此雷达更常用于工 地质雷达是利用高频电磁波束在界面上的反射来 程检测方面。但在岩溶发育山区，容易发生涌水事故 ， 探测 目的物的，当电磁波在传播过程 中遇到不 同的波． 含水性的预报又是难 中之难 ，而地质雷达在探测地下 阻抗界面时，将发生反射和透射。探测过程 中影响电 水方面有其独到之处，加之岩溶 山区隧道开挖的推进 磁波传播规律的关键指标是介质的电导率和介 电常 速度较慢 ，用雷达进行地质超前预报 ，完全可以满足施 数 。简单地说 ，电导率决定 了电磁波在该介质 中的穿 工需求。在实际工程应用 中，地质雷达对岩溶发育预 透深度 ，电导率越大 ，穿透深度越浅 ，当掌子面前方含 水量增大时会使电导率变大 ，造成电磁波的迅速衰减， 育，拱顶处岩体完整性相对较好 ，掌子面渗水 ，岩体湿 影响雷达勘探深度 ；而介 电常数不仅决定了电磁波的 润程度较高 。 传播速度 ，同时还决定了两种不同介质的对 比度 。例 此次探测深度约为25m，从图2中可以明显看 出 如 ：纯水的相对介 电常数为 81，大多数干燥 的地下介 2～10m范 围内，反射波 同相轴错断，波形较杂乱，反 质的相对介电常数小于 1O，空气的相对介电常数为 1， 射界面不连续 ，局部雷达波振幅较强 ，推断该处节理、 当介质的介电常数变化较大时，会 出现较强 的反射信 裂隙发育，岩体较破碎，有泥质充填现象，且局部岩体 号 ，而隧道前方有水流渗透或出现溶洞时，介电常数通 的湿润程度较高(即相对介电常数变化较大)，导致反 常变化较大，导致雷达图像出现明显的反射波信号 ，而 射波振幅增大。解释结果与现场掌子面出露情况相 根据测试地段的相对介 电常数则可以估算 出反射层的 符，并且在进一步的隧道开挖中也得到了较好的验证。 大致深度。由于水对上述两个参数 的影响非常大，因 此用雷达对地下水的探测较准确。 地质雷达工作时，利用一个天线发射高频宽频带 电磁波，另一个天线接收来 自地下界面 的反射波。一 { 般来说发射天线和接收天线之间距离都很小，甚至可 以合二为一。当地层倾角不大时 ，反射波的全部路径 嚣 鞲 几乎是垂直地面的，因此也常把接收到反射波的旅行 时间称为 “双程走时”，在测线不 同位置上 “双程走 时” 的变化就反映了地层的构造形态。而通过多条测线的 探测 ，则可了解场地 目标体深部的平面分布情况。通 过对电磁波反射信号的时频特征、振幅特征、相位特征 图 2 雷达实测 图像 (一) 等进行分析 ，便能了解地层的特征信息。 2．2 溶洞发育的雷达 图像