（ 2） 探测方法。地质雷达测量方式有点测和连 测两种。点测法是通过电脑键盘发送信号触发指令给
程帅然等： 地质雷达在隧道超前地质预 盘 回 车 键 即 可 采 集 一 道 数 据 。 主要适用于隧道掌子面较为粗糙、凹凸不平的工作环 境，要求天线按固定的距离移动方能保证采集数据的 剖面宽度与测线长度一致； 连测法是通过测距轮的滚 动或预先设置好的时间间隔自动采集数据，适用于较 光滑的掌子面。由 于 隧 道 掌 子 面 工 作 环 境 较 差 ，一 般 情况下均采用点测法。
从水平向测线 2 图 3 中可以看出，掌子面前方 2 m 范围内雷达波波形杂乱，同相轴连续与错断并存，反 射 信 号 震 荡，表 明 掌 子 面 前 方 岩 体 破 碎，亦 为 受 爆 破 岩体作业所致。自右侧洞壁至掌子面中轴线位置，实
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（ 3） 参数选取。测量参数有中心频率、样点数、 叠加次数、采样频 率、时 窗、测 点 间 距 等。 天 线 中 心 频 率选择需综合考虑目标深度、目标最小尺寸以及天线 尺寸是否符合场地需要。当满足分辨率且场地条件 允许时，尽量使用中心频率低的天线。天线中心频率 确 定 后，样 点 数、叠 加 次 数 和 采 样 频 率 可 进 行 相 应 的 选择。时窗的选择主要取决于最大探测深度与地层 电磁波速度。在实际应用中，我们通常增加 30% 作为 不可确定影响因素的余量。测点间距的选择取决于 天线中心频率与介质的介电特性。在地质预报时，选 择的测点间距要能保证采集到大于等于 40 道雷达数 据，方便雷达图像的解释［4，5］。 3 在竹盖山隧道中的应用 3． 1 工程概况
Key words： tunnel engineering； advance geological forecast； ground penetrating radar； application
地质勘探资料是隧道工程设计的基本依据，而隧 道施工的依据主要是设计文件。由于受工程地质勘 察时间、经济、技术 难 度 等 条 件 限 制 ，往 往 造 成 勘 察 设 计与实际 不 符。 因 此，在 隧 道 施 工 期 间，采 用 超 前 地 质预报对隧道掌子面前方地质情况进行及时准确的 预测，是避免发生 灾 害、减 少 损 失、保 证 隧 道 施 工 安 全 的需要。地 质 雷 达 探 测 法 具 有 快 速 便 捷、非 破 坏 性、 分 辨 率 高、可 进 行 资 料 的 实 时 成 像 处 理、以 及 不 影 响 施工等特点，因而近年来在超前地质预报中被广泛的 应用［1，2］。 1 地质雷达工作原理
（ 2） 出口左线。图 4 和图 5 分别给出了出口左 线水平向测线 1（ 台车顶部） 和水平向测线 2（ 地面肩 扛） 实测图像。从图中可见，探测深度范围内除局部 地区异常 发 育 外，其 余 部 位 岩 体 均 具 有 较 好 的 完 整 性，这在图 5 中表现的尤为明显。需要指出的是，在掌 子面中轴线左右各 2m，前方约 12 ～ 16m 范围内，有一 明 显 的 异 常 区，呈 孤 立 状，无 论 是 实 测 的 波 谱 图 还 是 wiggle 图中均有明显的反映。结合现场地质调查，推 测该异常区域为密集的裂隙赋存带，施工过程中需注 意控制此段的开挖强度，并注意观察该范围内岩体产 状 特 征，安 排 专 人 值 守 并 及 时 进 行 支 护 和 喷 护 ，避 免 开挖后出现塌方现象危及施工安全和设备安全。
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地质雷达在隧道超前地质预报中的应用
程帅然， 张 勤， 陈 松
（ 河海大学地球科学与工程学院， 南京 210098）
【摘 要】 首先，在简述地质雷达工作原理的基础上，对地质雷达超前预报的测线布置、探测方法和探测技
术参数的确定原则进行介绍。其次，采用美国 GSSI 公司 SIＲ － 20 型地质雷达在竹盖山隧道进行地质超前预报。
Abstract： Firstly，based on the working principle of geological radar，the detecting method ，line layout and the parameters selection are introduced． Secondly，using SIＲ-20 ground penetrating radar of the United States GSSI company in Zhugaishan tunnel advance geological forecast is made． According to the detection data and the analysis of geological radar scanning images，as well as the tunnel geological conditions of the actual excavation，we can conclude that geological radar is a safe and effective method for geological prediction in tunnel construction，the practicability of this method is strong，which has the good instruction function to the tunnel construction．
表1
隧道掌子面基本情况
工程位置及分项目类别
里程桩号
出口
进洞深度 /m 设计围岩类别
围岩类型
右线 YK70 + 819
101 Ⅴ级 强风化花岗岩
左线 ZK70 + 801
117 Ⅴ级 强风化花岗岩
3． 2 现场实施 现场仪器采用美国 GSSI 公司 SIＲ － 20 型地质雷
达，并配置 100MHz 天线和后处理软件 ＲADAN6. 6 等。 出口段目前采用全断面机械开挖加局部爆破开挖的 方法。采用 地 质 雷 达 进 行 超 前 预 报 时，对 出 口 段 左、
地质雷达 是 利 用 发 射 机 天 线 向 隧 道 掌 子 面 前 方 定向发射雷达波，当遇到不同电性（ 不同介电常数、电 导率、磁导率） 介质的分界面时雷达波发生反射，反射 波被接收天线接收并由主机记录，主机对从不同深度 返回的各个反射波进行数据处理，可得到地质雷达连 续 探 测 彩 色 剖 面 图 像，通 过 对 反 射 信 号 的 时 频 特 征、 振 幅 特 征、相 位 特 征 等 进 行 分 析，结 合 地 质 背 景 对 目
APPLICATION OF GＲOUND PENETＲATING ＲADAＲ TO GEOLOGICAL FOＲECAST FOＲ TUNNEL CONSTＲUCTION
CHENG Shuai-ran， ZHANG Qin， CHEN Song （ School of Earth Science and Engi． ，Hohai Univ． ，Nanjing 210098，China）
竹盖山隧道在施工过程中使用地质雷达预报，从 没发生过因地质不良地段而引起的掌子面塌方事故， 确保了工程施工及人员安全。 4 结语
测波谱图及 wiggle 图形中均无明显的异常区域，表明 该段范 围 内，岩 体 具 有 较 好 的 完 整 性。值 得 注 意 的 是，自掌子面中轴线至左侧洞壁，前方 2 ～ 30m 范围内 波普图及 wiggle 图中显示有强度大小不等的异常区 域，其中以掌子面前方 25 ～ 30m 段强度最大，表明该 侧岩体的 均 一 性 及 完 整 性 不 及 右 侧 洞 壁，但 总 体 而 言，其破碎程度不致影响到目前的施工进度。综合图 2 和图 3 来看，出口右线自掌子面至前方 30m 范围内， 就 完 整 性 而 言，上 部 岩 体 要 好 于 下 部 岩 体，右 侧 洞 壁 要好于左侧洞壁。
右两线均采用“二”字型进行布置，其中横洞向布线较 低的一条位于掌子面底部人肩扛高度以避开地表浮 渣影响，较高的一条位于台车顶面 0. 5m 高以重点探 查拱顶位置。
地质雷达主要参数设置情况如表 2 所示。地质预 报开展时，安排 2 人将 100MHz 天线竖立贴近掌子面， 每 10 ～ 20cm 移动一次并采集信号。信号处理时，首 先根据反射回波的形态、反射强度及其变化在连续剖 面上判别目标性质，再根据回波的时间和速度确定目 标深度。
法。采集得到的信号经处理后如图 2 ～ 图 5 所示。 （ 1） 出口右线。图 2 和图 3 为出口右线实测图
像。从水平向测线 1 （ 台车顶部） 图 2 中可以看出，受 爆破致使岩体松动影响，掌子面前方 2m 范围内局部 实测波形明显凌乱、变化大、局部界面反射强烈，表明 岩体相对较为破碎。进入掌子面 2m 至前方 30m 范围 内，实测的波谱图中无明显异常，这在 wiggle 图中表现 的尤为明 显，表 明 该 段 范 围 内 岩 体 具 有 较 好 的 均 一 性，无明显破碎带及裂隙，岩体较为完整。
总的来说，本次超前地质预报探测范围内（ ZK70 + 801 ～ ZK70 + 771、YK70 + 819 ～ YK70 + 789） 异常局 部较为明显，建议施工过程中加强现场跟踪观测和掌 子 面 调 查，并 适 当 控 制 开 挖 进 度，及 时 进 行 支 护 和 排
水作业。特别是出口左线掌子面后方的密集裂隙赋 存带，需注 意 观 察 其 与 围 岩 的 接 触 特 征 以 及 导 水 情 况，避免发生地质灾害。后经开挖证实我们的推断是 完全正确的，从而有效的指导了施工。
标进行地质解释［3］。原理如图 1 所示。
2 探测技术设计 （ 1） 测线布置。在隧道超前地质预报中，测线
主 要 布 置 在 掌 子 面 上，一 般 要 沿 水 平、竖 直 方 向 各 布 置几条测线。为提高测试的准确性，必要时可加密雷 达测线或依据实际地质情况及施工要求，在隧道底板 和侧壁布置测线，以了解隧道周围的地质情况。