地质雷达（GPR）在超前地质预报中的应用
发表时间：2019-04-11T11:55:27.657Z 来源：《基层建设》2019年第2期作者：姜淼
[导读]
吉林铁道勘察设计院有限公司吉林吉林 132000
一、引言
超前地质预报是在隧道开挖时，对掌子面前方的围岩等级与不良地质发育情况做出预测、预报。

超前地质预报常用的物探方法有很多，分类不尽相同。

常规地质素描法和物探法是目前隧道施工中普遍采用的超前地质预报方法。

常规法包括：超前导坑法、正洞地质素描、水平超前地质探孔；物探法包括TSP-203、GPR、声波测试、地震反射法、红外探水。

GPR已成为地下工程常用的超前地质预报方法。

GPR被广泛的应用于工程质量检测、场地勘察和隧道超前地质预报工作。

其特点为：操作方便、分辨率高、预报距离短（20m～30m）和易受电磁干扰的特点。

二、GPR探测基本原理
GPR是一种无损的探测技术，它利用宽带电磁波传播反射规律，查明地下不可视地质体情况。

发射天线Tx发出高频电磁波脉冲，被地下介质介面反射，被接收天线Rx接收，接收的信号经过GPR软件处理、分析，判明地下有无不良地质现象，见图2-2GPR电磁波脉冲传播示意图。

图2-2 GPR电磁波脉冲传播示意图
三、GPR实验数据特征：
GPR溶洞、断层破碎带和裂隙密集带数据特征如表3-1所示：
表3-1 GPR数据特征
图2-3 GPR岩溶探测成果图图2-4 GPR断层破碎带探测成果图图2-5 GPR裂隙密集带探测成果图
四、结语
GPR在隧道开挖时，能够对掌子面前方的围岩等级与不良地质发育情况做出预测、预报。

地下岩溶发育，对雷达波的反射特征为：溶洞边界的反射雷达波为强反射波，同时经常伴有绕射现像。

断层破碎带内岩体的介电常数受孔隙度和含水率的影响较大，致使其与完整岩体的波阻抗差异明显。

当电磁波传播至两种地质体界面时[Ⅵ]，反射波能量增强、波形幅值增大；当电磁波传播至断层破碎带内部时，由于破碎的岩石胶结程度不同，致使反射的雷达波波形杂乱。

应用GPR软件得到雷达波场，其特征为：反射波强烈且振幅加强，同相轴错段。

有时候还可出现断面波和绕射波[Ⅷ]。

裂隙密集带主要存在于岩脉带及软弱夹层、断层影响带中，由于裂隙内有不均匀、不同成分的充填
物，与周边围岩形成电性差异[Ⅸ]。

雷达波传播至裂隙表面时，反射波较强，同轴的连续性反映了列面是否连续、平直；雷达波在穿过裂隙过程中会产生散射、绕射、波幅变大、波形杂乱，反映出裂隙内充填物得不均匀性。

参考文献：
[Ⅰ]王毅才，隧道工程，北京：人民交通出版社，2000，90-110.
[Ⅱ]刘敦文，古德生，徐国元等.采空区充填物探地雷达识别技术研究及应用[J].北京科技大学学报，2005，27（1），13--16. [Ⅲ]曾佐勋，樊光明．构造地质学[M].武汉：中国地质大学出版社，2008，92-96.
[Ⅳ]Janson J，Hult J.Fracture mechanics of solid materials.Cambridge：Cambridge university Press，1988，92-96. [Ⅴ]巨浪，沙椿.地质雷达在福堂水电站引水隧洞施工超前预报中的应用[J].水电站设计，2005，21（1）：94-98. [Ⅵ]刘秀峰、刘志刚，岩溶地质超前预报方法研究[J].石家庄铁道学院学报，2003（4），92-96. [Ⅶ]Janson J，Hult J.Fracture mechanics of solid materials.Cambridge：Cambridge university Press，1988，92-96. [Ⅷ]巨浪，沙椿.地质雷达在福堂水电站引水隧洞施工超前预报中的应用[J].水电站设计，2005，21（1）：94-98. [Ⅸ]刘秀峰、刘志刚，岩溶地质超前预报方法研究[J].石家庄铁道学院学报，2003（4），92-96.。