地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用

工程技术Engineering and Technology建筑技术开发Building Technology Development地质雷达在公路隧道超前地质

预报中的应用王进(中交第一公路勘察设计研究院有限公司，西安 710065 )［摘 要］我国地域广阔，不同地区之间存在着较大的地质地形差异，一些公路工程建设时会涉及隧道工程建设。公路隧道 施工不仅具有技术难度，还存在一定的安全风险，通过超前地质预报能够提前识别出隧道施工可能存在的安全威胁，并进行相 应的风险预防与控制。地质雷达法是超前地质预报中最为常用的技札 能够为公路隧道的安全施工提供技术保障。基于此，从 地质雷达的探测原理出发，分析了其在公路隧道超前地质预报中的具体应用，供同类型工程参考。［关键词］公路隧道；地质雷达；超前地质预报［中图分类号］TU452.il ［文献标志码］B ［文章编号］1001-523X (2020) 24-0068-02Application of Geological Radar in Advance Geological

Forecast of Highway TunnelWang Jin［Abstract ］ My country has a vast territory, and there are large geological and topographic differences between different regions. Some highway projects will involve tunnel construction. The construction of highway tunnels is not only technically difficult, but also has certain safety risks. Through advanced geological forecasting, tunnel construction can be identified as a possible safety threat in advance, and corresponding risk prevention and control is carried out. The geological radar method is the most commonly used technology in advanced geological prediction, and can provide technical guarantee for the safe construction of highway tunnels. Based on this, based on the detection principle of geological radar, the specific application of it in the advanced geological prediction of highway tunnels is analyzed, which has certain guiding significance for the same type of projects.［Keywords ］ highway tunnel ； geological radar ； advanced geological forecast1地质雷达技术的工作原理在地质雷达技术的应用中，地质雷达是主要的检测工具， 其主要利用的是电磁波对周围环境、变化的检测。在具体的 工程实践中，如果应用的是地质雷达技术，借助相应的天线 来进行电磁脉波的发射，这些发射的电磁脉波会向相应的物 体传输，在相关介质的传输过程中，这些电磁脉波会受到介 质影响，发生电磁脉波的反射。当天线在接收到相应的无线 信号以后，会直接将这些无线信号加以传输，并在传输的过 程中将其转换为信息，再经由专业的处理，就能进行相应的 参数计算，通过区分各种介质所存在的差异性，就能确定这 些介质之间的不同深度。雷达在探测过程中会受到诸多因素的影响，而这些因素 会使雷达的探测深度存在细微的差别，如无线波传输频率会 影响雷达探测深度。总之，地质雷达应用的原理是以信号传播过程中遇到物 质会产生变化的规律来确定所遇到的各种物质特性，比如， 在公路隧道中如果存在空洞与裂缝的情况，电磁波信号会发 生一定的变化，电磁波在遇到不同的物质以后，会产生不同 的反应。不同介质在磁性、介质常数之间存在着较大的区别，当这 些差异性越大时，反映到电磁波信号传输中的表现也越明显， 基于这种原理，在公路隧道工程中应用地质雷达技术能够掌 握隧道的地质变化情况，进而根据超前地质预报所获得的信 息来进行相应的施工方案调整，以达到施工安全、高效的目标。

要利用超高频窄脉冲电磁波探测介质分布的方式来完成探测 工作。地质雷达在工作的过程中，在主机控制下，发射机会 发射周期性信号，一旦信号遇到了介质的非均匀体时，就会 产生相应的反射信号，而此反射信号会再次传输到接收机中， 经由电缆传输给雷达主机，雷达主机在获得相应的信号以后， 就会将相应的数据传输给雷达处理系统来实施进一步的处理, 最终获得可识别的波相图，通过对波相图的定性解释来完成 探测工作。2地质雷达法的应用优势与局限2.1优势公路隧道工程中，地质雷达法的应用优势极为突出。地质雷达探测原理如图1所示。地质雷达探测属于波反射法，在具体的探测过程中，主收稿日期：2020-07-15作者简介：王进(1986-),男，甘肃天水人，工程师，主要研究方向为

隧道工程。(1)在雷达探测的过程中，基本上不会对探测区域内的

地质条件产生较大的损坏，且能够保障良好的探测效果，这 主要是由于在实际的探测过程中不需实施钻孔等流程，只需 使天线贴掌子面扫面就可以获得相应的探测结果，探测成像 的精度和效率都较高。• 68・建筑技术开发Building Technology Development工程技术Engineering and Technology第47卷第24期2020年12月(2) 公路隧道工程中，如果在掌子面25m区域内存在各

种不良地质，应用地质雷达法也能够精确探测到。(3) 适用范围广，灵敏度高。2.2局限地质雷达法在实际的应用过程中会存在一定的局限性，这 些局限影响了地质雷达结果的准确性。首先，在地质雷达法的 应用过程中，在探测距离相对较短的区域内能够保证探测精 度，一旦探测距离超过了标准距离，探测结果会与实际存在 如图2所示，测线高度在距离随带开挖面以上lm处，先 沿左边墙向右边墙方向测一次，再反方向测一次，分别探测 并处理所获得的图像，预报掌子面的不良地质情况。3.3探测数据整理与采集地质雷达探测的过程也就是相关数据的采集过程，在地 质雷达的探测过程中，数据数量不断增多，相关人员需对地 质雷达所采集到的数据进行相应的整理与统计。一般情况下，探测数据与探测长度之间存在着正向变化 一定的偏差，影响正常的施工作业。在探测距离过长的情况下， 雷达探测的分辨率会显著降低，因此，在应用地质雷达法时， 需尽量减小探测距离。3地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用以某隧道工程为例，线路从东向西穿越山体，此隧道工程 的设计为上下性分离式长隧道结构，施工段分别为K2+267- K3+890,长 1623m ； YK2+280〜YK3+390,长 1610m。在此隧 道区域地层结构主要为三层系，总体的山势走向与构造线基 本保持一致，背斜地势相对较低，溶蚀岩溶地形主要为岩溶 槽谷地形，且区域存在严重的节理裂隙发育，岩体虽然破碎 但相对完整，整体的建设构造相对复杂。3.1地质雷达探测准备工作为保障地质雷达在公路隧道超前地质预报中的有效开展， 在实际的探测工作开始之前，相关人员需结合地质雷达的探 测要求，做好相应的前期准备工作。在后期的地质雷达探测过程中，须熟悉公路隧道的基本 环境条件，并将地质雷达的传输数据与标准数据加以对比与 分析，再加上电磁波在传输的过程中常会受到诸多因素的干 扰，如果在前期准备工作中没有考虑这些因素，将会导致探 测结果与实际存在较大的偏差。前期的准备工作要求做好监测准备，对不同类型的数据 加以明确标注与区分，并进行相应的检测，降低这些数据对 于地质雷达探测的干扰性。3.2地质雷测线布置地质雷达探测法的应用过程中，要保障探测的有效性， 获得完整、准确的探测信息，须结合公路隧道现场的实际情况， 保障探测线路的科学设置，在实际的地质雷达过程中，布设 内容、方式要尽量与公路隧道探测中的内容保持一致。探测 过程中，线路格局的应用极为重要，检测点布置、检测线路 布置与网格线路布置都是最为常用的方式。以网格线路布置为例，其布置的依据是隧道掌子面，在 此过程中需结合地质雷达探测的最终目标，采用横竖相依的 十字格式，对检测点加以科学控制，利用这种布置方式来对 隧道路段内开展相应的探测。在测试过程中，选用SIR-20地质雷达，屏蔽天线为 100MHz天线，采用点测法，测点与测点之间的距离为10cm, 每次扫描采样数为730,采样时窗为640ns,采样参数见表1, 测线布置如图2所示。表1采样参数采样评论/MHz采样点数叠加次数/次测点间距/m采样时窗/ns11407301280.1640的关系，探测长度越小，在不受其他条件影响的情况下，探 测数据的精度更高，如果公路隧道探测时的长度在10〜30m, 在探测的过程中需利用兆数较低的雷达天线来完成相应的探 测工作，为保障探测的质量，需对探测数据、时间等加以科 学设置。在探测的过程中，连续探测是最为常用的探测方式，而 探测点的设定需由公路隧道工程现场的实际情况来确定，只 有在条件允许的情况下方可进行相应的探测点设定。地质雷达的探测过程中，专业的探测人员还需以雷达探 测原理为基础，对一些初始数据加以校正，使这些初始数据 能够处于正常的范围内。在雷达探测中的一维滤波维护与校正过程中，主要利用 的是直线电路中的直线漂移、巴斯沃斯滤波器，而二维滤波 的处理上，主要以平均道方式为主，这些校正与处理主要是 为避免雷达探测过程中其他因素对探测的干扰，保障电磁波 信号的正确传输，提高探测数据的精度。3.4地质数据分析及数据解释公路隧道的超前地质预报中，地质雷达是一种有效的探 测技术，在具体的应用过程中，对物体的探测是由电磁波方 式来完成的，电磁波会将所探测到的数据加以传输，当信息 接收端在获得相应的探测数据后，就能及时对这些数据加以 记录与解释，进而掌握公路隧道的地质条件。地质雷达在公路隧道超前地质预报中有着不可替代的作 用，工程施工企业需在施工时加强对这一技术的应用，通过 对探测数据的分析来指导实际的工程施工。虽然当前此项 技术日益成熟，但在具体的应用过程中常会受到复杂地质 条件的影响，在数据分析时要重点进行变化情况的分析与 解释。实际的探测过程中，要获得全面的探测数据，并在数据 完整性、准确性的基础上对这些数据加以详细分析，通过数 据分析来掌握隧道施工现场的地质特点、属性信息。一般情况下，地质雷达探测进行的是掌子面检测、地质 属性勘察，在后续的数据分析过程中，需利用综合手段来保 障判定的科学性。探测数据的变化直观反映的是地质条件的 变化，在全面分析探测数据变化的基础上，才能发挥地质雷 达探测数据对隧道施工的指导意义。4结束语很多公路工程建设施工的过程中，都会面临隧道施工的 难题。由于隧道施工路段的地质条件具有复杂性，为保障施 工的安全性，在正式的施工作业开始之前都须进行超前地质 预报，利用地质雷达探测来获得隧道现场的地质地形等各种 条件，指导实际的施工作业。参考文献[1] 陈星宇，杨晓华，张莎莎•地质雷达在广西某公路隧道超前地质预报中

的应用[J].公路交通科技：应用技术版，2015 (4) : 128-130.[2] 雒成贤.GPR地质雷达法与TSP法在隧道超前地质预报中的运用[J].中 国高新区，2018 (12) : 42.[3] 江宗高•超前地质预报法在老鹰山隧道浅埋段中的综合运用[J].华东科 技(综合),2019 (4) : 0148.[4] 马谭元，张丹锋.地质雷达在清凉山隧道超前地质预报中的应用[J].公 路隧道，2017 (1) : 52-56.・69・