隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)（地質(zhì)雷達(dá)）

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1、目錄1概況-1-2物探方法基本原理-1-2.1基本原理-1-2.2探地雷達(dá)在勘查中的基本參數(shù)-2-2.2.1電磁脈沖波旅行時(shí)-2-2.2.2電磁波在介質(zhì)中的傳播速度-3-2.2.3電磁波的反射系數(shù)-3-2.3數(shù)據(jù)處理方法-3-2.3.1距離歸一化-3-2.3.2確定波速-3-2.3.3水平和垂直濾波-4-3設(shè)計(jì)文件描述的預(yù)報(bào)段地質(zhì)條件-4-4掌子面地質(zhì)編錄及地質(zhì)分析-4-5探底雷達(dá)測(cè)試與結(jié)果分析-6-5.1測(cè)線的布置-6-5.2數(shù)據(jù)處理結(jié)果-7-5.3解譯分析-8-6.結(jié)論和建議-9-附件一：掌子面地質(zhì)編錄表-10-1概況###隧道為@@@@高速公路

2、G7標(biāo)段的在建隧道。隧道位于@@市@@縣@@村@@溝右岸。隧址區(qū)屬后龍門(mén)山推覆構(gòu)造帶，圍巖巖性主要為鈣質(zhì)千枚巖、凝灰千枚巖、石英千枚巖。因受構(gòu)造影響，巖體局部（一般為不同巖性接觸帶）片（劈）理極發(fā)育，巖石呈薄片狀、碎片狀結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)極軟，破碎。該破碎帶為地表水入滲、地下水儲(chǔ)存、運(yùn)移的通道。受四川省廣甘高速公路有限責(zé)任公司委托，通過(guò)公開(kāi)競(jìng)標(biāo)的方式，@@@@@@@@@@@@@@@承擔(dān)了@@高速公路YB2合同段（含G7標(biāo)段@@隧道）的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。我單位組織相關(guān)人員于2010年1月7日對(duì)##高速公路G7標(biāo)段##隧道進(jìn)口右線進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)工作。探測(cè)的掌子面

3、里程樁號(hào)為K20+262，預(yù)測(cè)前方30米的不良地質(zhì)情況。本次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法采用探地雷達(dá)電磁波反射法，采用設(shè)備為美國(guó)GSSI公司生產(chǎn)的SIR-20GPR地質(zhì)雷達(dá)，采用天線頻率為100MHz。2物探方法基本原理2.1基本原理探地雷達(dá)是一種用于確定地下介質(zhì)分布情況的高頻電磁技術(shù)，基于地下介質(zhì)的電性差異，探地雷達(dá)通過(guò)一個(gè)天線發(fā)射高頻電磁波，另一個(gè)天線接收地下介質(zhì)反射的電磁波，并對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理、分析、解譯。其詳細(xì)工作過(guò)程是：由置于地面的天線向地下發(fā)射一高頻電磁脈沖，當(dāng)其在地下傳播過(guò)程中遇到不同電性（主要是相對(duì)介電常數(shù)）界面時(shí)，電磁波一部分發(fā)生折射透過(guò)界面

4、繼續(xù)傳播，另一部分發(fā)生反射折向地面，被接收天線接收，并由主機(jī)記錄，在更深處的界面，電磁波同樣發(fā)生反射與折射，直到能量被完全吸收為止(見(jiàn)圖1、2)。反射波從被發(fā)射天線發(fā)射到被接收天線接收的時(shí)間稱(chēng)為雙程走時(shí)t，當(dāng)求得地下介質(zhì)的波速時(shí)，可根據(jù)測(cè)到的精確t值折半乘以波速求得目標(biāo)體的位置或埋深，同時(shí)結(jié)合各反射波組的波幅與頻率特征可以得到探地雷達(dá)的波形圖像，從而了解場(chǎng)地內(nèi)目標(biāo)體的分布情況。圖1探地雷達(dá)電磁波傳播示意圖a圖2探地雷達(dá)電磁波傳播示意圖b一般，巖體、混凝土等的物質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)為4—8，空氣相對(duì)介電常數(shù)為1，而水體的相對(duì)介電常數(shù)高達(dá)81，差異較大，如在

5、探測(cè)范圍內(nèi)存在水體、溶洞、斷層破碎帶，則會(huì)在雷達(dá)波形圖中形成強(qiáng)烈的反射波信號(hào)，再經(jīng)后期處理，能夠得到較為清晰的波形異常圖。在眾多地質(zhì)超前預(yù)報(bào)手段中，使用探地雷達(dá)預(yù)報(bào)屬于短期預(yù)報(bào)手段，預(yù)報(bào)距離與圍巖電性參數(shù)、測(cè)試環(huán)境干擾強(qiáng)弱有關(guān)。一般，探地雷達(dá)預(yù)報(bào)距離在15~35米。2.2探地雷達(dá)在勘查中的基本參數(shù)2.2.1電磁脈沖波旅行時(shí)式中：z-勘查目標(biāo)體的埋深；x-發(fā)射、接收天線的距離（式中因z>x,故X可忽略）；v-電磁波在介質(zhì)中的傳播速度。2.2.2電磁波在介質(zhì)中的傳播速度式中：c—電磁波在真空中的傳播速度（0.29979m/ns）;—介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，—

6、介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率（一般）2.2.3電磁波的反射系數(shù)電磁波在介質(zhì)傳播過(guò)程中，當(dāng)遇到相對(duì)介電常數(shù)明顯變化的地質(zhì)現(xiàn)象時(shí)，電磁波將產(chǎn)生反射及透射現(xiàn)象，其反射和透射能量的分配主要與異常變化界面的電磁波反射系數(shù)有關(guān)：=(ε11/2-ε21/2)/(ε11/2+ε21/2)式中：r—界面電磁波電場(chǎng)反射系數(shù)；—第一層介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；—第二層介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。2.3數(shù)據(jù)處理方法本次數(shù)據(jù)處理工作主要使用RADAN65軟件進(jìn)行，所作的處理工作如下：2.3.1距離歸一化在用探地雷達(dá)進(jìn)行連續(xù)探測(cè)時(shí)，由于不可避免的因素，天線移動(dòng)的速度很難做到勻速，導(dǎo)致每米掃描線數(shù)不同，需

7、要使用標(biāo)記功能測(cè)算出天線移動(dòng)的距離，通常是每2米1個(gè)標(biāo)記，在后期處理中根據(jù)選擇每米掃描數(shù)，增補(bǔ)或刪除一些掃描線，使得測(cè)線內(nèi)的掃描線均勻。2.3.2確定波速由于探地雷達(dá)記錄的是反射波的雙程走時(shí)t，需要用波速計(jì)算出目標(biāo)體的位置，這關(guān)系到深度解釋的問(wèn)題，是一項(xiàng)非常重要的工作，波速計(jì)算可通過(guò)以下公式進(jìn)行：其中：v是電磁波波速；c是真空中電磁波波速；s是相對(duì)介電常數(shù)；2.3.3水平和垂直濾波雷達(dá)資料中水平波特別發(fā)育，它產(chǎn)生于雷達(dá)儀器本身。即使將天線對(duì)空，也會(huì)記錄到回波，這回波不是來(lái)自天空，而是來(lái)自于控制器、數(shù)據(jù)線、天線的相互作用，是難以避免的。水平波具有時(shí)間相

8、等的特點(diǎn)，水平濾波就是利用這一特性。濾波過(guò)程中，可將相鄰的一定數(shù)量的掃描線求平均，再與個(gè)別掃描線相比較，就可