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《地質(zhì)雷達(dá)在隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中應(yīng)用》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、地質(zhì)雷達(dá)在隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中應(yīng)用 摘要：文中通過對高速公路隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)多年工作總結(jié)闡述地質(zhì)雷達(dá)信號處理過程中除應(yīng)關(guān)注雷達(dá)信號本身外應(yīng)充分考慮隧道所處地質(zhì)地貌環(huán)境，只有結(jié)合隧道圍巖地質(zhì)情況才能完全掌握地質(zhì)雷達(dá)的使用關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；溶巖地區(qū)；濾波；信號處理分析中圖分類號：F407.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1概述隨著國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)的投入加大，我國自上世紀(jì)90年代以來引入國內(nèi)的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)亦得以快速發(fā)展，在公路、水電、鐵路等行業(yè)的各種勘察及無損探測中均能見到地質(zhì)雷達(dá)的身影，本文以瑞典RAMAC雷達(dá)為實(shí)列
2、，列舉地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用介紹。你看看2地質(zhì)雷達(dá)工作原理地質(zhì)雷達(dá)法是一種寬帶高頻電磁波信號探測方法，它利用電磁波信號在物體內(nèi)部傳播時(shí)電磁波的運(yùn)動特點(diǎn)進(jìn)行探測。探地雷達(dá)(GroundPenetrating6Radar，簡稱GPR)依據(jù)電磁波脈沖在地下傳播的原理進(jìn)行工作。發(fā)射天線將高頻(100~800MHz或更高)的電磁波以寬帶短脈沖形式送入地下，被地下介質(zhì)(或埋藏物)反射，然后由接收天線接收，系統(tǒng)組成如圖1所示。圖1雷達(dá)工作原理及其基本組成根據(jù)電磁波理論，當(dāng)雷達(dá)脈沖在地下傳播過程中，遇到不同
3、電性介質(zhì)交界面時(shí)，由于上下介質(zhì)的電磁特性不同而產(chǎn)生折射和反射。電磁波的傳播取決于物體的電性，物體的電性中有電導(dǎo)率μ和介電常數(shù)ε，前者主要影響電磁波的穿透(探測)深度，后者決定電磁波在該物體中的傳播速度，因此，所謂電性介面也就是電磁波傳播的速度介面。不同的地質(zhì)體(物體)具有不同的電性，因此，在不同電性的地質(zhì)體的分界面上，都會形成電性介面，雷達(dá)信號傳播到電性介面時(shí)產(chǎn)生反射信號返回地面，通過接收反射信號到達(dá)地面的時(shí)間和信號強(qiáng)弱就可以推測地下介質(zhì)的分布及變化情況。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場強(qiáng)度和波形將隨所通過
4、介質(zhì)的電性差異及集合形態(tài)而變化，由此通過對時(shí)域波形的采集、處理和分析，可確定地下界面或目標(biāo)體的空間位置或結(jié)構(gòu)狀態(tài)。地質(zhì)雷達(dá)的工作前提是探測對象與周圍介質(zhì)間存在著明顯的電性差異，雷達(dá)波在介質(zhì)中的傳播速度V與介質(zhì)的電磁性參數(shù)有（1）式近似關(guān)系[2]：（1）6式中V為介質(zhì)中的電磁波速度；為真空中的光速（m/ns）；εr為介質(zhì)的相對介電常數(shù)；μr為介質(zhì)的導(dǎo)磁率。雷達(dá)波反射脈沖信號的強(qiáng)度，與界面的反射系數(shù)和穿透介質(zhì)的吸收程度有關(guān)。垂直界面入射的反射系數(shù)R的模值與幅角，分別可由（2）和（3）關(guān)系式表示[2]：∣R∣=（2）
5、ArgR=（3）式中=μ2/μ1；b=；μ為介質(zhì)的導(dǎo)磁系數(shù)；ε為相對介電常數(shù)；σ為電導(dǎo)率；下標(biāo)1表示入射介質(zhì)；下標(biāo)2表示透射介質(zhì)。由關(guān)系式可以看出，反射系數(shù)與界面兩邊介質(zhì)的電磁性質(zhì)和頻率ω（=2πf）有關(guān)。當(dāng)介質(zhì)的電磁參數(shù)差別大時(shí)，反射系數(shù)也大，因而反射波的能量也大，對于傾斜入射情況，反射系數(shù)還與入射角有關(guān)。介質(zhì)的含水量一般也會對σ和ε值有所影響，含水量大，σ和ε值也變大，反射系數(shù)也相應(yīng)有所變化。在不同的介質(zhì)中，電磁波的吸收程度也有所差異，介質(zhì)的吸收系數(shù)β有（4）式關(guān)系，β=ω（4）當(dāng)介質(zhì)的電導(dǎo)率很低時(shí)，β≈，
6、電磁波的吸收隨σ的增大而增大，隨ε的增大而減小；當(dāng)介質(zhì)的電導(dǎo)率很高時(shí)，吸收系數(shù)β與ω、σ有關(guān)，而與ε幾乎無關(guān)。63地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理與解釋探測的雷達(dá)圖形常以脈沖反射波的波形形式記錄。由于地下介質(zhì)相當(dāng)于一個(gè)復(fù)雜濾波器，介質(zhì)對波不同程度的吸收以及介質(zhì)的不均勻性，使得脈沖到達(dá)接收天線時(shí)，波幅減小，波形變得與原始發(fā)射波形有較大的差異；另外，不同程度的各種隨機(jī)噪聲和干擾，也影響實(shí)測數(shù)據(jù)。因此，必須對接收信號實(shí)施適當(dāng)?shù)奶幚?，以提高?shù)據(jù)的信噪比，為進(jìn)一步解釋提供清晰可辨的圖像。圖像處理包括消除隨機(jī)噪聲壓制干擾，進(jìn)行自動時(shí)變增益
7、或控制增益以補(bǔ)償介質(zhì)吸收和抑制雜波，進(jìn)行帶通濾波處理除去高頻、低頻信號，突出目標(biāo)體。降低背景噪聲和余振影響。對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行了預(yù)處理、增益調(diào)整、濾波和成圖等方法的處理。最終得到各測線的成果圖，并據(jù)此進(jìn)行探測對象的地質(zhì)判釋。4工程實(shí)例4.1地質(zhì)雷達(dá)在黎洛高速頓洞隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的應(yīng)用頓洞隧道場區(qū)位于黎平縣雪峰山脈西南端與云貴高原的東緣，地勢整體北高南低，屬淺切中低山構(gòu)造侵蝕-剝蝕型地貌類型,隧道圍巖板巖為主。6受貴州高速公路開發(fā)總公司委托，于2010年9月1日我公司對頓洞隧道出口ZK38+008掌子面進(jìn)行地質(zhì)雷
8、達(dá)探測。圖2為頓洞隧道ZK38+008掌子面地質(zhì)雷達(dá)探測成果圖。隧道原設(shè)計(jì)斷層出露位置為ZK37+957，在本次預(yù)報(bào)中隧道ZK38+008掌子面擠壓構(gòu)造明顯，推斷為斷層影響帶。該雷達(dá)數(shù)據(jù)在前方15米見一明顯強(qiáng)反射信號，因斷層帶多富含水，我方大膽推斷當(dāng)前掌子面ZK38+008前方15米后進(jìn)入斷層帶。后經(jīng)開挖證實(shí)ZK37+990提前進(jìn)入斷層帶，施工方及時(shí)變更支護(hù)參數(shù)，避免重大安全事故的發(fā)生
