摘要：地質(zhì)雷達(dá)探測具有精度高、快捷、無損探測等諸多優(yōu)點，是自九十年代中期近年來發(fā)展較為迅捷、效果突出的超前地質(zhì)預(yù)報方法之一，并在各種工程中得到了大面積應(yīng)用。本文簡述了地質(zhì)雷達(dá)的工作原理、資料處理及成果解釋，結(jié)合工程實例，分析了各種不良地質(zhì)現(xiàn)象的雷達(dá)波特征。
　　關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；探測；超前地質(zhì)預(yù)報；不良地質(zhì)
　　
　　
　　0引言
　　現(xiàn)代隧道建設(shè)的一個基本特點就是：“動態(tài)設(shè)計、動態(tài)施工”。因此，實時地進(jìn)行掌子面超前地質(zhì)預(yù)報對隧道的安全、快捷施工具有非常重要的作用。地質(zhì)雷達(dá)探測是近年來應(yīng)用于短距離超前地質(zhì)預(yù)報較為普遍的一種物探手段。其特點是快速、連續(xù)測量、并以實時成像的方式顯示探測結(jié)果而備受青睞。
　　1地質(zhì)雷達(dá)探測的基本原理
　　地質(zhì)雷達(dá)（GPR）方法是一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜電磁波技術(shù)。在前方探測范圍內(nèi)無大量鐵磁性物體干擾的情況下，可采用探地雷達(dá)理進(jìn)行探測。地質(zhì)雷達(dá)利用天線向隧道掌子面前方發(fā)射電磁脈沖，并接收由前方不同介質(zhì)界面的反射波。電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)（如介電常數(shù)εr）及幾何形態(tài)的變化而變化。根據(jù)接收到的回波時間、幅度和波形等信息，可判定地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)與埋藏體的位置與形態(tài)。原理如圖1所示。
　　在探測范圍無大量鐵磁性物體干擾的情況下，主要采用地質(zhì)雷達(dá)電磁波的反射原理進(jìn)行測試：高頻電磁波以寬頻脈沖的形式，通過發(fā)射天線定向送入地下，經(jīng)過存在電性差異的地下地層或目標(biāo)體的反射后埋深：
　　
　　其中，-目標(biāo)體埋深；-電磁波雙程走時；-介電常數(shù)；-電磁波在真空中的速度
　　
　　圖1地質(zhì)雷達(dá)工作原理示意圖
　　2野外探測技術(shù)
　　2.1探測對象的分析
　　探測對象所賦存的地質(zhì)條件和埋深是影響地質(zhì)雷達(dá)探測效果至關(guān)重要的因素。探測對象的幾何形態(tài)，包括高度、長度、寬度等也影響探測的效果，因為探測對象的幾何尺寸決定了雷達(dá)系統(tǒng)可能具有的分辨率，關(guān)系到天線中心頻率的選擇。再者，被探測對象的導(dǎo)電率和介電常數(shù)等也需掌握，因為這將影響到對能量反射或散射的識別。此外，在探測區(qū)域不應(yīng)存在大范圍的金屬構(gòu)件和無線電射頻源，以免外界的干擾。
　　2.2工作參數(shù)的選擇
　　對于地質(zhì)預(yù)報而言，各種介質(zhì)的介電常數(shù)及傳播速度是不同的，而探測深度與所使用的天線中心頻率有直接的關(guān)系，天線頻率越高，探測深度越小，精度越高，反之亦然。在隧道超前預(yù)報中通常采用38～150M天線，其他參數(shù)的選擇，應(yīng)根據(jù)實際情況決定，并應(yīng)根據(jù)地域不同進(jìn)行多次試驗后確定其最優(yōu)探測參數(shù)。
　　3資料處理及解釋
　　在地質(zhì)雷達(dá)探測中，為了得到更多的反射波特征，通常利用寬頻帶進(jìn)行記錄，因此在記錄到各種有效波的同時，不可避免地記錄下了許多干擾噪聲。通過對數(shù)據(jù)處理，達(dá)到消除或壓制干擾波，突出有效波，真實反映所測數(shù)據(jù)，進(jìn)行有效解釋的目的。
　　經(jīng)過雷達(dá)數(shù)據(jù)預(yù)處理，還要進(jìn)行一系列的數(shù)字化信號處理，常規(guī)信號處理包括：漂移去除、零線設(shè)定、背景去噪、增益、譜值平衡、道間平衡、滑動平均、混波處理、單道漂移去除等，再進(jìn)行成果解釋。
　　地質(zhì)雷達(dá)圖像的解釋有定量和定性兩種，定量解釋主要是對異常體距掌子面的距離及大小進(jìn)行判定，定性解釋主要是對掌子面前方溶洞、裂隙、破碎帶、斷層、結(jié)構(gòu)面等不良地質(zhì)類型及其形態(tài)規(guī)模進(jìn)行判斷。
　　4雷達(dá)波形特征分析
　　不同的隧道，由于其巖石差別，其雷達(dá)探測的時間剖面差別很大。但各種雷達(dá)圖像的特征也有其規(guī)律可循，只有掌握了各種異常形態(tài)的特征，才能對各種不同巖性的隧道探測進(jìn)行正確的判斷，下面根據(jù)廈蓉高速公路貴州境桂黔、肇興隧道的超前預(yù)報結(jié)果，列出幾種典型的雷達(dá)波形態(tài)特征
　　5結(jié)束語
　　通過對兩隧道雷達(dá)波進(jìn)行分析，完整巖體與相對破碎巖體之間、含水量不等的巖體之間存在較大的電學(xué)性質(zhì)差異，具有良好的地球物理測試條件。因此，我們在開挖過程中采用地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報掌子面前方不良地質(zhì)體和富水帶是可行的。
　　通過地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報成果與開挖揭露地質(zhì)情況綜合對比，地質(zhì)雷達(dá)對巖體中存在的不良地質(zhì)體、地下水及圍巖類別預(yù)報準(zhǔn)確度較高。該預(yù)報給施工提供大量的具有指導(dǎo)意義的結(jié)論與建議，減少工程中因圍巖條件變化而帶來的災(zāi)害性事故。
　　參考文獻(xiàn)
　　（1）黎志光，劉基，地質(zhì)雷達(dá)對隧道支護(hù)體系缺陷的探測應(yīng)用分析，公路交通科技，2006，06：128-131
　　（2）鄧居智，莫撼，劉慶成，探地雷達(dá)在巖溶探測中的應(yīng)用，物探與化探，2001，12：474-476