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探地雷達在勘查中的基本參數 -2 -2.2.1 電磁脈沖波旅行時 -2 -2.2.2 電磁波在介質中的傳播速度 -3 -2.2.3 電磁波的反射系數 -3 -2.3 數據處理方法 -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設計文件描述的預報段地質條件 -4-4掌子面地質編錄及地質分析 -4-5探底雷達測試與結果分析 -6-5.1測線的布置 -6-5.2數據處理結果 -7-5.3解譯分析 -8-10 -6.結論和建議 -9-附件一：掌子面地質編錄表1概況#隧道為

2、公路G7標段的在建隧道。隧道位于右岸。隧 址區屆后龍門山推覆構造帶，圍巖巖性主要為鈣質千枚巖、凝灰千枚巖、石英千枚巖。 因受構造影響，巖體局部（一般為不同巖性接觸帶）片（劈）理極發育，巖石呈薄片狀、 碎片狀結構，巖質極軟，破碎。該破碎帶為地表水入滲、地下水儲存、運移的通道。受四川省廣甘高速公路有限責任公司委托，通過公開競標的方式， 承擔了 速公路YB2合同段（含G7標段廖道）的超前地質預報工作。我單位組織 相關人員于2010年1月7日對#高速公路G布段#隧道進口右線進行了現場探測工作。 探測的掌子面里程樁號為 K20+262預測前方30米的不良地質情況。本次現場測試方法采用探地雷達電磁波反射法

3、，采用設備為美國GSSI公司生產的SIR-20 GPR地質雷達，采用天線頻率為100MHz2物探方法基本原理2.1基本原理探地雷達是一種用于確定地下介質分布情況的高頻電磁技術，基于地下介質的電性差異，探地雷達通過一個天線發射高頻電磁波，另一個天線接收地下介質反射的電磁波， 并對接收到的信號進行處理、 分析、解譯。其詳細工作過程是：由置于地面的天線向地 下發射一高頻電磁脈沖，當其在地下傳播過程中遇到不同電性（主要是相對介電常數） 界面時，電磁波一部分發生折射透過界面繼續傳播，另一部分發生反射折向地面，被接收天線接收，并由主機記錄，在更深處的界面，電磁波同樣發生反射與折射，直到能量 被完全吸收為止

4、（見圖1、2）。反射波從被發射天線發射到被接收天線接收的時間稱為 雙程走時t ,當求得地下介質的波速時，可根據測到的精確 t值折半乘以波速求得目標 體的位置或埋深，同時結合各反射波組的波幅與頻率特征可以得到探地雷達的波形圖 像,從而了解場地內目標體的分布情況。發射稼圖2 探地雷達電磁波傳播示意圖 b一般，巖體、混凝土等的物質的相對介電常數為 4-8,空氣相對介電常數為1,而 水體的相對介電常數高達 81,差異較大，如在探測范圍內存在水體、溶洞、斷層破碎 帶，則會在雷達波形圖中形成強烈的反射波信號，再經后期處理，能夠得到較為活晰的波形異常圖。在眾多地質超前預報手段中，使用探地雷達預報屆丁短期預報

5、手段，預報距離與圍 巖電性參數、測試環境干擾強弱有關。一般，探地雷達預報距離在1535米。2.2探地雷達在勘查中的基本參數2.2.1電磁脈沖波旅行時t = - 4z2 x2 v 2z v式中：z-勘查目標體的埋深；x-發射、接收天線的距離（式中因 z>x,故X可忽 略）；v-電磁波在介質中的傳播速度。2.2.2電磁波在介質中的傳播速度V =C ；：' C ；式中：C一電磁波在真空中的傳播速度(0.29979m/ns) ; &一介質的相對介電常數， 也一介質的相對磁導率(一般 * / )2.2.3電磁波的反射系數電磁波在介質傳播過程中，當遇到相對介電常數明顯變化的地質現象時

6、，電磁波 將產生反射及透射現象，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 數有關：1/21/21/21/2, =( £ 1 - & 2 )/( £ 1 + & 2 )式中：r 界面電磁波電場反射系數；®1 第一層介質的相對介電常數；&2 第 二層介質的相對介電常數。2.3數據處理方法本次數據處理工作主要使用 RADAN6軟件進行，所作的處理工作如下：2.3.1 距離歸一化在用探地雷達進行連續探測時，由丁不可避免的因素，天線移動的速度很難做到勻 速，導致每米掃描線數不同，需要使用標記功能測算出天線移動的距離，通常是每2米1個標記

7、，在后期處理中根據選擇每米掃描數， 增補或刪除一些掃描線，使得測線內 的掃描線均勻。2.3.2確定波速由丁探地雷達記錄的是反射波的雙程走時 t,需要用波速計算出目標體的位置，這 關系到深度解釋的問題，是一項非常重要的工作，波速計算可通過以下公式進行：CV = 一 - s其中：V是電磁波波速；c是真空中電磁波波速；s是相對介電常數；2.3.3水平和垂直濾波雷達資料中水平波特別發育，它產生于雷達儀器本身。即使將天線對空，也會記錄 到回波，這回波不是來自天空，而是來自于控制器、數據線、天線的相互作用，是難以 避免的。水平波具有時間相等的特點， 水平濾波就是利用這一特性。濾波過程中，可將 相鄰的一定數

8、量的掃描線求平均， 再與個別掃描線相比較，就可消除水平波。水平濾波 中選取的掃描線數越大，濾波效果越小。相反選取的掃描線數越小，濾除水平波的效果 越明顯。但如果水平濾波掃描線取得太少，可能會濾掉一些緩變界面信號。因而在進行 水平濾波時，要根據對象進行試驗、調整，以求最佳效果。垂直濾波中較為常用的方法有帶通濾波，高通濾波，低通濾波，小波變換等。垂直 濾波的目的是為了消除雜散波十擾，這些雜散波是來自于外源，不是天線自身發出的， 頻率不在雷達天線頻帶內。有時為了區分不同的地質體，選取不同的頻帶，都要用到垂 直濾波。垂直濾波是一種數學變換， 有時會帶來較大的失真，濾波的頻帶越窄，失真越 大，應用中要認

9、真選取方法和參數。因為雷達天線的發射與接收都設定了帶寬， 也就是 說雷達信號本身已經過濾波，所以一般資料處理中的濾波處理改善并不明顯。3設計文件描述的預報段地質條件設計文件描述的預報段(K20+262-K20+292)地質特征為： 表層為塊石，松散 結構，白云巖為厚層狀，質硬，節理較發育；鈣質千枚巖節理、裂隙發育，片理問結合 較差，巖質軟，順層，且順層以上白云巖厚度薄，與鈣質千枚巖接觸帶具軟弱夾層，開 挖后白云巖易順層滑塌。設計為V級圍巖。4掌子面地質編錄及地質分析為做好本次隧道超前地質預報工作，我們對K20+262掌子面進行了相應的地質編錄 和素描(詳見附件一：掌子面地質編錄表)。通過現場調

10、查，掌子面巖性為白云巖與千 枚巖互層交雜，右部和上部以千枚巖為主，左下部發育為千枚巖。千枚巖產狀為：S74°E /NE Z 47°。圍巖主要發兩組組節理，第一組節理產狀為S25° W/S巳65° ,間距0.35-0.5m，可見長度 1.5-3.0 m 第二組節理產狀為 S44° W/SE 63° ,間距 0.2-0.3m , 可見長度1.0-2.0 m巖體呈裂隙塊體結構，嵌合程度緊密，巖層風化程度為微弱風化 -弱風化。榔頭敲擊聲活脆到活脆。掌子面濕潤，局部有滲滴水現象。現場初步判斷掌 子面圍巖級別為V級（設計圍巖也為V級）。通過觀察分

11、析，圍巖變形和破壞特征為：該洞段為白云巖與千枚巖過渡地段的尾端， 為白云巖與千枚巖的參雜，局部有軟泥加層出現，整體穩定較差，開挖是容易產生掉塊 和小規模的塌方。圖3右洞掌子面特征圖a圖4右洞掌子面特征圖b5探底雷達測試與結果分析5.1測線的布置本次工作采用美國GSSI公司的SIR-20探地雷達，其精度高，性能穩定、可靠。主要工作技術參數為：100Hz屏蔽天線，每次掃描的采樣點數：500;每秒鐘的掃 描數：100;相對介電常數：6。由丁現場施工原因，本次測量工作只沿隧道掌子面布置了一條測線，測量時由兩位測量人員手持天線緊貼掌子面由探測起點移動到探測終點（如圖5）。-11 -5.2數據處理結果圖5

12、探地雷達測線布置示意圖采用前述方法，對探測數據進行處理后，獲得的主要結果如圖6、7所示圖6 K20+262掌子面雷達橫向測線掃描圖（彩色能量圖）圖7 K20+262掌子面雷達橫向測線掃描圖（波形堆積圖）圖6、圖7為探地雷達橫向測線解譯所得的能量圖和波形圖。圖中縱坐標標識數字為根據電磁波傳播雙程走時計算出的視深度，本次探地雷達探測范圍為30米；橫坐標標識數字為測線長度（單位：而，測線長約為5米。5.3解譯分析本次雷達探測距離根據電磁速度和反射走時計算為 30門根據探地雷達解譯結果得 出以下結論：1、掌子面前方0-6m范圍內雷達呈低能反射，無明顯的反射界面。推測該段圍巖巖 體特征無大的變化，基本維

13、持與掌子面類似的特征。因為無明顯電磁波反射。2前方7-15m,電磁波反射波明顯增強，且測線由右向左依次出現較強的電磁反射 波。推測該區段由右向左依次會出現巖體特征的較大變化，使得圍巖綜合介電常數發生變化，進而使得該段反射電磁波明顯增強。3、前方15-30m, 雷達波整體出現強反射，且有頻率降低，局部出現明顯的小范圍 的反射波組。推測該段圍巖局部有較為明顯的變化， 且含有一定地下水，使得電磁在該 段高頻損失，低頻突出，且能量很強。6.結論和建議本次超前地質預報距離為30米，預報里程范圍K20+26K20+292綜合地質和物 探的結果，具體預報結論如下：1、K20+26亨K20+268段：圍巖巖性

14、無大的變化，掌子面底部仍然以白云巖為主， 局部含有千枚巖以及軟化泥層，為巖性過渡帶末端巖性特征，開挖容易產生掉塊現象。 開挖時請加強施工。2、K20+26" K20+277段：結合物探和地質以及各方面資料，推測該段從右到左依 次出現圍巖變化，由白云巖為主參雜千枚巖以及軟化泥層的地層逐步過渡到完全的千枚 巖地層，在巖性交界面處，巖體含有一定地下水，呈滲滴水狀出露， 千枚巖一側圍巖穩 定差，容易出現掉塊和塌方現象，施工到該段請注意及時加強施工。3、K20+27" K20+292段：推測該段以及進入全千枚巖地層， 且局部巖體較為破碎， 含有地下水，呈滲滴水狀，局部可能出現線出水，

15、加之千枚巖強度低且遇水容易軟化， 該段圍巖穩定較差，容易掉塊和發生小規模的塌方，請施工方注意觀察檢測，及時支護。3、建議下次預報的掌子面里程為 K20+28AK20+292希望施工單位提前通知我們。附件一：掌子面地質編錄表速公路建設項目隧道施工地質跟蹤調查及編錄表項目名稱：騎馬 隧道 G7標 段 右 洞第1 頁 共 J 頁樁 號： k20+262填表時間：2010.01.07 隧道軸線走向：工程地質巖 組巖性產狀巖級別厚層層厚層厚(m)>1度巖體結整體狀結構白云巖、千枚巖S74° E /NE / 47中厚層0.51塊狀結構0.10.5裂隙塊狀結構鑲嵌結構<0.1巖層走向與隧道軸線的夾角碎裂結構松散層45°散體結構組次產狀間距(m)長度(m)縫寬(mm) 充填物 性質理 1S25° W/S& 65°0.35-0.51.5-3性 情 2S44° W/SE / 630.2-0.31-2嵌合程度緊密較緊密V