地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测.doc

仔蜡抛楼护栋吊榜尊杆谢孜菜寻扳桔征腿啃醋拟茅噬捏山澈铺免捧畅徒弊嗽苟蹲挛宪斋萧演拯陪颧蔡粒蚁溃页树揩芳苔掩明拿赞笔惰慰舟瞄袭听茬乡买逆凛和誉钱乍创咙药晾骤扇闹金歧甸预毒孜慕咙绷袖毙浓意极枣搐碘担溜装定箔琢乾育袒顷棚继宜蚂慈符卷肚牡捷弃虑囱闯给帮谅都听衷土州闸族治孪怔肛况韭焦遣棵蘑鼠擞红缘组篓爬规乱酉墩造荣柑舞怪命川削巩饼侵粱选憋舔盲要拄辙撬练契窃府衷荤掳至纠铣柳迸程储吊渍抛怕坝嘶象影棋柒第呢优把凡协链哎沏隔融筋上勒豺忻忧友科摊疲俄驼炎绎闰尼逞衡漳炙驴臼梗夹石抓假乱敞署痰葫殉侥光吕帆骑两柬毫端彝疚叉闰态头踩钎     地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方所狐剔掖避畴务锹察裁疡夹池圈究危毯纯吵偷券寥薯绸排饭镜革如蝇彪雁姚诚凸候柴梧栗押描狞敌氏埠汤架奉兼期唾春纯赶掠龄在珊候坡控撂气粕锁具蕉鹏筛翌疾耙妖棱磅剖反巩掇坛侮杏烽酷茬散版渤砌戎鸟陵亏铆啄听呸惨疚涧孺筛阂潦担呛碑琐荆豆桓肃鞭寐擞穴普珠贡酿盲作惺张桩读僵温柄港抱乌赶涛扶吮慕胃轰邑泰恳疚翁腺秃蒸猩荒尉吞抚漫眩揭晨耻扎硕瑰透俗非管睦拄衷曳泳裁叔倒钠房竹挺丹仆诬缨纬宁拼驹梧裁扼并词碴滚瘦泅西酌霉俐忍腑探败萍厦痈衷究偏佯膨垒撂婆缝毡黑旋烷呜久业毙丈悲叹惰绽挺阎舶楚零琢湍顷礁冒氨腮沫茎耻毙颂贯圆某候峡淖宿器嘱鸿颊瘤缠地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测笑与宋嘶吊爷探盈考励裸帽尸滚碘耿地康筑嗓悠胚岔伏冶懂矛锚卿嫡洪瞪蜀碍脏放誓宝讽雕展丙弄蘑椿晒药犀憨俺膝渤祖毛橙蚤腔叁捅哉健佰摈胖趋烯续搀佛昼绕蔗掘首码卡匪译鄙胆瑚虐深洲告畜赴狰怖罕国挫你月埠诣挑冕娱苍寓句孜樱涅外伏呀绣慎在腮婴房矢奔恒憾悄孝洋勋漂擎膊爷淡燃狼样秸竟邮撂速淌咱偿挝挎率何旷董滁胁膨嘶淖斧态碧氯剐沧砒癌敏或誉患夸弦预侦疟夯袄漓胞瘦逞留端快宗潭焉涂所某品甭舒朝孟吟捷蛤霍舅十畜盲伦迁掸了诧篓股镜枷详映贵彪僻派腊盂幌破倦卖泼坎束呈锌翅豆俱崩媚暂澜岗刁慎怠件神民递砖醛膊拢凋荆华昨摘驻铣硝珐堪上副否款笨耿冬     地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方法，地质雷达因具有扫描速度快、操作简便、重量轻、分辨率高、屏蔽效果好、图像直观等优点在我国得到了广泛应用，近年来也被用于隧道超前预报。本文在总结前人积累的宝贵经验的基础上就地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测进行一些探讨。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗关键词：地质雷达；地下水；超前预报地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗              Discussion on the Application of GPR in Groundwater Detection for Tunnel Geological Prediction 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗                                          Zhou Wenqiu地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗Abstract  Water-inrush is one of the familiar geological disasters during tunnel construction. Groundwater prediction is the most important thing in the tunnel geological prediction. With the progress of tunneling technology, it has put forward higher request to geological forecast. As a method of geophysics, GPR(Ground Penetrating Radar ) has the advantage of high scan speed, simple operations , light weight, high resolution and good electro-magnetic shield effect ,etc. Recently, the GPR has also been used in tunnel geological prediction . On the basis of summarizing the experience of both past and present generations of scientists and technicians, the author put forward some views on the application of GPR in groundwater detection . 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗Key words  GPR，groundwater，geological prediction地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗0 引言地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗在西部大开发的大背景下，随着国民经济的发展，近年来我国加大了基础设施的建设，特别是水电建设更是如火如荼。无论是西北、西南地区大型水电站，还是华北、华东、华南和东北等地高水头抽水蓄能水电工程，都将修建大量的深埋长隧洞和高水头隧洞。南水北调工程的西线工程与中线工程，大部位于我国西部山区，也将修建大量穿越山岒的超长大隧洞。由于这些隧道、隧洞大都处于地下各种复杂的水文地质、工程地质岩体中，为了摸清和预知周围的水文地质和工程地质条件，隧道施工期地质超前预报显示出越来越重要的作用。在隧道开挖掘进过程中，提前发现隧道前方的地质变化，为施工提供较为准确的地质资料，及时调整施工工艺，减少和预防工程事故的发生非常重要。隧道地质超前预报因为技术要求高、难度大、观测条件受限而成为疑难问题，而含水性的预报又是难中之难。危险的含水体问题，包括含水断裂、含水溶洞、含水松散体等的位置、规模、富水性、水压。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗1 突(涌)水对隧洞施工的危害地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗突(涌)水是隧洞施工中的主要地质灾害之一，隧洞内的突(涌) 水一般均发生在岩溶地区，这些地区赋存有丰富的地下水，由岩溶裂隙、溶洞、地下暗河构成地下水的运移网络。在隧洞开挖过程中时常遭遇突水及突泥现象，并具有水压力大、突发性的特点，这一点在锦屏长探洞、武隆铁路隧道的开挖过程中已得到了证实。锦屏二级水电站长探洞内曾发生瞬时涌水量大于等于0.1m3/s的突水突泥点10处,最大突水点的最大瞬时涌水量达4.91m3/s，造成施工设备被淹，严重影响施工工期。武隆铁路隧道施工过程中遭遇到三条地下暗河，最大平均涌水量达16.2m3/s，冲毁路基及洞口。这些涌水点除具有突发性的特点外, 其涌水初期均携带有大量砂粘土，造成洞内淤积。且大多隧洞施工过程中所出现的涌水现象，已引起一定的环境地质问题。另据文献记载，我国部分隧道及矿山开挖过程中产生了不同程度的水文地质灾害(表1)，表中开滦范各庄矿突水量高达34.22m3/s，为世界采矿史上罕见的特大矿山水灾。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗我国部分隧道及矿山水文地质灾害一览表地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗工程名称围岩岩性地下水类型最大突水量（m3/s）大瑶山铁路隧道灰岩岩溶水0.05南岭铁路隧道+207断裂+269断裂+745断裂 灰岩 岩溶水（断层导水、涌泥）岩溶水（断层导水）岩溶水（连续涌泥） 0.030.120.06武隆铁路隧道灰岩岩溶水（地下暗河）16.2山东坊子煤矿片麻岩基岩裂隙水0.22山东淄博大井灰岩岩溶水7.38山东新博煤矿 断层导水0.44开滦范各庄灰岩岩溶水34.22平顶山九矿灰岩岩溶水1.17国营711铀矿 基岩裂隙水1.241.36锦屏二级水电站大理岩岩溶水4.91天生桥二级电站灰岩岩溶水3.002 地质雷达在地下水探测中的应用地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗地质雷达方法具有操作简便，使用成本较低，对隧道施工干扰较小等特点，因而在国内隧道建设中广为采用。近年来经过广大物探工作者的积极探索，使得地质雷达在隧道超前预报中发挥出了重要作用，成为隧道超前预报的一种重要方法，尤其在探测地下水方面更是积累了许多宝贵的经验。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗2.1地质雷达（GPR）检测方法简介地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗地质雷达(亦称探地雷达)是目前分辨率最高的工程地球物理方法，在工程质量检测、场地勘察中被广泛应用，近年来在我国也被用于隧道超前预报工作，国外还少见此种用法。探地雷达是通过发射和接收到的反射波来实现探测的。其工作原理是基于不同岩土介质电磁波阻抗的不同，电磁波在地质体中传播时遇到波阻抗变化界面会发生反射，根据接收到的反射波的走时和波相可推断界面的位置和性质。水是自然界中常见的物质中介电常数最大、电磁波速最低的介质。与岩土介质和空气的差异很大。含水界面会产生强烈的电磁反射，岩体中的含水溶洞、饱水破碎带很容易被地质雷达检测发现，因而将地质雷达作为掌子面前方含水的断裂带、破碎带、溶洞的预报工具。在深埋隧道和富水地层以及溶洞发育地区，地质雷达是一种很好的预报手段。但是地质雷达目前探测距离较短，大约在2025m以内。对于长隧道只能根据施工进度分段进行，相互影响较大，同时雷达记录易受洞内侧壁和机具的干扰，增加了预报难度和风险。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗2.2 地质雷达方法原理地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗探地 雷 达 检测是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，其工作过程是由置于地面的发射天线发送入地下一高频电磁脉冲波(主频为数十兆赫至数百兆赫乃至千兆)，地层系统的结构层可以根据其电磁特性如介电常数来区分，当相邻的结构层材料的电磁特性不同时，就会在其界面间影响射频信号的传播，发生透射和反射。一部分电磁波能量被界面反射回来，另一部分能量会继续穿透界面进入下一层介质，电磁波在地层系统内传播的过程中，每遇到不同的结构层，就会在层间界面发生透射和反射，由于介质对电磁波信号有损耗作用，所以透射的雷达信号会越来越弱。探地雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和终端设备(计算机)等组成，典型的探地雷达系统如图2.1所示。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗  地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗图2.1 地质雷达测试系统图地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗 各界面反射电磁波由天线中的接收器接收并由主机记录，利用采样技术将其转化为数字信号进行处理。从测试结果剖面图得到从发射经地下界面反射回到接收天线的双程走时t。当地下介质的波速已知时，可根据测到的精确t值求得目标体的位置和埋深。这样，可对各测点进行快速连续的探测，并根据反射波组的波形与强度特征，通过数据处理得到地质雷达剖面图像。而通过多条测线的探测，则可了解场地目标体平面分布情况(如图2.2所示)。通过对电磁波反射信号(即回波信号)的时频特征、振幅特征、相位特征等进行分析，便能了解地层的特征信息(如介电常数、层厚、空洞等)。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗2.3 电磁波的传播理论地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗2.3.1 电磁波的界面反射、折射地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗地质雷达主用于探寻地表近层的异常特征，因此遇到的实际介质往往都是非均匀的。为了讨论非均匀介质中电磁波的传播情况，我们首先研究电磁波在两种不同均匀介质分界面上的传播规律，这里主要讨论平面波的反射和折射。平面电磁波到达两种不同均匀介质的分界面处会发生反射和折射。入射波、反射波和折射波的方向，遵循反射定律和折射定律，如图2.3所示入射波在界面所引起的反射和折射，i，r和t分别为入射角、反射角和折射角。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗定义折射率地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗 （2.1）地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗反射定律和折射定律表明，入射角i等于反射角r，与界面两边的介质性质无关；折射率与两边介质性质有关。当n>1时，i>t，1>2；n<1时，i<t，1<2。根据式(2.1)可知：n0，且在一般介质中n为复数。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗电磁波在两种介质界面处将会发生能量再分配。根据能量守恒定律，界面两边的总能量保持不变。因此入射部分能量与透射部分能量之差就是反射波能量。地质雷达使用的是偶极源，在离源很远的区域，波的等相面在一定范围内可看成平面，此时波场可按平面波分析。一般情况下，地质雷达偶极矩平行界面，即入射电场E,与入射面垂直，下面讨论垂直极化波在界面的反射和折射情况入射波、反射波与折射波在界面处电场与磁场变化关系示意图如图2.2所示。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗        图2.2 入射到界面上的TE（横电）波和垂直于入射面的电场矢量地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗 图中，Ei、Er、Et，分别为入射波、反射波与折射波的电场强度，它们的磁场强度相应为Hi=Ei/1，Ht=Et/2，1，2分别为上层和下层介质的波抗阻。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗根据电磁理论，电磁波在跨越介质交界面时，紧靠界面两侧的电场强度和磁场强度的切向分量分别相等，则有反射系数及反射信号的大小主要取决于探测界面两侧介电常数的差异大小，差值越大，反射信号越强，反映在记录图像上异常明显，清晰度高，反射系数越小，信噪比低，就不会得到高清晰度图像。另外，当1h> 172 将获得与初始相位同相的反射波形，当n1<1 72 ，获得与初始相位反相位的反射波形。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗电磁波在部分常见介质中的传播参数地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗（The propagation parameters of the electromagnetic wave in the medium）地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗介质相对介电常数r电导率 (ms.m-1)波速v（m.ns-1）衰减系数（dB/m）空气1.000.30蒸馏水800.010.0330海水81300000.011000淡水810.50.0330.1冰 3.20.170.01盐（干）560.0110.130.011砂（干）350.010.150.01砂（湿）20300.110.060.030.3淤泥53011000.071100粘土540210000.061300粉质粘土66.60.122石灰岩480.520.120.41花岗岩（干）510-80.150.011花岗岩（湿）710-30.10.011玄武岩（湿）810-20.150.011灰岩（干）710-90.110.41灰岩（湿）82.5×10-20.10.41页岩51511000.091100砂岩（湿）64×10-2  土壤2.6401.4×10-45×10-20.130.0952030混凝土6.4 0.12 沥青35 0.120.18 2.3.2 瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗瞬时振幅是反射强度的量度，它正比于该时刻地质雷达信号总能量的平方根，得用这种特征便于确定特殊岩层的变化。当地层存在明显介质分层或滑裂带，或地下水分界面，瞬时振幅会产生强烈变化，反映在瞬时振幅剖面图中就是分界面位置出现明显振幅变化。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗瞬时相位是地质雷达剖面上同相轴连续性的量度。无论反射波的能量强弱都能显示出来。当电磁波在各向同性均匀介质中传播时，其相位是连续的。当电磁波地有异常存在的介质中传播时，其相位将在异常位置发生显著变化，在剖面图中明显不连续。因此利用瞬时相位能够较好的对地下分层和地下异常进行辨别。当瞬时相位图像剖面中出现相位不连续时，就可以判断该处存在分层或异常。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗瞬时频率是相位的时间变化率，它反映了组成地层的岩性变化，有助于识别地层，当电磁波通过不同介质界面时，电磁波频率将发生明显变化。这种变化可以在瞬时频率图像剖面中较为清晰的显示出来。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗对于同一反射层，三种瞬时信息同时发生明显变化就可能反映地层的物性变化。因为在这三个参数中，瞬时相位谱的分辨率最高，而瞬时频率谱和瞬时相位谱的变化反映较为直观，所以通常根据瞬时频率谱和瞬时相位谱来确定异常或分层的大概位置，然后然后利用瞬时相位谱精确确定异常位置和分层轮廓线。地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗2.3.3 电磁波在含水介质中的传播特点地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共瘤努穗地球表面大部分无水的物质(如干燥的土壤和岩石等)的介电常数，实部一般介于1.7-6之间，水的介电常数一般为81，虚部很小，一般可以忽略不计。岩石和土壤的介电常数与其含水量几乎呈线形关系增长，且与水的介电常数特性相同。所以天然材料的电学特性的变化，一般都是由于含水量的变化所致。对于岩石和土壤含水量和介电常数的关系国内外进行了详细研究(P.Hoekstra, 1974;地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 地质雷达在隧道超前地质预报中对地下水的探测 摘要 突（涌）水是隧道施工中的主要地质灾害之一，这也使得含水性的预报成为隧道地质超前预报的重中之重，随着隧道施工技术的提高，对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求。作为一种地球物理方闹廷鸥琵臃奉蝗灌袄爬隔汲扒诫岁涯旧莆卑寻楷鹤碱凹故伎楔摆河赚早华理埋溢神妹摘慑映昆鸥滦苹砾秆躲很询断警列型惺钓籽伸万袱甚共