隧道超前预报GPR正演模拟与应用研究

穿越长距离、大埋深、地质条件复杂的隧道工程在开挖过程中易发生涌水、突泥和塌方等地质灾害问题，为确保隧道施工安全有序进行，采用一种分辨率高、抗干扰能力强、高效直观的探地雷达GPR及其正演模拟技术对掌子面前方不良地质体进行超前预报。为提高对探地雷达探测不良地质体图像特征的解译，采用时域有限差分法FDTD模拟充水、充泥和充气溶洞模型，充水和充泥的软弱夹层模型，裂隙破碎带及断层模型下的GPR电磁波响应特征，并建立超前地质预报GPR正演模拟特征图库，为实际雷达探测图像解译提供理论基础。以常德市炉慈高速公路维新镇2号隧道和郴州市良回镇花岭公路隧道探测为例，结合后期开挖结果，验证了该技术可准确预测掌子面前方溶洞、富水、软弱夹层发育、裂隙和断层等不良地质体。     

隧道施工不良地质探地雷达超前探测全波形反演研究

为了解掌子面前方不良地质体赋存状况,保障工程施工安全,提出基于全波形反演的探地雷达隧道超前探测数据解译方法。首先,考虑隧道典型不良地质类型,建立溶洞、岩体裂隙和岩体破碎带等数值模型,进行正演模拟分析,总结典型不良地质体的地质雷达正演响应特征。其次,基于全波形反演方法对正演模拟数据进行处理,得到最优的相对介电常数分布,分析反演结果,并总结其相较于正演剖面图解译的优势。研究结果表明,全波形反演可以得到探测区域相对介电常数的较准确分布,得到的不良地质体形态与真实情况较为一致,成像效果明显优于原始雷达剖面图,提高了对不良地质体进行判断的直观性和准确性。     

探地雷达在路基病害探测中的正演模拟及瞬时属性分析

在路基病害探测中,探地雷达具有高效、无损、高分辨率的特点。文中基于时域有限差分(FDTD)正演模拟了非充填空洞和充填空洞的雷达信号,利用Hilbert变换提取瞬时相位和瞬时振幅。通过分析路基病害的瞬时相位特征和瞬时振幅特征,可大大提高定位异常的准确性。对模拟雷达信号和实测雷达信号的瞬时振幅和瞬时相位进行综合对比分析,可提高病害识别能力,有效降低多解性。     

公路隧道岩溶构造地质雷达正演与探测实例波形特征对比研究

公路隧道岩溶构造地质预报是地质雷达超前地质预报的重难点,而对岩溶构造的地质雷达反射波形特征识别是预报准确的重中之重。为了准确识别反射波形特征,通过对隧道围岩溶腔中不同填充介质的岩溶构造建立雷达正演模型,模拟研究雷达反射波波形特征。本次模型构建填充情况主要分为空溶腔(空气),充水的溶腔,充泥、砂的溶腔,混合填充的溶腔4类,对应得到其正演反射波形特征为2大类。将模拟结果与探测实例波形特征对比研究,其反射波波形特征作为地质雷达探测预报岩溶构造时可参考的波性特征,定性判别岩溶构造中不同的填充介质情况,以进一步提高预报结果的准确性。     

隧道衬砌探地雷达检测数值解析及应用

基于时域有限差分法和有限单元法,对隧道衬砌中钢筋网下的脱空和衬砌背后的脱空进行二维正演模拟,并与实例结果进行对比分析。结果表明: 雷达天线的中心频率越高,其分辨率越高,区分的效果越好;钢筋的密度越小,雷达探测脱空区域的效果越好。通过正演模拟和工程实测相结合,可提高采用探地雷达进行隧道衬砌检测的准确性及解释精度。     

基于FDTD的探地雷达道路检测正演模拟

探地雷达是目前道路检测常用工具之一。由于地下介质情况复杂,为了提高探地雷达解释的精度,需对探地雷达检测结果进行数值处理。文中通过建立与道路实际情况相对应的地电模型,运用时域有限差分法(FDTD)进行正演模拟分析,模拟结果表明运用有限差分法能获得道路结构的理论雷达图像,通过对雷达图像的分析和识别,能为实测雷达数据的反演解释提供参考,提高数据解释的精度。     

公路隧道溶洞探测与处治技术

针对隧道工程建设中溶岩地质会对隧道结构稳定性产生较大影响的问题,以河百高速公路隧道施工为依托,采用地质雷达法对隧道进行超前地质预报。通过对电磁波在不同介质中的传播速度、波形振幅的差异以及掌子面地质观察和波形图进行分析,确定溶洞的位置、大小及规模;以隧道的实际开挖情况验证地质雷达探测溶洞的准确性,并对溶洞的处理方法进行比选。     

山区公路隧道施工地质预报综合技术研究

以某山区隧道建设为研究对象,对预处理出现的地质灾害进行地质超前预报,结果表明,在使用单一物理进行预报探测时,分析对比实际开挖和地质雷达探测到的深度,要确定是否有水存在,能够通过地质雷达来实现;但要确定含水量的位置以及含水岩层等尚无法实现。周围的环境和条件,是决定隧道当中探测结果的重要影响因素,易造成误判。本工程中,在CK5+506-CK5+516段,将产生不均匀风化岩体的现象,导致围岩缺乏稳定性,此时涌水量将大大提升,甚至造成软弱夹层出现在局部位置; CK5+475-CK5+480段会显示地质雷达的测试结果,出现较强的雷达反射波,具有较大的振幅,预计该段围岩会发生变化,中风化球状岩体较多,具有较大的含水量。在短距离探测范围内,地质雷达对不良地质体的探测较为准确;与实际开挖结果相比,瞬变电磁仪对低阻体的判断较为符合。     

综合超前地质预报在岩溶隧道中的应用

为了提高岩溶地区隧道的超前地质预报的准确性,有效探测不良地质的位置、性质和规模,通过采用钻孔雷达和高精度孔内成像相结合的方法,以贵广高速铁路胡家寨和油竹山隧道为工程依托,对钻孔地质雷达和高精度孔内成像的基本原理、探测方法、观测系统、数据处理与成果解释进行了深入研究。结果表明:钻孔内雷达可以有效探测掌子面前方的富水构造和不连续体,判断含水、破碎带情况,并且可以减少超前钻孔的数量;高精度孔内成像可以直接观测到钻孔中地质体的各种特征及细微构造,编录地质柱状图。弥补了超前钻孔难以在钻孔取芯困难部位获取地质信息的不足,尤其适用于岩溶地区地质预报。     

应用地质雷达在海南东线高速公路大茅隧道左洞中的超前地质预报

简要介绍地质雷达探测原理和在大茅隧道中使用的仪器及超前探测预报方法。在施工过程中自始至终应用地质雷达进行超前地质预报。通过探测，首先对隧道掌子面前方数十米内的地质情况作出准确、全面、系统的判断，从而确定不良地质体的空间位置。再综合考虑地质因素、地压因素和主动支护因素，提出措施建议，及时指导施工，使得对隧道前方做到情况明、决心大、方法对。实践证明。地质雷达应用于隧道超前地质预报，解决一些工程地质问题是行之有效的方法。     

公路隧道地质雷达地质预报方法探讨

概括总结隧道地质预报的地球物理方法，介绍地质雷达的特点、现状和探测解释方法，分析其影响因素，基于对各种地质条件下不同的探测对象而采用不同的解释方法，阐述地质雷达的实用性及在隧道施工中的作用。     

典型超前地质预报手段的适应性研究

从不同隧道施工地质超前预报手段的适应性研究入手,对典型不良地质的地质雷达、TSP以及电法等预报手段的信息特征进行了较为系统的研究,建立了典型不良地质的评价方法,同时对围岩级别划分的预报方法进行了探索性的研究,具有一定的工程指导意义。     

地质雷达在岩溶陷落柱探测中的应用研究

以某隧道洞底陷落柱为例,通过地质雷达对目标体的探测,分析岩溶陷落柱的雷达波组异常特征,准确地探测出陷落柱的位置、规模和埋深;同时,选取典型的雷达波进行频谱分析,探讨岩溶陷落柱和围岩的雷达波频谱特征。岩溶陷落柱雷达波频谱呈现低频大振幅反射,其主频单一且突出;围岩雷达波呈现弱振幅多峰频谱,主频不突出。岩溶陷落柱和围岩雷达波频谱特征存在的显著差异,可作为识别岩溶陷落柱的重要依据之一。实践结果表明,地质雷达在探测岩溶陷落柱中具有有效性和实用性。     

路基病害探地雷达探测模型正演研究

介绍铁路路基探地雷达探测模型正演研究。开发研制出适宜不同衰减类型、不同中心频率天线的雷达记录合成软件系统。结合实测数据,模拟合成了路基地层雷达记录曲线,而且系统地研究了路基空区中充填不同介质和非均匀介质的差异对雷达成像特征造成的影响,取得良好效果。     

隧道施工期超前预报地质雷达异常干扰识别及处理

受隧道施工复杂环境的影响,地质雷达在超前地质预报中经常遇到各种干扰信号,会对不良地质体探测和预报的准确性造成影响。采用现场实测的方法对隧道地质雷达探测过程中掌子面附近台车等金属物体、探测表面凹凸不平、电缆与输电线路、测线表面金属或非金属干扰物、探测区积水积泥以及底板测线附近金属物体等常见干扰因素进行分析,研究其在雷达处理图像上的表现特征与识别方法,并从相对介电常数取值、直达波拾取、天线移动、测线里程标记、增益调节和数据处理等方面讨论减少或消除干扰因素的措施。研究成果有利于提高地质雷达在隧道超前预报中的准确性,并对类似工程具有一定的参考和借鉴意义。     

岩溶隧道超前地质预报几种主要物探方法的选择与实践

超前地质预报的物探方法有多种,由于岩溶发育空间分布的复杂性和岩溶含水介质充填物的多样性,单一的超前地质预报方法都具有局限性,如何针对岩溶的地球物理特征,选择适用的地质预报物探方法,以提高预报成果的准确度非常必要。通过对TSP法、地质雷达法、瞬变电磁法等超前地质预报主要物探方法工作原理、有效探测距离和地球物理特征等进行分析,论述岩溶隧道超前地质预报方法的理论依据和方法选择。以九景衢铁路何家隧道为例,详细论述施工过程中采用的几种主要超前地质预报方法以及组合方法,通过对比分析,验证和总结几种主要物探方法预报成果的适用性和准确度。实践成果表明： 1）单一的超前地质预报方法都具有局限性,难以应对岩溶隧道的复杂地质条件和施工高风险,需采取“三结合”措施,选取不同的超前预报方法作为组合方法,相互验证。2）TSP法未能对是岩溶还是断层破碎带进行区分,必须结合其他方法,进行对比验证才能区分; TSP法+地质雷达法长短结合探测方法,是一般简单岩溶隧道通用的组合。3）瞬变电磁法在岩溶隧道探测中效果明显,判译解释准确度高,适合大型岩溶强发育地段; 超前水平钻+瞬变电磁法+地质雷达法+水文监测地质预报组合,是复杂岩溶隧道超前地质预报可采用的有效组合。叠加超前水平钻与瞬变电磁剖面图进行分析,能详细分析出岩溶的空间分布和形态特征。     

地质雷达在隧道超前地质预报中的波形特征探究

地质雷达探测具有精度高、快捷、无损探测等诸多优点,是近年来发展较为迅捷、效果突出的超前地质预报方法之一,并在各种工程中得到了大面积应用。本文简述了地质雷达的工作原理及野外工作方法,结合工程实例,分析了各种不良地质现象的雷达波特征,并结合实际探测成果,评价其准确性。     

地质雷达检测目标体波相识别

目前地质雷探测技术已经在各个行业得到广泛应用,为了获得地质雷达探测的结果,需要对雷达记录进行处理与判读。雷达记录的波相识别需要坚实的理论基础和丰富的实践经验,需要综合分析目标体反射波的振幅与相位、频谱、同相轴形态等特征。通过工程实例介绍了地质雷达检测隧道、路面典型目标体波相特征及识别分析方法。     

地质雷达与TGP206在楚阳隧道超前地质预报中的应用

针对地质超前预报,首先,分析对比了地质雷达和TGP206这2套超前地质预报系统的探测原理,以巫奉高速公路楚阳隧道出口ZK2 +446 ～ZK2 +346、YK2+ 750 ～ YK2+ 670和YK2+ 180～YK1 +980地段为工程实例,介绍了地质雷达和TGP206在探测楚阳隧道掌子面前方不良地质工况的原理和方法,验证了探测结果和实际施工情况基本吻合.其次,通过对这2种物探方法在楚阳隧道超前地质预报中的各自特点比较可以看出,它们都能及时提供隧道掌子面前方以及隧道周围地质条件变化信息,但两者又有不同的特点,地质雷达探测距离虽短,但准确度较高;TGP探测距离较长,准确性也较好,但设备成本相对比较高.它们各自的特点可为类似公路隧道施工中地质预报设备的选择提供参考.     

综合超前预报方法在岩溶区隧道不良地质体探测中的应用

岩溶区隧道施工过程中易发生涌水突泥等灾害事故,为保证岩溶区隧道的施工安全,降低施工灾害发生的概率,施工前有必要对隧道进行超前预报。依托湖北省保宜高速公路尚家湾隧道,通过地质分析研究了尚家湾隧道的岩溶发育特征,利用 TSP超前预报系统和地质雷达等物探手段对尚家湾隧道的地质缺陷体进行了探测,并结合短距离钻探进行对比分析,探测结果与现场实际揭露情况基本吻合。综合采用 TSP 超前预报系统和地质雷达可较为精确预报岩溶区隧道的不良地质,其预报手段可供类似工程借鉴。