探地雷达技术在G85渝昆高速公路隧道超前地质预报及施工质量控制中的成效-开题报告

（一）国内研究现状

改革开放日新月异，随着现代化都市一座座地标性建筑拔地而起，我国的隧道工程建设也在快速发展。如何运用探地雷达技术准确预报开挖面前方的地质情况及隧道衬砌施做质量，对整个工程的施工安全及质量控制至关重要。我国探地雷达技术研究始于20世纪50年代末，真正应用于研究是在70年代末。随着电子技术和现代数据处理技术的应用发展，探地雷达技术应用领域迅速扩大，其技术也在不断创新完善，更加趋于成熟。

叶英在其著作的[1]一书中提到：地质雷达是用高频电磁脉冲确定地下介质分布的一种方法，该方法是利用介电常数不同的介质交界面会产生电磁波反射进行探测，电导率决定了电磁波在该介质中的穿透深度，其穿透深度随着电导率的增加而减小。在超前地质预报中，其探测精度在30米以内较高。曾昭发也在[2]一书中指出：介电常数决定了电磁波的传播速度，同时它还决定了两个不同介质的对比度，也决定了电磁波在介质中的覆盖范围。探测频率也会影响雷达的探测深度和分辨率。一般来说探测频率越高，探测深度越浅，探测的分辨率越高。探测频率和介质的介电常数是决定分辨率的两个主要因素。在实际的工作时，必须根据目标体的探测深度选用合理的探测频率。

学者余中明在其发表的[3]一文中曾提到利用地质雷达技术准确查明隧道掌子面前方岩层的裂隙、断裂等不良地质体，同时他指出由于隧道掌子面不平整及岩溶复杂性带来资料的解释难度，这就要求对地质雷达图像识别和判读依赖于各种不良地质因素的图像特征，因此对雷达图像特征的掌握尤为重要。王清玉、林洪辉，在岩土工程学界学报[4]中通过研究大量的实际资料并结合现场地质情况，表明地质雷达探测岩溶的有效性和可行性。当岩层中发育有溶洞时，探地雷达剖面图上将出现强反射，反射波同相轴呈现弧形异常，溶洞内的反射波则为低幅、高频、波形细密的弱反射波。陆礼训，邓世坤，在工程物理地球学报[5]期刊中指出：通过探地雷达对掌子面前方围岩进行探测，并根据开挖跟踪验证，证实探地雷达技术能有效避免隧道内空间狭小、干扰等多不利因素，能快速高效地预报开挖掌子面前方的断层破碎带。同时需要注意的是，由于施工过程中掌子面不平整，现场测试时应对测试剖面进行一定的修整。为提高测试的准确性，测试过程中每条剖面至少重复测试两遍。对测试图像进行异常分析，根据异常的形态特征及电磁波的衰减情况对测试范围内地质情况进行推断解释。一般来说，反射波越强则前方地质情况与掌子面的差异就越大。

在隧道的整个施工过程中，探地雷达技术除了应用于超前地质预报，在衬砌质量检测中也起到很大作用。景喜林，张琳[6]曾指出，由于不同介质存在电性差异，隧道中的围岩、衬砌、二衬共同构成了一个多界面的结构，衬砌混凝土与围岩之间总会形成反射界面，通过雷达采集数据，处理后分析，进而可以确定衬砌厚度。李大心在[7]文中提出，探地雷达探测时，要根据所探测的对象，选择合适的天线频率，以提高其探测精度。熊昌盛，也在[8]文中提到，要提高探地雷达探测精度，必须选择好工作参数，参数选择要了解探测目标体性质、大小、位置等因素，可现在已知体处探测试验，通过已知体来反推工作参数。雷刚，杨林德在[9]文中指出：通过雷达成像技术，判定衬砌结构的缺陷，如衬砌空洞、不密实等现象，也可确定二衬厚度及初支拱架数量。雷达在不同的缺陷位置所呈现出来的独特反射图像，能帮助我们更好的去分析比对。

学者周斌[10]发表观点，他们通过研究雷达在不同介质所反馈的信号波形得知，隧道围岩比衬砌雷达反射信号振幅大，且波形杂乱；衬砌钢结构的雷达反射信号外观上呈现双曲线特征，但钢筋的双曲线幅宽窄，钢拱架的双曲线纵向延伸大，横向延伸小；衬砌空洞与围岩空洞的反射波同相轴错乱，有多次反射特征，反射波能量强，频率低。分析总结典型衬砌缺陷的探地雷达波形特征，能提高衬砌缺陷判定的准确性，对于隧道衬砌检测具有重要参考意义。 

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（二）国外研究现状

1972年8月在美国芝加哥召开了快速掘进与隧道工程会议，在迄今为止的十几次类似会议中，隧道施工地质预报一直受到重视。目前世界各国都将这类问题列为重要研究课题。日本列题研究探地雷达对于开挖前方地质预报；澳大利亚研究隧道施工前方地层状况预报；德国研究探地雷达对于掌子面附近地层动态的详细调查等。目前探地雷达不仅在探测装备上高度集中了现代技术领域的成就而得到了极大的改善，它的应用领域也正在迅速开拓。有关该方面的应用成果和文章，已频繁出现在一些期刊、专门会议文集及各种地球物理国际学术会议的报告中。

由HartyM.Jol主编，20余位探地雷达(GroundPenetratingRadar，GPR)领域的专家分章撰写而成的《Ground Penetrating Radar:Thory and Application》，该书内容方面涵盖了探地雷达基本理论与几乎所有应用领域的探测方法与实例分析，包括探地雷达基本原理、环境探测领域的应用等。HartyM.Jol[11]详细阐述了探地雷达的基本理论方法与各应用领域的探测方法，给出了大量的探测实例与分析结果。作者在书中提到雷达采集的原始数据无法直接用于可靠的数据解释，因此必须在进行数据解释前对原始数据进行预处理。在数据的处理中，主要考虑的是干扰的消除。由于介质的复杂性以及环境的干扰影响，探地雷达原始回波中常常包含了大量的噪声和杂波，从而直接影响到数据的解释过程。因此，必须通过恰当的信号处理手段对原始数据进行处理，以突出有效的反射信号，压制干扰对数据解释的影响。

二、^范文提纲

摘要

1绪论

1.1探地雷达技术研究背景及意义

1.1.1国内研究现状

1.1.2国外研究现状

1.2工程背景及研究内容

1.2.1工程背景

1.2.2研究内容

2探地雷达基本理论及预报原理

2.1电磁场理论

2.1.1 麦克斯韦方程

2.1.2 介质的电磁特性

2.1.3介质的介电常数

2.1.4电磁泼的传播特性

2.2探地雷达预报原理

3探地雷达数据采集与处理

3.1探地雷达数据采集

3.1.1采集数据前准备工作

3.1.2选择合适的探测参数及天线频率 

3.1.3采集过程中注意事项

3.2探地雷达数据处理

3.2.1数据处理程序

3.2.2 数据处理结果

4探地雷达在隧道超前地质预报中的应用

4.1探地雷达在隧道超前地质预报中的参数设置

4.2探地雷达在隧道超前地质预报中的工作方法

4.2.1测线布置

4.2.2注意事项

4.3隧道工程应用实例

4.3.1围岩破碎带

4.3.2围岩溶洞

4.3.3软弱围岩

5探地雷达在隧道衬砌质量检测中的应用

5.1探地雷达在隧道衬砌检测中的参数设置

5.2探地雷达在隧道衬砌检测中的工作方法

5.2.1测线布置

5.2.2测点定位

5.3隧道工程应用实例

5.3.1钢筋和钢拱架

5.3.2衬砌脱空及不密实缺陷

6总结

三、参考文献

[1]叶英.《隧道施工超前地质预报》[M].北京：电子工业出版社.2010.

[2]曾昭发.《探地雷达原理与应用》[M].北京：人民交通出版社.2011.

 [3]余中明.地雷达技术在隧道掘进预报中的应用[J].地质与勘探，2010，35（3）.

[4]王清玉，林洪辉.探地雷达探测岩溶[J].岩土工程界，2002，5（10）.

[5]陆礼训，邓世坤.探地雷达在隧道施工超前探测中的应用[J].工程地球物理学报，2010，7（2）.

[6]景喜林，张琳.探地雷达在铁路隧道衬砌质量检测中的应用[J].工程地球物理学报，2007，4（4）.

[7]李大心.探地雷达技术和应用[M].北京：地质出版社，1994.

[8]熊昌盛.提高地质雷达在隧道二衬检测中探测精度的方法[J].铁道建筑，2008（1）：61-63.

[9]雷刚，杨林德.公路隧道衬砌质量检测中电磁波无损检测方法的应用研究[J].岩土力学与工程学报，2005，4（161）.

[10]周斌.探地雷达在隧道衬砌缺陷检测中的应用[J].铁道工程学报，2012，5（164）.

[11] Harry M.Jol. Ground Penetrating Radar:Thory and Application[M].American: Publishing House of Electronics Industry .2011.