摘

 要：以某高速公路隧道建设为例，阐述地质雷达在超前地质预报过程中的应用，并介绍

几个成功实例，为地质雷达在隧道超前地质预报中的应用积累一些经验。

 

　　关键词：地质雷达

 超前地质预报 公路隧道 介电常数 能量衰减 

　　

 

　　

1.前言 

　　隧道施工时，对掌子面前方地质情况进行及时准确的预测，至关重要。隧道施工过程中
遇到的主要不良地质情况有溶洞、地下暗河、断层、破碎带和瓦斯等，对这些不良地质条件及
时准确的预报，不仅可以提前采取相应的措施以提高隧道施工的工作效率，还可以确保施
工的安全进行。

 

　　地质雷达是一种快速便捷、不影响施工的超前跟踪探测技术，它对上述不良地质条件有
较好的探测结果。下面介绍地质雷达在某高速公路隧道的应用情况。

 

　　

 

　　

2.基本原理 

　　地质雷达与探空雷达相似，利用高频电磁波（主频为数十至数百乃至数千兆赫）以宽
频带短脉冲形式，由地面通过天线传入地下，经地下地层或目的物反射后返回地面，被另
一天线接收。脉冲波旅行时间为

T。当地下介质的波速已知时，可根据测到的准确 T 值计算

反射体的深度。雷达系统的基本部分如图

1： 

　　电磁波的传播取决于物体的电性，物体的电性主要有电导率

μ 和介电常数 ε，前者主

要影响电磁波的穿透

(探测)深度，在电导率适中的情况下，后者决定电磁波在该物体中的

传播速度，因此，所谓电性介面也就是电磁波传播的速度介面。不同的地质体

(物体)具有不

同的电性，因此，在不同电性的地质体的分界面上，都会产生回波。

 

　　地质雷达在勘查中的基本参数描述如下：

 

　　

1)电磁脉冲波旅行时 

　　式中：

z―勘查目标体的埋深； x―发射、接收天线的距离（式中因 z>x,故 X 可忽略）；

v―电磁波在介质中的传播速度。 
　　

2) 电磁波在介质中的传播速度 

　　式中

 c―电磁波在真空中的传播速度（0.29979m/ns）;―介质的相对介电常数，―介质

的相对磁导率（一般）

 

　　

3)电磁波的反射系数 

　　电磁波在介质传播过程中，当遇到相对介电常数明显变化的地质现象时，电磁波将产
生反射及透射现象，其反射和透射能量的分配主要与异常变化界面的电磁波反射系数有关
 
　　式中

r―界面电磁波反射系数；―第一层介质的相对介电常数；―第二层介质的相对介

电常数。

 

　　

4) 地质雷达记录时间和勘查深度的关系 

　　式中

z―勘查目标体的深度；t―雷达记录时间。 

　　当地下介质的波速已知时，可根据测到的精确

t 值，并结合对反射电磁波的频率和振

幅等进行处理和分析，便可求得目标体的位置、深度和几何形态。

 

　　

 

　　

3.典型地段超前预报实例分析 

　　现场采用瑞典

MALA 地质雷达（RAMAC/GPR）进行探测，主机为 CU

Ⅲ，采用的主

要技术参数为：

100MHz 屏蔽天线；天线间距 0.5m。记录时间、叠加次数和采样率根据实际

情况做适当调整。根据实际情况，采用点测和连续扫描两种方式进行探测。