地質(zhì)雷達法是應用于工程勘探中比較成熟的一種物探方法，在施工地質(zhì)超前探測中主要用于掌子面地質(zhì)超前探測和隧道基底隱伏巖溶探測工作。

一、掌子面地質(zhì)雷達法原理

掌子面地質(zhì)雷達法(GPR)是由發(fā)射天線在掌子面向前方發(fā)射電磁波，當電磁波向前傳播過程中遇到電阻抗差異的界面時會產(chǎn)生反射電磁波，通過掌子面上的接收天線接收反射電磁波，根據(jù)反射電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，確定界面或目標體的深度(到掌子面的距離);同時根據(jù)反射波的形態(tài)、強弱及其變化等因素來判定目標體的性質(zhì)。

電磁波的傳播速度V計算通常是尋找一個已知點(鉆孔、露頭等)，通過已知目標物的深度按下式計算，然后按V計算前方不良地質(zhì)體的深度D。

V=/t₁(6-8)

式中：Z——已知物體的埋深;

A——T、R的距離;

t₁——已知物體電磁波行程時間。

地質(zhì)雷達法資料處理是將接收的雷達記錄進行振幅調(diào)整、頻譜分析等。

二、掌子面地質(zhì)雷達法應用

(一)天線頻率選擇

天線頻率選擇根據(jù)地質(zhì)雷達的電磁特性(表6-4)和天線的大小結(jié)合掌子面的實際情況確定，因此只能選擇50MHz、100 MHz的天線進行試驗。

試驗表明，地質(zhì)雷達天線以屏蔽天線為佳;采集前應對掌子面進行平整處理，應清除施工機械，使天線與掌子面能有較好的耦合。

表6-4地質(zhì)雷達電磁特性表

(二)掌子面地質(zhì)雷達超前探測巖溶異常特點

反射電磁波的反射系數(shù)(r)主要由相對介電常數(shù)的變化決定。巖溶地下水、斷層破碎帶等不良地質(zhì)體同完整圍巖的相對介電常數(shù)均有較大的差異，如水的介電常數(shù)為81，空氣的介電常數(shù)為1，灰?guī)r的介電常數(shù)為6～7，當灰?guī)r破碎含水或夾泥(溶洞)時，介電常數(shù)增加，對電磁波是高吸收。介質(zhì)含水量是決定介質(zhì)中相對介電常數(shù)的主要因素。

因此，界面反射信號的強弱是判讀空洞的依據(jù)，反射電磁波相位與直達電磁波相位的關系是判別含水界面的依據(jù)。

地質(zhì)雷達巖溶異常特點：巖溶裂隙異常主要是反射波振幅增強異常;巖溶溶洞異常主要是出現(xiàn)較強的反射波弧形異常，如溶洞含水含泥、反射電磁波頻率降低。

地質(zhì)雷達斷層異常特點：反射波組同向軸不連續(xù)，反射波振幅增強或減弱異常。

三、掌子面地質(zhì)雷達法適用性

(1)受施工干擾影響較大，受掌子面場地所限，地質(zhì)雷達天線應采用50～100MHz的低頻天線，以屏蔽天線為佳;探測深度(探測距離)不大，采用50MHz天線時，探測距離一般小于40m，采用100MHz天線時，探測距離一般小于25m。

(2)地質(zhì)雷達法是近距離施工地質(zhì)超前探測效果較好的物探方法，圖像直觀明了。

(3)當掌子面為高電導率的巖體如炭質(zhì)巖層或掌子面滲水時，電磁波反射系數(shù)很小，應用效果不好。

(4)應利用避車洞或超前鉆探揭露的地質(zhì)界面等求取地層的相對介電常數(shù)和地層電磁波速度，資料分析時應注意鋼拱架等干擾異常。

(5)需要物探專門人員進行超前探測。

四、掌子面地質(zhì)雷達法實例分析

在龍麟宮隧道出口DK231+093掌子面、DK231+068掌子面進行了地質(zhì)雷達超前探測，掌子面采集數(shù)據(jù)經(jīng)雷達自帶處理軟件處理后，得雷達探測記錄圖像波形圖，如圖6-29所示。探測成果：DK231+090～+063段反射信號較強，在右側(cè)有明顯的溶洞反射異常;DK231+063～+033段反射信號較強，有明顯的溶洞反射異常。

超前鉆探驗證和施工揭示DK231+090～+033段巖溶很發(fā)育，沿隧道洞身溶洞呈串珠狀，為充填溶洞。

圖6-29DK231+093掌子面、DK231+068掌子面地質(zhì)雷達波形圖