周 輪, 李術(shù)才, 許振浩,*, 吳 靜, 何樹江, 黃 鑫, 朱興禮

(1. 山東大學(xué)巖土與結(jié)構(gòu)工程研究中心， 山東 濟(jì)南 250061；2. 中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司， 山東 泰安 271000)

隧道施工期超前預(yù)報(bào)地質(zhì)雷達(dá)異常干擾識(shí)別及處理

周 輪1, 李術(shù)才1, 許振浩1,*, 吳 靜1, 何樹江1, 黃 鑫1, 朱興禮2

(1. 山東大學(xué)巖土與結(jié)構(gòu)工程研究中心， 山東 濟(jì)南 250061；2. 中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司， 山東 泰安 271000)

受隧道施工復(fù)雜環(huán)境的影響，地質(zhì)雷達(dá)在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中經(jīng)常遇到各種干擾信號(hào)，會(huì)對(duì)不良地質(zhì)體探測(cè)和預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性造成影響。采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法對(duì)隧道地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)過(guò)程中掌子面附近臺(tái)車等金屬物體、探測(cè)表面凹凸不平、電纜與輸電線路、測(cè)線表面金屬或非金屬干擾物、探測(cè)區(qū)積水積泥以及底板測(cè)線附近金屬物體等常見(jiàn)干擾因素進(jìn)行分析，研究其在雷達(dá)處理圖像上的表現(xiàn)特征與識(shí)別方法，并從相對(duì)介電常數(shù)取值、直達(dá)波拾取、天線移動(dòng)、測(cè)線里程標(biāo)記、增益調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)處理等方面討論減少或消除干擾因素的措施。研究成果有利于提高地質(zhì)雷達(dá)在隧道超前預(yù)報(bào)中的準(zhǔn)確性，并對(duì)類似工程具有一定的參考和借鑒意義。

隧道； 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)； 地質(zhì)雷達(dá)； 干擾信號(hào)； 齊岳山隧道

0 引言

地質(zhì)雷達(dá)具有操作簡(jiǎn)單、精確度高、對(duì)施工影響小等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中[1]。近年來(lái)大量學(xué)者在地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用方面做了相關(guān)研究，在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)以及施工檢測(cè)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)[2-4]。然而，受隧道內(nèi)復(fù)雜環(huán)境的影響，進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集時(shí)會(huì)遇到各種干擾信號(hào)，采集到的原始波形也會(huì)千差萬(wàn)別，有的干擾數(shù)據(jù)甚至?xí)⒂行?shù)據(jù)完全掩蓋，造成對(duì)不良地質(zhì)體的誤判，使得探測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，威脅隧道施工與運(yùn)營(yíng)安全[5-6]。同時(shí)，操作不當(dāng)也會(huì)產(chǎn)生各種異常信號(hào)，只有正確認(rèn)識(shí)干擾波和異常信號(hào)的產(chǎn)生原因，才能采取有效的措施，獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)圖像，為數(shù)據(jù)解譯提供良好的基礎(chǔ)[7-9]。

在地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)干擾識(shí)別與處理方面，一些學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)研究。如： 許新剛等[10]研究了地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)過(guò)程中幾種常見(jiàn)的干擾，并提出了相應(yīng)的處理對(duì)策；蘭樟松等[11]將地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用在工程勘察方面，總結(jié)了探測(cè)過(guò)程中的常見(jiàn)干擾因素；魯建邦[12]對(duì)干擾數(shù)據(jù)解譯圖像識(shí)別進(jìn)行研究，提高了干擾圖像識(shí)別的準(zhǔn)確率。而在隧道內(nèi)特定環(huán)境中地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)干擾方面的研究較少，且關(guān)于隧道中常見(jiàn)干擾因素的分析不全面，對(duì)減少或消除干擾的措施討論不詳細(xì)。

本文結(jié)合利萬(wàn)高速齊岳山隧道施工期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，分析地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)中的常見(jiàn)干擾因素，研究干擾因素在雷達(dá)處理圖像上的表現(xiàn)特征與識(shí)別方法，根據(jù)隧道現(xiàn)場(chǎng)干擾源特征，探討減少或消除干擾因素的措施。

1 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理

地質(zhì)雷達(dá)是一種根據(jù)巖體介質(zhì)的電性差異對(duì)巖體介質(zhì)或地質(zhì)異常體進(jìn)行探測(cè)的電磁波探測(cè)技術(shù)[13]。通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)天線向巖體內(nèi)部發(fā)射電磁波，電磁波在不同電性差異界面反射，反射回來(lái)的電磁波被接收天線接收，接收數(shù)據(jù)再傳至電腦進(jìn)行處理，其探測(cè)原理如圖1所示。通過(guò)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到雷達(dá)反射圖像，對(duì)圖像進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可以推測(cè)不良地質(zhì)體的類型、位置及其分布特點(diǎn)[14]。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理

不同的介質(zhì)具有不同的反射特性，電磁波在巖體介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)在2種不同相對(duì)介電常數(shù)介質(zhì)的接觸面發(fā)生反射，反射波能量的大小取決于反射系數(shù)

(1)

式中ε1、ε2為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。

由式(1)可知，2種介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)差別越大，反射系數(shù)越大，反射越明顯。常見(jiàn)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)如表1所示，其中： 空氣的相對(duì)介電常數(shù)為1，水的相對(duì)介電常數(shù)為81，金屬體的相對(duì)介電常數(shù)為無(wú)窮大。相對(duì)介電常數(shù)的差異會(huì)造成電磁波傳播特性的差異。

表1 常見(jiàn)材料的相對(duì)介電常數(shù)[14-15]

電磁波在介質(zhì)中的傳播速度

(2)

式中：C為電磁波在真空中的傳播速度；εr為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。

根據(jù)材料的相對(duì)介電常數(shù)，由式(2)可計(jì)算出電磁波在該介質(zhì)中的傳播速度，從而可以根據(jù)反射波的接收時(shí)間判斷出反射體的位置。

通過(guò)對(duì)接收的反射電磁波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可識(shí)別地下不良地質(zhì)體的類型、位置及規(guī)模。地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)效果主要取決于不良地質(zhì)體與周圍介質(zhì)間的相對(duì)介電常數(shù)差異、巖體介質(zhì)對(duì)電磁波的吸收程度、不良地質(zhì)體的深度位置以及周圍探測(cè)環(huán)境對(duì)雷達(dá)信號(hào)的干擾程度等[14]。不良地質(zhì)體與周圍介質(zhì)間的相對(duì)介電常數(shù)差異越大，電磁波反射越強(qiáng)烈，在雷達(dá)圖像上的反應(yīng)特征越明顯。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)時(shí)容易受環(huán)境干擾，因此，需在探測(cè)過(guò)程中采取相應(yīng)的措施來(lái)減少或者消除干擾。

2 幾種常見(jiàn)異常信號(hào)

在隧道中進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)時(shí)，掌子面附近的臺(tái)車等金屬物體、探測(cè)表面凹凸不平、底板測(cè)線附近電纜與輸電線路、測(cè)線表面金屬或非金屬干擾物、探測(cè)區(qū)積水積泥以及底板測(cè)線附近金屬體等是常見(jiàn)的干擾源，會(huì)嚴(yán)重影響采集信息的質(zhì)量。根據(jù)齊岳山隧道現(xiàn)場(chǎng)采集的干擾源數(shù)據(jù)，分別對(duì)上述干擾源進(jìn)行討論和分析。

2.1 掌子面附近臺(tái)車等金屬物體

在地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)隧道掌子面前方地質(zhì)情況時(shí)，需將雷達(dá)天線緊貼掌子面，朝掌子面前方發(fā)射電磁波，如果掌子面附近施工臺(tái)車等金屬物體未轉(zhuǎn)移至測(cè)線范圍外一定距離，會(huì)對(duì)探測(cè)結(jié)果產(chǎn)生干擾，其在雷達(dá)圖像上的表現(xiàn)如圖2所示，雷達(dá)圖像上將出現(xiàn)一系列強(qiáng)振幅高能量同相軸。圖像異常位置和干擾體位置可通過(guò)式(2)速度時(shí)間換算關(guān)系驗(yàn)證。因此，在進(jìn)行掌子面地質(zhì)雷達(dá)超前預(yù)報(bào)時(shí)，需將測(cè)線附近的金屬物體移至測(cè)線范圍外一定距離，減小對(duì)雷達(dá)信號(hào)的影響。對(duì)于無(wú)法移走的金屬物體，需要標(biāo)記并記錄其位置，防止將掌子面附近的金屬物體誤判為異常地質(zhì)體。

圖2 掌子面附近金屬物體干擾圖像

2.2 探測(cè)表面凹凸不平

地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)時(shí)，操作員需將雷達(dá)天線緊貼探測(cè)表面，且天線移動(dòng)方向須與天線上的標(biāo)示方向一致。當(dāng)探測(cè)表面凹凸不平時(shí)，天線移動(dòng)過(guò)程中容易發(fā)生跳動(dòng)，會(huì)造成電磁波散射現(xiàn)象，且電磁波會(huì)在地面與天線之間不斷震蕩和反射，產(chǎn)生的震蕩信號(hào)會(huì)影響有效信號(hào)，跳動(dòng)嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)⒂行盘?hào)完全掩蓋。天線和探測(cè)表面之間的耦合效應(yīng)引起的反射波信號(hào)如圖3所示，其在雷達(dá)圖像上反映為一系列隨時(shí)間延長(zhǎng)的電磁波信號(hào)，掩蓋了有效信號(hào)，造成數(shù)據(jù)無(wú)法分析。探測(cè)表面凹凸不平還會(huì)造成操作員移動(dòng)天線不便、移動(dòng)速度不一致等問(wèn)題。可以預(yù)先對(duì)探測(cè)表面進(jìn)行處理，確保探測(cè)表面平整。同時(shí)為保證天線水平，可以在移動(dòng)時(shí)微抬天線，在保證天線能越過(guò)凸起位置時(shí)，天線應(yīng)緊靠探測(cè)面，這在一定程度上能減弱干擾，但會(huì)使直達(dá)波的到達(dá)時(shí)間延長(zhǎng)，后期數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)予以剔除。

圖3 探測(cè)表面凹凸不平干擾圖像

2.3 電纜與輸電線路

隧道內(nèi)電纜對(duì)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)干擾較大，容易造成誤判。電纜通常布置在隧道邊墻，在進(jìn)行底板下方不良地質(zhì)體探測(cè)時(shí)，測(cè)線方向與電流方向平行，天線的極化方向垂直于電流方向，如圖4所示，其在地質(zhì)雷達(dá)圖像上表現(xiàn)為1組反射強(qiáng)烈的水平同相軸[14]。在底板探測(cè)時(shí)，需要注意輸電線路與測(cè)線之間的相對(duì)位置，并記錄下來(lái)。

圖4 電纜與輸電線路干擾圖像

2.4 測(cè)線表面金屬或非金屬干擾物

電磁波在遇到金屬物體時(shí)，會(huì)在其表面產(chǎn)生強(qiáng)烈全反射，反射能量較強(qiáng)，振幅較大，而頻率基本保持不變。當(dāng)?shù)刭|(zhì)雷達(dá)天線越過(guò)測(cè)線表面的金屬物體(如鋼筋、金屬管線、金屬電纜等)時(shí)，反射波在地質(zhì)雷達(dá)圖像上表現(xiàn)為強(qiáng)能量同相軸，并且會(huì)在金屬物和天線之間多次反射，如圖5所示，在雷達(dá)圖像上表現(xiàn)為強(qiáng)能量同相軸垂向延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)[10]；當(dāng)?shù)刭|(zhì)雷達(dá)天線越過(guò)測(cè)線表面非金屬干擾物(如小石子、皮管線、木板等)時(shí)，電磁波也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)能量反射波，得到的反射波圖像與金屬物體產(chǎn)生的圖像類似，但反射電磁波的能量相對(duì)較弱，在圖像上沒(méi)那么明顯。強(qiáng)反射干擾容易覆蓋有效信息，造成采集的圖像無(wú)法分析。因此，在進(jìn)行隧道底板探測(cè)時(shí)，應(yīng)將測(cè)線上的金屬和非金屬干擾物移開，保持測(cè)線平整，或者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況重新布置測(cè)線。

圖5 測(cè)線表面金屬體干擾圖像

2.5 探測(cè)區(qū)域積水積泥

隧道施工時(shí)底板常積水積泥，電磁波在積水積泥探測(cè)表面出現(xiàn)強(qiáng)反射，會(huì)掩蓋有效信號(hào)，如圖6所示，導(dǎo)致探測(cè)結(jié)果無(wú)法分析。因此，探測(cè)時(shí)需要合理選擇測(cè)線位置，盡量避免雷達(dá)天線通過(guò)有水段落；當(dāng)無(wú)法避開時(shí)，可先處理積水積泥，然后再進(jìn)行探測(cè)。

圖6 探測(cè)表面積水積泥干擾圖像

2.6 底板測(cè)線附近金屬體

在進(jìn)行底板探測(cè)時(shí)，測(cè)線附近通常放置有金屬體(如臺(tái)車、裝載機(jī)、電機(jī)等)，會(huì)對(duì)探測(cè)結(jié)果產(chǎn)生干擾。當(dāng)金屬體位于測(cè)線兩端時(shí)，其在雷達(dá)圖像上反映為雙曲線的一翼，如圖7(a)所示；當(dāng)金屬體位于測(cè)線中間時(shí)，其在雷達(dá)圖像上反映為雙曲線，如圖7(b)所示。由于雙曲線通常為溶洞在雷達(dá)圖像上的反射特征，為防止將金屬體誤判為溶洞等異常體，探測(cè)前需撤走測(cè)線附近的金屬體。

(a) 金屬體在測(cè)線兩端

(b) 金屬體在測(cè)線中部

3 注意事項(xiàng)討論

3.1 相對(duì)介電常數(shù)與電磁波傳播速度

電磁波在不同介質(zhì)中的傳播速度不同，傳播速度會(huì)影響隧道不良地質(zhì)體的定位，因此，正確獲取電磁波的傳播速度至關(guān)重要。電磁波在地層中的傳播速度主要取決于介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)[13]，由于地下介質(zhì)的復(fù)雜性和隱蔽性，較難準(zhǔn)確獲取其相對(duì)介電常數(shù)值，可通過(guò)觀測(cè)探測(cè)區(qū)域的地質(zhì)條件，記錄巖體巖性、含水量、泥質(zhì)含量等信息。根據(jù)巖體巖性確定該段巖體的相對(duì)介電常數(shù)范圍，再通過(guò)巖體含水量以及泥質(zhì)含量對(duì)相對(duì)介電常數(shù)值進(jìn)行修正。當(dāng)含水量、泥質(zhì)含量較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大相對(duì)介電常數(shù)取值。確定相對(duì)介電常數(shù)值后，再計(jì)算其所對(duì)應(yīng)的速度。

3.2 直達(dá)波拾取

雷達(dá)天線位置與探測(cè)表面之間存在一定距離，電磁波傳播至地面反射回來(lái)被接收形成直達(dá)波。為了將探測(cè)深度坐標(biāo)軸原點(diǎn)建立在地面，使異常體深度為雷達(dá)圖像深度坐標(biāo)值，在數(shù)據(jù)處理時(shí)需將直達(dá)波時(shí)間段剔除。直達(dá)波時(shí)間段切除準(zhǔn)確與否會(huì)影響異常體的定位，尤其是在采用高頻率雷達(dá)探測(cè)時(shí)，探測(cè)距離短，切除不準(zhǔn)確對(duì)不良地質(zhì)體位置的判斷偏差更大，正確選取直達(dá)波時(shí)間更為重要。在現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)時(shí)，可以預(yù)先在地表放一塊金屬物體，移動(dòng)天線越過(guò)金屬物體來(lái)獲取直達(dá)波在雷達(dá)圖像上的位置，隨后移走金屬物體再進(jìn)行正式探測(cè)。數(shù)據(jù)處理時(shí)，通過(guò)分析越過(guò)金屬物體的雷達(dá)數(shù)據(jù)來(lái)確定直達(dá)波時(shí)間。

3.3 天線移動(dòng)速度和距離

在進(jìn)行底板不良地質(zhì)體探測(cè)時(shí)，天線宜勻速移動(dòng)，且不能過(guò)快，以正常步數(shù)移動(dòng)天線為佳，盡量沿設(shè)計(jì)測(cè)線移動(dòng)。勻速移動(dòng)的目的主要是便于異常體在測(cè)線上的定位。若移動(dòng)速度過(guò)快，會(huì)造成獲得的有用信息較少，不利于信號(hào)分析。測(cè)線長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，30～40 m為佳，當(dāng)需要探測(cè)的距離較長(zhǎng)時(shí)，可采用分段探測(cè)的方法。

3.4 測(cè)線里程標(biāo)記

在進(jìn)行底板探測(cè)時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)圖像上顯示的不良地質(zhì)體位置通常會(huì)與隧道內(nèi)的實(shí)際里程有一些偏差。為保證地質(zhì)雷達(dá)圖像上各點(diǎn)的坐標(biāo)與實(shí)際里程對(duì)應(yīng)，可以每隔10 m的距離對(duì)測(cè)線進(jìn)行一次標(biāo)記，并記錄所有標(biāo)記點(diǎn)的里程以供核對(duì)[16]。移動(dòng)天線對(duì)齊標(biāo)記點(diǎn)，打點(diǎn)標(biāo)記并記錄其位置，數(shù)據(jù)處理時(shí)將標(biāo)記點(diǎn)顯示在雷達(dá)圖像上，以便與實(shí)際里程校核。在雷達(dá)圖像上顯示較大異常的位置，可通過(guò)增加測(cè)線條數(shù)來(lái)確定異常體的規(guī)模與形態(tài)。

3.5 增益調(diào)節(jié)

地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)時(shí)，電磁波由探測(cè)面向遠(yuǎn)處傳播，部分能量會(huì)被介質(zhì)吸收掉，反射波能量相應(yīng)減少。距離天線越近反射波能量越大，距離天線越遠(yuǎn)反射波能量越小，會(huì)在雷達(dá)圖像上反映出比較明顯的能量分層帶，越靠近探測(cè)表面信號(hào)越強(qiáng)，遠(yuǎn)端信號(hào)較弱，因此，需要進(jìn)行增益調(diào)節(jié)來(lái)放大有效信號(hào)。正確的增益調(diào)節(jié)方式如圖8(a)所示。增益調(diào)節(jié)的原則是保證增益點(diǎn)之間線性變化，同時(shí)應(yīng)使反射能量控制在一定的范圍。增益太大會(huì)造成削波現(xiàn)象，掩蓋有效信號(hào)，增益太小有效信號(hào)不明顯，異常體位置不突出[14]。應(yīng)根據(jù)隧道的實(shí)際情況，將天線移至探測(cè)位置，采用先自動(dòng)后手動(dòng)的方法調(diào)節(jié)增益。

圖8 增益調(diào)節(jié)示意圖

3.6 數(shù)據(jù)處理

隧道內(nèi)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)時(shí)，干擾因素較多，對(duì)采集的原始數(shù)據(jù)處理后才能進(jìn)行分析，處理時(shí)可通過(guò)設(shè)置正確的濾波參數(shù)來(lái)去除部分干擾。雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的原則是處理步驟越少越好，原始數(shù)據(jù)最能反映實(shí)際情況，處理步驟多則會(huì)將有效信號(hào)處理掉。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方法越來(lái)越多，效果也越來(lái)越好?？筛鶕?jù)實(shí)際情況選擇處理方法，采用多種方法綜合處理分析，避免單一方法造成的處理結(jié)果與實(shí)際情況不符。

4 結(jié)論與建議

1)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)時(shí)需將金屬物體移至測(cè)線外一定距離。對(duì)于會(huì)對(duì)探測(cè)結(jié)果產(chǎn)生干擾又無(wú)法移走的干擾體，應(yīng)詳細(xì)記錄其相關(guān)信息，包括干擾體的屬性與大小以及干擾體與測(cè)線的相對(duì)位置關(guān)系等，并通過(guò)信號(hào)處理從雷達(dá)圖像上識(shí)別或剔除干擾波，降低誤判率。

2)確保探測(cè)表面平整或適當(dāng)調(diào)節(jié)天線與地面距離，保證天線與探測(cè)表面平行，注意清理底板積水，減少積水對(duì)探測(cè)的影響。

3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖情況，選取合適的相對(duì)介電常數(shù)。標(biāo)記測(cè)線里程，并在探測(cè)一定范圍后進(jìn)行校核。天線移動(dòng)應(yīng)勻速，且不能過(guò)快。合理設(shè)置增益，采用正確的濾波參數(shù)。

4)當(dāng)預(yù)報(bào)結(jié)果顯示存在異常體時(shí)，可增加測(cè)線密度或輔以其他探測(cè)方法進(jìn)行綜合超前預(yù)報(bào)，避免單一方法造成的處理結(jié)果與實(shí)際情況不符，從而更準(zhǔn)確地進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

[1] 洪開榮. 我國(guó)隧道及地下工程發(fā)展現(xiàn)狀與展望 [J]. 隧道建設(shè), 2015, 35(2): 95-107. (HONG Kairong.State-of-art and prospect of tunnels and underground works in China [J]. Tunnel Construction, 2015, 35(2): 95-107. (in Chinese))

[2] 張慶松, 許振浩, 李術(shù)才. 巖溶隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法與工程應(yīng)用[J]. 山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版), 2009, 39(4): 7-11,29. (ZHANG Qingsong, XU Zhenhao, LI Shucai. Integrated advanced geological prediction methods and engineering application of karst tunnels [J]. Journal of Shandong University (Engineering Science), 2009, 39(4): 7-11, 29. (in Chinese))

[3] 呂喬森, 羅學(xué)東, 任浩. 綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在穿河隧道中的應(yīng)用[J]. 隧道建設(shè), 2009, 29(2): 189-193. (LYU Qiaosen, LUO Xuedong, REN Hao. Application of integrated advance geology forecast technology in a river-crossing tunnel [J]. Tunnel Construction, 2009, 29(2): 189-193. (in Chinese))

[4] 陽(yáng)躍朋, 陳秋南. 復(fù)雜巖溶隧道中地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的綜合應(yīng)用[J]. 工程地球物理學(xué)報(bào), 2012, 9(1): 1-4. (YANG Yuepeng, CHEN Qiunan. Integrated application of advanced geological forecast to complex karst tunnel[J]. Chinese Journal of Engineering Geophysics, 2012, 9(1): 1-4. (in Chinese))

[5] 薛翊國(guó), 李術(shù)才, 蘇茂鑫, 等. 隧道施工期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施方法研究[J]. 巖土力學(xué), 2011, 32(8): 2416-2422. (XUE Yiguo, LI Shucai, SU Maoxin, et al. Study of geological prediction implementation method in tunnel construction[J]. Rock and Soil Mechanics, 2011, 32(8): 2416-2422. (in Chinese))

[6] 王剛, 楊朝帥. 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)綜合技術(shù)在公路隧道中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù), 2012, 49(1): 160-165. (WANG Gang, YANG Chaoshuai. Application of integrated tunnel geological prediction technologies to highway tunnels[J]. Modern Tunnelling Technology, 2012, 49(1): 160-165. (in Chinese))

[7] 原小帥, 張慶松, 許振浩, 等. TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)異常地震波信號(hào)[J]. 山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版), 2009, 39(4): 53-56. (YUAN Xiaoshuai, ZHANG Qingsong, XU Zhenhao, et al. Abnormal seismic signals in the TSP advanced geological prediction[J]. Journal of Shandong University (Engineering Science), 2009, 39(4): 53-56. (in Chinese))

[8] 王洪勇. 綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在圓梁山隧道中的應(yīng)用 [J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù), 2004, 41(3): 55-61. (WANG Hongyong. Comprehensive advance geology prediction adopted in Yuanliangshan Tunnel[J]. Modern Tunnelling Technology, 2004, 41 (3): 55-61. (in Chinese))

[9] 張家鳴．提高地質(zhì)雷達(dá)隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)效果的幾點(diǎn)措施[J]. 隧道建設(shè), 2014, 34(7): 691-695. (ZHANG Jiaming. Measures to improve effect of tunnel lining testing by means of ground penetrating radar[J]. Tunnel Construction, 2014, 34(7): 691-695. (in Chinese))

[10] 許新剛, 李黨民, 周杰. 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)中干擾波的識(shí)別及處理對(duì)策[J]. 工程地球物理學(xué)報(bào), 2006, 3(2): 114-118. (XU Xingang, LI Dangmin, ZHOU Jie. Identifying interferential wave in GPR and its countermeasure [J]. Chinese Journal of Engineering Geophysics, 2006, 3(2): 114-118. (in Chinese))

[11] 蘭樟松, 張虎生, 張炎孫, 等. 淺淡地質(zhì)雷達(dá)在工程勘察中的干擾因素及圖像特征[J]. 物探與化探, 2000, 24(5): 387-390. (LAN Zhangsong, ZHANG Husheng, ZHANG Yansun, et al. A tentative discussion on interference factors and image characteristics in the application of geological radar to engineering exploration[J]. Geophysical & Geochemical Exploration, 2000, 24(5): 387-390. (in Chinese))

[12] 魯建邦. 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)過(guò)程中干擾物的圖像識(shí)別[J]. 隧道建設(shè), 2011, 31(6): 686-689. (LU Jianbang.

Interpretation of interfering factors in detection by geological radar[J]. Tunnel Construction, 2011, 31(6): 686-689. (in Chinese))

[13] 楊峰, 彭蘇萍. 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理與方法研究[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2010.(YANG Feng, PENG Suping. Detection principle and method of ground penetrating radar[M]. Beijing: Science Press, 2010. (in Chinese))

[14] 高陽(yáng), 張慶松, 原小帥, 等. 地質(zhì)雷達(dá)在巖溶隧道超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J]. 山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版), 2009, 39(4): 82-86. (GAO Yang, ZHANG Qingsong, YUAN Xiaoshuai, et al. Application of geological radar to geological forecast in karst tunnel[J]. Journal of Shandong University (Engineering Science), 2009, 39(4): 82-86. (in Chinese))

[15] 劉斌 ,李術(shù)才, 李樹忱, 等. 復(fù)信號(hào)分析技術(shù)在地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)巖溶裂隙水中的應(yīng)用研究[J]. 巖土力學(xué), 2009, 30(7): 2191-2196. (LIU Bin, LI Shucai, LI Shuchen，et al. Study of application of complex signal analysis to predicting karst-fractured ground water with GPR[J]. Rock and Soil Mechanics, 2009, 30(7): 2191-2196. (in Chinese))

[16] 楊露, 蔣雅君, 劉會(huì)鋼, 等. 建立既有隧道襯砌表面檢測(cè)坐標(biāo)系的初步研究[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào), 2015, 11(增刊2): 792-797. (YANG Lu, JIANG Yajun, LIU Huigang, et al. Initial study of establishment of inspection coordinate on lining surface for existing tunnel[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2015, 11(S2): 792-797. (in Chinese))

Interpretation and Treatment of Interfering Factors in Advance Geological Prediction by Ground Penetrating Radar of Tunnel Construction

ZHOU Lun1, LI Shucai1, XU Zhenhao1, *, WU Jing1, HE Shujiang1, HUANG Xin1, ZHU Xingli2

(1. Geo & Stru Engineering Research Center, Shandong University, Jinan 250061, Shandong, China;2.The2ndEngineeringCo.,Ltd.ofChinaRailway14thBureauGroup,Tai’an271000,Shandong,China)

The ground penetrating radar is usually used to predict tunnel geology. However, it is often disturbed by interfering factors in complex tunnel construction environment; as a result, the prediction accuracy for bad geology can not be guaranteed. Some normal interfering factors, i.e. metal objects around tunnel face, detection surface roughness, cable and transmission line, metal/nonmetal of detection line, water and mud and metal around detection line on tunnel floor, are studied. The expression characteristics on radar image and interpretation of the interfering factors are analyzed. Countermeasures are discussed in terms of relative dielectric constants, direct wave pickup, radar antenna movement, survey line mileage marking, gain control and data processing. The study results can provide reference for similar projects in the future.

tunnel; advance geological prediction; ground penetrating radar; interfering signal; Qiyueshan Tunnel

2016-06-02;

2016-08-07

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)(2013CB036000)； 國(guó)家自然科學(xué)基金(51479106， 51509147)； 山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家獎(jiǎng)勵(lì)基金(2014BSE27132)

周輪(1992—)，男，湖南婁底人，山東大學(xué)建筑與土木工程專業(yè)在讀碩士，研究方向?yàn)樗淼赖刭|(zhì)災(zāi)害超前預(yù)報(bào)及防治。E-mail：18769788330@163.com。 *通訊作者： 許振浩， E-mail: zhenhao_xu@sdu.edu.cn。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.12.017

U 45

A

1672-741X(2016)12-1517-06