探地雷达隧道超前预报正演模拟及应用（论文）.pdf

· 93· 探地雷达隧道超前预报正演模拟及应用邓飞（四川金通工程试验检测有限公司，成都 610093）　　［摘　要］灰岩地区的隧道工程建设过程中容易发生突水、突泥、顶板冒落和垮塌等地质灾害，为保证隧道的安全掘进、安全施工，务必要在隧道开挖掌子面进行隧道的超前预报工作。基于时域有限差分原理，建立在灰岩地区典型的断层破碎带及充水、充气溶洞模型，模拟高频雷达波在具有波阻抗差异的断层破碎带及溶洞中传播的过程。利用正演模拟的雷达成像剖面示意及波阻抗界面的反射波极性是否反转等因素，分析了不同岩溶构造分布的雷达成像分布特征规律，为实际工程建设提供指导依据。同时以城开高速旗杆山隧道为实例，验证地质雷达正演模拟和解释准则的可靠性。　　［关键词］超前预报；地质雷达；隧道工程；正演模拟；岩溶　　［中图分类号］ U452.11 　　　［文献标志码］ A　　　　　［文章编号］ 1001 -523X （2022 ）09-0093 -05 FORWARD MODELING AND APPLICATION OF GPR TUNNEL PREDICTION Deng Fei 　　［Abstract ］ In the process of tunnel construction in limestone area, geological disasters such as water inrush, mud inrush, roof caving and collapse are easy to occur.In order to ensure the safe tunneling and construction of the tunnel, it is necessary to carry out the advance prediction work in the tunnel excavation face.Based on the principle of FDTD, a typical fault fracture zone and water ﬁlled and air ﬁlled cave model in limestone area are established in this paper.The propagation process of HF radar wave in fault fracture zone and cave with different wave impedance is simulated.Based on the radar imaging proﬁle of forward modeling and whether the polarity of reﬂected wave of wave impedance interface is reversed or not, the distribution characteristics of radar imaging with different karst structure distribution are analyzed, which provides guidance for the actual engineering construction.At the same time, the reliability of GPR forward simulation and interpretation criteria is veriﬁed by the example of qigangshan tunnel. 　　［Keywords ］ advanced prediction; geological radar; tunnel engineering; forward modeling; karst 地质雷达超前预报被广泛应用于隧道施工建设过程中，其可以较好地探测到隧道开挖前方的围岩变化情况，探测距离为 15~30 m 。探地雷达的正演模拟能为雷达实际工程过程提供理论依据，并且利于在排除现场各种干扰的情况下，纯粹地分析由地质异常所造成雷达反射波响应规律。目前，有众多专家学者做过探地雷达正演模拟的研究工作，如韩永琦等 [1]介绍了探地雷达的探测原理和正演过程中的时域有限差分法。但是，大多数的正演模拟场景均以衬砌为研究对象，其模拟过程中天线频率较高，且模型厚度较小，模拟结果虽然准确率较高，可靠性较强，但是与探地雷达隧道超前预报的应用场景相差较大。因此，讨论灰岩地区中典型岩溶构造异常在雷达波场中的响应特征。 1 探地雷达及正演模拟基本原理 1.1 探地雷达基本工作原理地质雷达采用的是时间域脉冲雷达，雷达系统向被探测物发射电磁波脉冲，电磁脉冲穿过介质表面，碰到目标物或不同介质的界面被反射回来，根据电磁波的双程走时及回波的振幅、相位、频率变化特征等，分析确定探测目标的形态及结构特性。 1.2 GprMax软件及正演模拟原理 GprM

查看更多收起部分