[發明專利]一種用探地雷達首波相位法預報地下水的方法

有效

• 申請號: 201010297931.4
• 申請日: 2010-09-28
• 公開（公告）號: CN101975089A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 單治鋼;黃世強;孟繁興;劉志宏;張春生;吳關葉;王小清
• 申請（專利權）人: 中國水電顧問集團華東勘測設計研究院;浙江華東工程安全技術有限公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

技術領域

本發明涉及地下水的預報方法，尤其是一種用探地雷達首波相位法預報地下水的方法。適用于隧道或隧洞施工掌子面前方的地下水超前預報。

背景技術

在隧道或隧洞掌子面廣泛應用TSP、探地雷達等方法預報掌子面前方的結構面或不良地質體，但一直缺乏針對地下水的準確預報方法。由于無法對地下水作出準確的預報，導致隧道(洞)施工涌、突水現象時有發生，給隧道(洞)施工帶來較大的安全風險與隱患。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種用探地雷達首波相位法預報地下水的方法，可在隧道(洞)施工開挖過程中，提前、準確的預報掌子面前方的地下水，以便及早采取防范與處理措施，確保隧道(洞)的施工安全。

本發明所采用的技術方案是：用探地雷達首波相位法預報地下水的方法包括以下步驟：

1、在隧洞施工掌子面布置一條U型雷達測線；

2、從隧洞右壁起始點開始測試，沿右壁至掌子面再到左壁進行測試，步距20cm，天線緊貼洞壁放平穩后再測試，在兩拐角位置打上標記，測試至左壁終點結束；

3、用備份數據文件進行頻譜、濾波及增益恢復分析處理，選擇地層的介電常數進行時深轉換形成雷達圖像；

4、在所述雷達圖像中識別出強雷達反射波同相軸，結合地質資料分析該強雷達反射波同相軸的性質，對于確定為地質構造的反射波同相軸，提取其單道雷達波形，分析該雷達波形的直達波首波相位和反射波首波相位；

5、若反射波首波相位與直達波首波相位相反，則判斷為含水地質構造；若反射波首波相位與直達波首波相位相同，則判斷為空腔地質構造。

本發明通過分析探地雷達反射波的首波相位特征，判斷掌子面前方的結構面或不良地質體是否含有地下水，實現了對地下水的提前、準確預報，確保了隧道(洞)的施工安全。同時本發明解決了一直長期困擾著工程界的難題，為防止發生突、涌水事故提供了理論依據。

附圖說明

圖1是本發明中U型雷達測線的布置示意圖。

圖2是本發明實施例為含水地質構造探地雷達單道反射波波形圖。

圖3是本發明另一實施例為空腔地質構造探地雷達單道反射波波形圖。

具體實施方式

根據電磁波反射原理，界面兩側介質的介電常數的差異程度決定雷達反射波的幅值，界面兩側介質介電常數的大小決定雷達反射波的首波相位。由于水的相對介電常數遠大于巖土介質，根據電磁波反射系數計算公式可知，從巖土層入射的含水界面的反射系數數值大且為負值，表明反射電磁波信號強，且首波相位與入射波首波相位相反；當結構面為空隙或地質體為空腔時，反射系數數值相當但為正值，表明反射電磁波信號強，而首波相位與入射波首波相位相相同。由此可判斷反射介質是否為含水結構面或富水地質體。

當隧道(洞)地質超前預報時，探地雷達符合電磁波垂直入射條件，在巖體非磁性介質中的界面電磁波反射系數為：

R=ϵr1-ϵr2ϵr1+ϵr2]]>

式中，ε_r1為入射介質的相對介電常數，可以直接測定；ε_r2為反射介質的相對介電常數。