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1、10申请公布号CN101975089A43申请公布日20110216CN101975089ACN101975089A21申请号201010297931422申请日20100928E21F17/1820060171申请人中国水电顾问集团华东勘测设计研究院地址310014浙江省杭州市下城区潮王路22号申请人浙江华东工程安全技术有限公司72发明人单治钢黄世强孟繁兴刘志宏张春生吴关叶王小清74专利代理机构杭州九洲专利事务所有限公司33101代理人韩小燕54发明名称一种用探地雷达首波相位法预报地下水的方法57摘要本发明涉及一种用探地雷达首波相位法预报地下水的方法。本发明所要解决的技术问题是该方法可在隧道。
2、洞施工开挖过程中，提前预报掌子面前方的地下水，以便及早采取防范与处理措施，确保施工安全，解决该问题的技术方案是先在隧洞施工掌子面布置U型雷达测线，再用探地雷达沿该测线进行测试，将测试获得的数据处理后进行时深转换形成雷达图像，找出雷达图像中的强雷达反射波同相轴，分析该雷达波形的直达波首波相位和反射波首波相位，若反射波首波相位与直达波首波相位相反，则判断为含水地质构造；若反射波首波相位与直达波首波相位相同，则判断为空腔地质构造。本发明可用于隧道或隧洞施工掌子面前方的地下水超前预报。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书2页附图2页CN101975094A。
3、1/1页21一种用探地雷达首波相位法预报地下水的方法，其特征在于包括步骤11、在隧洞施工掌子面布置一条U型雷达测线4；12、从隧洞右壁起始点开始测试，沿右壁1至掌子2面再到左壁3进行测试，步距20CM，天线紧贴洞壁放平稳后再测试，在两拐角位置打上标记，测试至左壁终点结束；13、用备份数据文件进行频谱、滤波及增益恢复分析处理，选择地层的介电常数进行时深转换形成雷达图像；14、在所述雷达图像中识别出强雷达反射波同相轴，结合地质资料分析该强雷达反射波同相轴的性质，对于确定为地质构造的反射波同相轴，提取其单道雷达波形，分析该雷达波形的直达波首波相位和反射波首波相位；15、若反射波首波相位与直达波首波相。
4、位相反，则判断为含水地质构造；若反射波首波相位与直达波首波相位相同，则判断为空腔地质构造。权利要求书CN101975089ACN101975094A1/2页3一种用探地雷达首波相位法预报地下水的方法技术领域0001本发明涉及地下水的预报方法，尤其是一种用探地雷达首波相位法预报地下水的方法。适用于隧道或隧洞施工掌子面前方的地下水超前预报。背景技术0002在隧道或隧洞掌子面广泛应用TSP、探地雷达等方法预报掌子面前方的结构面或不良地质体，但一直缺乏针对地下水的准确预报方法。由于无法对地下水作出准确的预报，导致隧道洞施工涌、突水现象时有发生，给隧道洞施工带来较大的安全风险与隐患。发明内容0003本发。
5、明要解决的技术问题是提供一种用探地雷达首波相位法预报地下水的方法，可在隧道洞施工开挖过程中，提前、准确的预报掌子面前方的地下水，以便及早采取防范与处理措施，确保隧道洞的施工安全。0004本发明所采用的技术方案是用探地雷达首波相位法预报地下水的方法包括以下步骤00051、在隧洞施工掌子面布置一条U型雷达测线；00062、从隧洞右壁起始点开始测试，沿右壁至掌子面再到左壁进行测试，步距20CM，天线紧贴洞壁放平稳后再测试，在两拐角位置打上标记，测试至左壁终点结束；00073、用备份数据文件进行频谱、滤波及增益恢复分析处理，选择地层的介电常数进行时深转换形成雷达图像；00084、在所述雷达图像中识别出。
6、强雷达反射波同相轴，结合地质资料分析该强雷达反射波同相轴的性质，对于确定为地质构造的反射波同相轴，提取其单道雷达波形，分析该雷达波形的直达波首波相位和反射波首波相位；00095、若反射波首波相位与直达波首波相位相反，则判断为含水地质构造；若反射波首波相位与直达波首波相位相同，则判断为空腔地质构造。0010本发明通过分析探地雷达反射波的首波相位特征，判断掌子面前方的结构面或不良地质体是否含有地下水，实现了对地下水的提前、准确预报，确保了隧道洞的施工安全。同时本发明解决了一直长期困扰着工程界的难题，为防止发生突、涌水事故提供了理论依据。附图说明0011图1是本发明中U型雷达测线的布置示意图。001。
7、2图2是本发明实施例为含水地质构造探地雷达单道反射波波形图。0013图3是本发明另一实施例为空腔地质构造探地雷达单道反射波波形图。具体实施方式0014根据电磁波反射原理，界面两侧介质的介电常数的差异程度决定雷达反射波的幅说明书CN101975089ACN101975094A2/2页4值，界面两侧介质介电常数的大小决定雷达反射波的首波相位。由于水的相对介电常数远大于岩土介质，根据电磁波反射系数计算公式可知，从岩土层入射的含水界面的反射系数数值大且为负值，表明反射电磁波信号强，且首波相位与入射波首波相位相反；当结构面为空隙或地质体为空腔时，反射系数数值相当但为正值，表明反射电磁波信号强，而首波相位。
8、与入射波首波相位相相同。由此可判断反射介质是否为含水结构面或富水地质体。0015当隧道洞地质超前预报时，探地雷达符合电磁波垂直入射条件，在岩体非磁性介质中的界面电磁波反射系数为00160017式中，R1为入射介质的相对介电常数，可以直接测定；R2为反射介质的相对介电常数。0018水的相对介电常数为81，空气的相对介电常数为1，一般岩体的相对介电常数为515，当遇到含水界面或地下水时，界面反射系数为040060，电磁波反射信号强，且反射波首波相位与入射波首波相位相反；而当界面存在空隙或空腔时，界面反射系数为038059，电磁波反射信号强，但反射波首波相位与入射波首波相位相同。基于上述理论，可根据。
9、强反射雷达信号的相位特性，作出地下水存在与否的判断，从而实现地下水的超前预报。0019本发明超前预报地下水的方法包括以下步骤00201、在隧洞施工掌子面布置一条U型雷达测线4，也可布置高、低两条U型雷达测线请见图1；00212、从隧洞右壁起始点开始测试，沿右壁1至掌子面2再到左壁3进行测试，步距20CM，天线紧贴洞壁放平稳后再测试，在两拐角位置打上标记，测试至左壁终点结束；00223、用备份数据文件进行频谱、滤波及增益恢复分析处理，选择地层一般有灰岩、大理岩、砂岩等的介电常数进行时深转换形成雷达图像；00234、在所述雷达图像中识别出强雷达反射波同相轴即雷达记录上各道反射波相位相同的极值俗称波。
10、峰或波谷的连线，结合地质资料分析该强雷达反射波同相轴的性质，对于确定为地质构造的反射波同相轴，提取其单道雷达波形，分析该雷达波形的直达波首波相位和反射波首波相位；00245、若反射波首波相位与直达波首波相位相反，则判断为含水地质构造；若反射波首波相位与直达波首波相位相同，则判断为空腔地质构造。0025实施例一，从图2可以看出，反射波首波相位与直达波首波相位相反，判断掌子面前方将遇到含水地质构造，如继续开挖揭露后可能会产生突涌水，应及早采取防范措施，确保隧道洞的施工安全。0026实施例二，从图3可以看出，反射波首波相位与直达波首波相位相同，则判断掌子面前方为空腔地质构造。说明书CN101975089ACN101975094A1/2页5图1图2说明书附图CN101975089ACN101975094A2/2页6图3说明书附图CN101975089A。