介绍TSP法和地质雷达法的原理及数据处理中的注意事项，通过工程实例，验证了长距离预报手段(TSP法)与短距离预报手段(地质雷达法)相结合，可更精确地预报隧道工作面前方的地质情况。 关键词：GPR地质雷达法；TSP法；隧道超前地质预报；运用 引言 超前地质预报最早出现在上世纪的后期阶段，本身属于地质工程学当中的重要内容，我国对于这一内容的研究已经有了相当长的历史，并且在得到了一定的研究成果以后，开始广泛应用在各种地质工程建设当中，尤其以隧道最为明显。伴随着铁路、公路的持续完善，隧道的长度也得到了实时的增加，而在隧道长度增加的过程中，所涌现出来的问题也越来越多。为了实时避免由于地质问题而产生的各种工程事故，GPR地质雷达法与TSP法都被合理地应用到了隧道超前地质预报当中，而且发挥了相当高的实效性。 1、地质雷达原理 地质雷达是用电磁波来确定地下介质分布的一种方法。电磁波遇到不同反射界面(如地层分界面、溶洞、富水带等)，其传播路径随通过介质的不同而变化，过程中会产生反射、折射、散射、绕射及吸收等现象。根据天线接收到的反射脉冲波的振幅、相位、波长、频率等特征进行分析，便能够大致推测界面或异常区的空间位置及分布变化情况。 2、TSP法探测原理 TSP法是一种类似于零偏移距VSP地震多波反射波法，是专门为隧道超前地质预报而设计的，对隧道施工能够提供有效的帮助。TSP法在指定的震源点用小量炸药激发而产生的地震波，以球面波的形式在岩石中传播。当在传播过程中遇到岩石分界面时，一部分波被反射，被高灵敏度的地震检波器接收，一部分则经过折射继续向前传播。反射信号的传播时间与界面距离成正比，反射信号的强度与相关界面的性质、界面产状等密切相关，因而能提供直接测量。探测时，在选定的隧道侧壁上布置24个爆破探测孔，从掌子面与隧道壁的相交处开始布置第24号孔，依次到1号孔。检波器孔在距离1号孔10～15m的隧道侧壁各设一个。进行预报时，在爆破探测孔中装入小剂量炸药，通过逐个引爆产生的地震波反射到检波器处，接收点的检波器将接收到的反射波数据传输给记录仪储存起来，再利用处理软件对储存的数据进行处理，得到待测前方的地质情况。 3、地质雷达法与TSP法在隧道超前地质预报中的运用 3.1带通滤波 TSP预报技术的实质是利用地震波反射的方法对前方围岩进行地质勘探。地震反射波中既包含有效波也包含干扰波。为了去除干扰波信号，获得更准确的分析结果，在带通滤波过程中不建议使用缺省值，对于低切、高通、低通、高切四个参数应按照一定的准则进行拾取。隧道内的干扰波主要为炸药震源产生的面波和周围施工造成的微震动波。为了从频率域去除这两种干扰波，需对其频谱特征有所了解，如图2所示。 由图2可知，面波频谱的峰值低于有效波，微震动波的频谱较宽且峰值较低。根据上述波场频谱特征，滤波的目的就是要压制面波及微震动波等干扰波，突出有效波。 3.2地质雷达 地质雷达探测隧道时由于受掌子面大小及其表面凹凸不平的限制，常选用点测模式测量，点距10cm。天线采用100MHz屏蔽低频组合天线，发射率50kHz。采样点数1024个，时窗1000ns，叠加64次，低通－无限响应滤波器300，高通－无限响应滤波器25，扫描速度16(扫描/秒)。图像处理包括背景去除、时间零点、叠加、增益、FIＲ和IIＲ滤波等几个步骤，最终得到各扫描线的波形图和堆积图，并据此进行隧道轮廓线周边及前方围岩的地质判释。 4、应用案例 4.1工程概况 隧道地处贵州高原西部高原山地区，受侵蚀－溶蚀影响，地形条件较为复杂。出口位于斜坡地带，坡体植被发育，属溶蚀－剥蚀低中山地貌，附近最高海拔在2013.00～2253.10m之间，相对最大高差240.10m。隧道区地质构造较复杂，属杨子准地台→黔北台隆→六盘水断陷→威宁北西向构造变形区，以北西向褶皱断裂为主。隧道横穿断层及向斜构造。向斜轴部走向122°，向斜北东翼地层产状为243°∠58°，南西翼地层产状为23°∠50°。 4.2针对裂隙密集带展开的地质探测 在隧道工程开展的过程中，需要注意到，许多隧道当中，都会存在一部分软弱夹层和断层带，而这些软弱夹层的存在容易形成一定的裂隙，因而在施工的过程中需要加以多方面考虑和应对。同时，这些夹层和断层的分布是不规律的，本身所具有的成分完全不同，分布也十分不均匀，与周围的围岩有着相当大的差距。在这个时候，通过对GPR地质雷达的科学应用，能够形成更为严谨的探测基础，一旦裂隙的表面出现了雷达电磁波，这一界面将迅速形成较为强烈的反射波，进而被迅速检测到，呈现出最为详细的状况。如果裂隙当中存在一部分分布不均匀的填充物，在地质雷达的电磁波通过这些裂隙的时候，就会迅速出现各种杂乱不稳定的波长，直接出现波长不稳定、混乱的状况，进而可以根据这些状况展开合理的分析，确定当前裂隙密集带的具体情况，并展开相应的施工。 4.3 TSP的基础功能及应用 TSP技术指的主要是通过对地震波反射原理的综合运用进而实现良好的地质预报过程，而在预报的过程中，通过锤击或者振荡器都会产生相应的地震波，地震波在实际的隧道岩体当中会进行迅速的传播，一旦遇到一个地震界面，比如较为常见的断层、溶洞等，就会有相应的地震波反射回来，反射波在到达传感器以后，会被迅速地接收并生成相应的记录。接着可以通过3D软件技术对这些内容进行实际的分析和处理，进而使得地震波能够得到科学的叠加，最终形成立体的三维影像。此外，这一技术还能够通过对相关测量内容的融合，如隧道走向、大小进行实时的融合，进而确定当前隧道的地质构造状况，并在工程开展的过程中采取相应的办法加以应对。 4.4地质雷达和TSP法综合应用 将地质雷达和TSP法综合应用，能确保对不良地质体的发育规模判断和围岩等级划分较为准确，对隧道安全顺利施工提供更为科学合理的指导。对于围岩较好的区段，TSP法基本能满足预报要求;对于不良地质较发育的区段，可以先利用TSP法结合地质调查，确定不良地质发育段的大致范围，再通过地质雷达对掌子面前方30m范围内不良地质发育的位置、规模及性质作较为详细的预报，对TSP法长距离预报进行内容的补充和细化，提高预报准确度。 结束语 综上所述，为了实时避免由于地质问题而产生各种工程事故，GPR地质雷达法与TSP法都被合理地应用到了隧道超前地质预报当中，而且发挥了相当高的实效性，但是，这两种方法主要的功能都集中在地质预报上，因而所发挥的功能大小是不一样的，在实际的地质预报当中，需要加以不同的考虑，并分别采取一定的措施加以应对。GPR地质雷达法和TSP法对于现阶段的隧道工程建设开展而言，都有着十分重要的意义，在实际的发展过程中，需要加以多方面的应用，进而使得整个工程建设更加合理有效。