地質雷達法是應用于工程勘探中比較成熟的一種物探方法，在施工地質超前探測中主要用于掌子面地質超前探測和隧道基底隱伏巖溶探測工作。

一、掌子面地質雷達法原理

掌子面地質雷達法(GPR)是由發射天線在掌子面向前方發射電磁波，當電磁波向前傳播過程中遇到電阻抗差異的界面時會產生反射電磁波，通過掌子面上的接收天線接收反射電磁波，根據反射電磁波在介質中的傳播速度，確定界面或目標體的深度(到掌子面的距離);同時根據反射波的形態、強弱及其變化等因素來判定目標體的性質。

電磁波的傳播速度V計算通常是尋找一個已知點(鉆孔、露頭等)，通過已知目標物的深度按下式計算，然后按V計算前方不良地質體的深度D。

V=/t₁(6-8)

式中：Z——已知物體的埋深;

A——T、R的距離;

t₁——已知物體電磁波行程時間。

地質雷達法資料處理是將接收的雷達記錄進行振幅調整、頻譜分析等。

二、掌子面地質雷達法應用

(一)天線頻率選擇

天線頻率選擇根據地質雷達的電磁特性(表6-4)和天線的大小結合掌子面的實際情況確定，因此只能選擇50MHz、100 MHz的天線進行試驗。

試驗表明，地質雷達天線以屏蔽天線為佳;采集前應對掌子面進行平整處理，應清除施工機械，使天線與掌子面能有較好的耦合。

表6-4地質雷達電磁特性表

(二)掌子面地質雷達超前探測巖溶異常特點

反射電磁波的反射系數(r)主要由相對介電常數的變化決定。巖溶地下水、斷層破碎帶等不良地質體同完整圍巖的相對介電常數均有較大的差異，如水的介電常數為81，空氣的介電常數為1，灰巖的介電常數為6～7，當灰巖破碎含水或夾泥(溶洞)時，介電常數增加，對電磁波是高吸收。介質含水量是決定介質中相對介電常數的主要因素。

因此，界面反射信號的強弱是判讀空洞的依據，反射電磁波相位與直達電磁波相位的關系是判別含水界面的依據。

地質雷達巖溶異常特點：巖溶裂隙異常主要是反射波振幅增強異常;巖溶溶洞異常主要是出現較強的反射波弧形異常，如溶洞含水含泥、反射電磁波頻率降低。

地質雷達斷層異常特點：反射波組同向軸不連續，反射波振幅增強或減弱異常。

三、掌子面地質雷達法適用性

(1)受施工干擾影響較大，受掌子面場地所限，地質雷達天線應采用50～100MHz的低頻天線，以屏蔽天線為佳;探測深度(探測距離)不大，采用50MHz天線時，探測距離一般小于40m，采用100MHz天線時，探測距離一般小于25m。

(2)地質雷達法是近距離施工地質超前探測效果較好的物探方法，圖像直觀明了。

(3)當掌子面為高電導率的巖體如炭質巖層或掌子面滲水時，電磁波反射系數很小，應用效果不好。

(4)應利用避車洞或超前鉆探揭露的地質界面等求取地層的相對介電常數和地層電磁波速度，資料分析時應注意鋼拱架等干擾異常。

(5)需要物探專門人員進行超前探測。

四、掌子面地質雷達法實例分析

在龍麟宮隧道出口DK231+093掌子面、DK231+068掌子面進行了地質雷達超前探測，掌子面采集數據經雷達自帶處理軟件處理后，得雷達探測記錄圖像波形圖，如圖6-29所示。探測成果：DK231+090～+063段反射信號較強，在右側有明顯的溶洞反射異常;DK231+063～+033段反射信號較強，有明顯的溶洞反射異常。

超前鉆探驗證和施工揭示DK231+090～+033段巖溶很發育，沿隧道洞身溶洞呈串珠狀，為充填溶洞。

圖6-29DK231+093掌子面、DK231+068掌子面地質雷達波形圖