我國隧道工程超前預(yù)報(bào)技術(shù)現(xiàn)狀分析修改稿

/我國隧道工程超前預(yù)報(bào)技術(shù)現(xiàn)狀分析鐘宏偉1）趙凌2）1）中國地質(zhì)高校地球物理和空間信息學(xué)院，湖北武漢4300742）長江工程地球物理勘測探討院（武漢），湖北武漢430010摘要：回顧了我國隧道工程超前預(yù)報(bào)技術(shù)的歷史，介紹了近年來的探討進(jìn)展，分析了其現(xiàn)狀，指出了當(dāng)前亟待解決的一些問題并提出了解決這些問題的基本設(shè)想。關(guān)鍵詞：隧道工程超前預(yù)報(bào)TSP法相控陣探地雷達(dá)TRT法BEAN法AnalysisontheCurrentSituationoftheTunnelEngineeringForwardDetectionTechnologyinChinaZhongHongwei1）ZhaoLin2)1)GeophysicalandspaceinformationinstituteofChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,2)InstituteofChangjiangEngineeringGeophysicsExploration(Wuhan),Wuhan,Abstract:ReviewedthehistoryofthetunnelengineeringforwarddetectiontechnologyinChina,introducedtheresearchdevelopmentinrecentyears,analyzedthecurrentsituation,pointedouttheexistedproblemsandthebasicideasondealingwiththeseproblems.Keywords:thetunnelengineeringforwarddetectionTSPphasedarraygroundpenetratingradar(GPR)0引言隨著公路、鐵路、水利、礦山及其它工程建設(shè)的飛速發(fā)展，我國的施工隧道已大量地出現(xiàn)。截至1999年，我國僅鐵路隧道就已達(dá)6876個，總長度為3670公里，為世界第一。作為隱藏工程的公路隧道、鐵路隧道、礦山隧道、輸水隧道等在施工過程中，由于前方地質(zhì)狀況不明，經(jīng)常會因遇到斷層、裂開帶、暗河、高地應(yīng)力等不良地質(zhì)體而導(dǎo)致塌方、泥石流、涌水、巖爆冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)難發(fā)生。這些災(zāi)難的出現(xiàn)，往往會影響施工進(jìn)度，造成人員傷亡，給施工單位、國家和人民帶來嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)損失。如1994年在尖山工程建設(shè)中[1]，由于對前方地質(zhì)災(zāi)難駕馭不清，結(jié)果出現(xiàn)了塌方、涌水并伴隨著大量泥石流出現(xiàn)，大大影響了工程進(jìn)度，給尖山工程建設(shè)帶來了嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)損失；天生橋二級水電站3條引水隧洞以及太平驛引水隧洞在施工過程中均多處發(fā)生過巖爆現(xiàn)象[2]，類似的地質(zhì)災(zāi)難在許多中小工程型和大型隧道工程中都出現(xiàn)過[3]。此外，有些隧道不僅延長很長，而且往往深埋于山體之中。對于這些埋藏很深的長隧道，由于其前期的地勘工作受到技術(shù)水平和經(jīng)費(fèi)的限制，因而在施工前不行能查清隧道圍巖的地質(zhì)狀況。隨著隧道工程施工的逐步深化，其平安隱患會一一暴露出來。這時須要在施工過程中實(shí)行有效方法，對前方不良地質(zhì)災(zāi)難進(jìn)行精確的超前預(yù)報(bào)，以便剛好地修正開挖和支護(hù)設(shè)計(jì)方案，避開施工事故發(fā)生。由此可見，隧道施工過程中的超前預(yù)報(bào)工作在隧道工程中的地位和作用都特別重要。然而我國的隧道超前預(yù)報(bào)技術(shù)的水平又是一個什么樣的現(xiàn)狀呢？目前的隧道超前預(yù)報(bào)技術(shù)是否能滿足工程建設(shè)的要求？假如不能滿足，那么今后的探討工作應(yīng)向何處邁進(jìn)和深化？本文試圖就這些問題開展探討。1我國隧道工程超前探測技術(shù)的現(xiàn)狀在我國隧道工程的勘察階段，一般都要進(jìn)行工程地質(zhì)調(diào)繪、巖溶水文地質(zhì)調(diào)查、綜合地球物理勘探、水文試驗(yàn)、深孔鉆探等大量地面調(diào)查和勘探測試工作。這些工作可基本查清隧道區(qū)域內(nèi)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)狀況，給設(shè)計(jì)部門供應(yīng)確定的地質(zhì)資料作為隧道工程的設(shè)計(jì)依據(jù)。但由于隧道是一個線狀的隱藏工程，且深埋于地下，其巖體的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件困難多變。限于目前的地質(zhì)勘探水平，試圖在工程勘察階段就精確無誤地查明其工程巖體的狀態(tài)、特征以及可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)難的不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模和性質(zhì)是極其困難的，特別是在困難的巖溶地區(qū)。因此，這些問題都必需依靠施工過程中的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作來解決。隧道施工期的超前預(yù)報(bào)一般分為干脆預(yù)報(bào)方法和間接方法兩大類。干脆預(yù)報(bào)方法主要有掌子面的超前鉆探、超前平導(dǎo)法等，間接方法主要是多種類型的地球物理探測手段。超前鉆探法是運(yùn)用鉆孔臺車從隧道掌子面對前打孔時鉆進(jìn)速度的變更，并結(jié)合巖粉和泥漿顏色來預(yù)料打眼深度范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況的。該方法能干脆揭示掌子面前方的地質(zhì)特征；超前平導(dǎo)法（或?qū)Э臃ǎ┦峭ㄟ^在隧道中線旁邊先期貫穿的一個綜合性地質(zhì)探洞來對主洞作進(jìn)行直觀的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的，該方法曾在秦嶺特長隧道修建中發(fā)揮過重要作用[4]。但由于上述兩種方法都屬于有損的探測和預(yù)報(bào)方法，其最大的缺點(diǎn)是費(fèi)時費(fèi)事、耗資巨大，有時甚至和隧道施工相沖突或遇到水體和瓦斯突出等災(zāi)難地質(zhì)層時會造成意想不到的災(zāi)難，因而其在工程實(shí)踐中的應(yīng)用受到了很大的限制。鑒于這方面的緣由，本文對這兩種方法將不作過多的分析和探討，而將著重探討地球物理方法在隧道超前預(yù)報(bào)方面的現(xiàn)狀和存在的問題。目前用于隧道超前預(yù)報(bào)的地球物理方法許多，主要有遂道地震超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)（TSP）、水平聲波剖面(HSP)法、陸地聲納法、探地雷達(dá)（GPR）法和紅外探水法幾種。1．遂道地震超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)隧道地震超前預(yù)報(bào)測量系統(tǒng)簡稱TSP（TunnelSeismicPrediction），是我國20世紀(jì)90年頭從瑞士安伯格（AMBERG）測量技術(shù)公司引進(jìn)的一套先進(jìn)的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)探測系統(tǒng)，也是我國目前應(yīng)用較為廣泛的一種。TSP和其它反射地震波方法一樣，接受了回聲測量原理：地震波在指定的震源點(diǎn)（通常在隧道的左邊墻或右邊墻，大約24個炮點(diǎn)布成一條直線）用小量炸藥激發(fā)產(chǎn)生，產(chǎn)生的地震波在巖石中以球面波的形式向前傳播，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石物性接口（即波阻抗接口，例如斷層、巖石裂開帶、巖性突變等）時，一部分地震信號反射回來，一部分地震信號透射進(jìn)入前方介質(zhì)，反射的地震信號被兩個三維高靈敏度的地震檢波器（一般左邊墻和右邊墻各一個）接收。通過對接收信號的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征進(jìn)行分析，便可推斷斷層、巖石裂開等不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模、產(chǎn)狀及巖石力學(xué)參數(shù)。

采集的TSP資料通過TSPWin軟件進(jìn)行處理。TSPWin軟件處理流程為：資料設(shè)置→帶通濾波→初至拾取→拾取處理→炮能量均衡→Q-估計(jì)→反射波提取→P-S分別→速度分析→深度偏移→反射層提取。通過TSPWin軟件處理，可以獲得P波、SH波、SV波的時間剖面、深度剖面、提取的反射層、巖石物理力學(xué)參數(shù)、各反射層能量大小等成果以及反射層在探測范圍內(nèi)的2D或3D空間分布。在瑞士20公里長的Vereina隧道工程施工中，TSP產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益[5]。該系統(tǒng)引入我國之后，一些專家學(xué)者結(jié)合我國隧道施工的具體狀況對其作了大量的深化完善工作。1991年鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院曾昭璜在該系統(tǒng)基礎(chǔ)上提出地震負(fù)視速度法或隧道垂直地震剖面法[6]，該方法和TSP的不同之處是TSP法為多點(diǎn)激發(fā)、一點(diǎn)接收，負(fù)視速度法是一點(diǎn)激發(fā)、多點(diǎn)接收。曾昭璜認(rèn)為：當(dāng)反射面和測線直立正交時，所接收的反射波和直達(dá)波在記錄圖像上呈負(fù)視速度，其延長線和直達(dá)波延長線的交點(diǎn)即為反射面的空間位置。中國鐵路工程總公司的何振起和鐵道部第三勘測設(shè)計(jì)院的白恒恒等利用該思想并結(jié)合超前水平鉆探等方法，在山西省長梁山隧道F5、F12斷層預(yù)報(bào)和福州飛鸞嶺公路隧道預(yù)報(bào)中取得了預(yù)期效果[7-8]。2002年，石家莊鐵道學(xué)院的李忠等人從地質(zhì)構(gòu)造學(xué)理論、爆破地震學(xué)理論動身，就如何增加TSP-202超前預(yù)報(bào)探測系統(tǒng)的探測距離進(jìn)行了初步探討[9]。他們認(rèn)為，若能依據(jù)現(xiàn)場具體地質(zhì)狀況來確定傳感器最佳安裝位置、選取合適的采樣參數(shù)以及探測炸藥種類和用量，則其探測距離可達(dá)到200米以上。他們還對如何利用TSP-202超前預(yù)報(bào)探測系統(tǒng)搜尋角問題進(jìn)行了探討，指出當(dāng)以一個較符合實(shí)際地質(zhì)狀況的搜尋角去處理地震波信息時，不但會使信息量會大大增加，而且對斷裂構(gòu)造的預(yù)料精度也會大大提高[10]。他們運(yùn)用概率論等數(shù)學(xué)方法，結(jié)合自己的探討成果在新倮納隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中取得了確定的效果[11]。2．水平聲波剖面法該方法是彈性波反射法的一種。探測時不占用掌子面，將放射源和接收換能器布設(shè)在遂道兩側(cè)的淺孔內(nèi)，發(fā)、收位置均在平行于隧道地面的同一水平面上，構(gòu)成一“水平聲波剖面”。這種方法的特點(diǎn)是各檢測點(diǎn)所接受的反射波路徑相等，因此反射波組合形態(tài)和反射界面形態(tài)相同，通常是直達(dá)波呈雙曲線形態(tài)，反射波呈直線形，其圖象直觀。該方法的另一種優(yōu)點(diǎn)是對反射界面傾角沒有限制，適用的范圍對負(fù)視速度法廣泛。3．陸地聲納法陸地聲納法是鐘世航1992年提出的，其實(shí)質(zhì)是垂直地震波反射法。該方法接受微小偏移距、錘擊激發(fā)、高頻超寬帶接收反射彈性波進(jìn)行連續(xù)剖面探測。據(jù)報(bào)道此方法在羊寨隧道和鋁廠隧道超前探測時，成功地探查出掌子面前方40～80m距離范圍的溶洞[12－15]。4．探地雷達(dá)法探地雷達(dá)法也叫地質(zhì)雷達(dá)法。該方法利用放射天線將高頻電磁波以脈沖形式由隧道掌子面放射至地層中，經(jīng)地層接口反射返回隧道掌子面，由另一天線接收回波信號，通過對接收的回波信號進(jìn)行處理和分析說明，達(dá)到對短距離進(jìn)行超前預(yù)報(bào)的目的。吳永清等人利用該方法在107國道上焦沖、六甲洞和石倉嶺三座公路隧道10～40m內(nèi)的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中取得了確定的效果[16]。長春科技高校的薛建等人接受地震反射法（TSP-202）進(jìn)行中長距離（100m左右）預(yù)報(bào)，接受地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行短距離（10～40m以內(nèi)）的預(yù)報(bào)，兩種方法相互結(jié)合，相互補(bǔ)充，在吉林省白山市石碑嶺隧道掘進(jìn)中，成功地預(yù)料出幾十處斷層和多處5～10m寬的裂開帶[17]。5．紅外探水法 地下水的活動會引起巖體紅外輻射場強(qiáng)的變更。紅外探水儀通過接收巖體紅外輻射場強(qiáng)，依據(jù)圍巖紅外輻射場強(qiáng)的變更值來確定掌子面前方或洞壁四周是否有隱伏的含水體。該方法在渝懷線園梁山隧道中取得了較好的效果。2現(xiàn)狀分析上述兩類方法在我國隧道工程施工超前探測中雖然已經(jīng)獲得了許多成功的工程實(shí)例，剛好為施工和設(shè)計(jì)單位供應(yīng)了科學(xué)的參考依據(jù)，但事實(shí)上還存在許多問題。有損方法的缺陷是自不待言的，筆者在前面已作了分析，不再贅述。物理探測法雖具有快速無損、測試簡便、費(fèi)用低廉、可供應(yīng)較大范圍內(nèi)地質(zhì)體的幾何性質(zhì)和物理性質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，但隧道工程特有的探測條件要求物探技術(shù)能在狹小檢測場地條件下進(jìn)行大距離、高精度、快速精確的超前預(yù)報(bào)，現(xiàn)有的物理超前探測技術(shù)都難以完全滿足。地震反射法的探測距離雖然可長達(dá)百米以上，但探測精度低，且因探測對象困難多變，各種雜波干擾嚴(yán)峻，有效波的識別和分別特別困難，因而有時難以獲得好的結(jié)果。目前應(yīng)用較多的TSP-202（或TSP－2003）隧道地震超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)，在地質(zhì)結(jié)構(gòu)困難、波阻抗差異不大的狀況下就存在這樣的問題。由于掌子面的尺寸相對探測對象的距離來說要小得多，因此隧道內(nèi)的地震波場是三維波場。在這種狀況下，偏移成像和物性結(jié)構(gòu)反演成像相互迭代是解決問題的重要途徑，速度參數(shù)的獲得是困難結(jié)構(gòu)探測的核心問題。但就目前狀況來看，一些反演精細(xì)速度的方法尚未好用，先進(jìn)的波場分別技術(shù)亟待開發(fā)，這使得TSP-203超前預(yù)報(bào)探測系統(tǒng)在困難探測條件下難有作為。因此，目前我國工程界目前對TSP法的評價褒貶并不一樣。較為一樣的看法是，對和隧道呈大角度相交的面狀軟弱帶，如斷層、軟弱夾層、地層分界等其探測效果較好，但對不規(guī)則形態(tài)的地質(zhì)缺陷如溶洞、暗河及含水狀況等其探測效果均不志向。探地雷達(dá)法的探測速度雖然相對較快，但其存在的三個問題是致命的缺陷：1.探測距離和辨別率的沖突無法克服。眾所周知，目前全部的波動類（彈性波和電磁波）物理探測方法的探測距離和辨別率二者之間均存在難以調(diào)和的沖突。即探測距離的加大是以犧牲辨別率為代假的，反之亦然。由于現(xiàn)有探地雷達(dá)的頻率都比較高，因而其探測距離都不能滿足大距離隧道超前預(yù)報(bào)的要求。有鑒于此，現(xiàn)行的隧道超前預(yù)報(bào)大多將探地雷達(dá)和地震反射法協(xié)作運(yùn)用，前者用于小距離的高精度探測，后者用于大距離的超前探測，二者相互補(bǔ)充、取長補(bǔ)短；2.多次波及其他雜波干擾嚴(yán)峻，原始記錄的信雜比低，有效波的識別及其成果解譯特別困難。由于現(xiàn)行探地雷達(dá)都是單發(fā)單收，故目前較成熟的相干技術(shù)不能應(yīng)用，這使得在較為困難的狀況下，其資料的分析說明特別困難，有時甚至無法說明；3.所獲得的被探測對象的空間信息量太少，其資料成果的說明往往存在多解性。這個問題是自不待言的，因?yàn)楝F(xiàn)行探地雷達(dá)沒有掃描探測的功能。上述三個問題是現(xiàn)行探地雷達(dá)在隧道超前預(yù)報(bào)中不能充當(dāng)重要角色的根本緣由。水平聲波剖面法目前雖是鐵路系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛的一種方法，但由于該方法事實(shí)上還是地震波反射法的一種，因而其TSP法所面臨的的部分技術(shù)問題水平聲波剖面法同樣存在。實(shí)踐表明，在地質(zhì)條件不太困難的狀況下，該方法對掌子面前方50米內(nèi)的地質(zhì)狀況的預(yù)報(bào)比較精確。陸地聲納法目前還很不成熟，存在的問題有三：一是采集的數(shù)據(jù)的通道一般只有兩道，現(xiàn)成的多道疊加技術(shù)用不上，因而信雜比較低；二是缺乏速度參數(shù)，對夾層定厚的人為因素較大，多層狀況下的探測效果更差；三是實(shí)際工作中并不能做到真正的垂直反射，沿巖面?zhèn)鞑サ谋砻娌ê颓胺降刭|(zhì)界面反射回的各種轉(zhuǎn)換波事實(shí)上還是會被接收器所接收，因而波現(xiàn)象往往很困難，此時依靠同相軸來劃分異樣通常會出錯。紅外探水法對預(yù)報(bào)掌子面前方有無潛藏的含水體是有效的，但對含水層的位置、賦水形態(tài)、出水量都無法知曉，對無水狀況下的地質(zhì)災(zāi)難則難以預(yù)報(bào)。綜上所述，可認(rèn)為當(dāng)前所應(yīng)用的地球物理探測方法在隧道超前預(yù)報(bào)中均存在不同程度的問題和缺陷。實(shí)際工作中，欲取得好的預(yù)報(bào)效果，還需對這些方法進(jìn)行完善改進(jìn)，并結(jié)合具體狀況，將上述多種方法優(yōu)化組合，綜合運(yùn)用。和此同時，還要考慮開發(fā)和引進(jìn)一些新的隧道超前預(yù)報(bào)方法。3幾點(diǎn)看法由以上分析可知,隧道工程超前探測和預(yù)報(bào)問題的特點(diǎn)確定了對物理探測方法的特別要求。由于檢測工作必需在隧道內(nèi)的施工現(xiàn)場實(shí)時進(jìn)行，因而就要求物探技術(shù)能滿足在狹小檢測場地條件下的大距離、高精度、快速而精確的超前預(yù)報(bào)。在前面，我們已經(jīng)分析了各種現(xiàn)有方法所存在的缺陷，并指出，試圖利用現(xiàn)有的物探方法和技術(shù)設(shè)備是難以做好隧道工程施工的超前預(yù)報(bào)工作的。因此，在努力完善現(xiàn)有方法技術(shù)的同時，還應(yīng)全面開展超前探測新方法技術(shù)的探討和新儀器設(shè)備的研制工作。實(shí)際工作中，不要寄希望于某種單一的方法，要考慮多種方法的優(yōu)化組合和綜合運(yùn)用。筆者認(rèn)為，解決隧道工程施工的超前探測和預(yù)報(bào)問題的關(guān)鍵問題是高效快捷的探測速度和大距離條件下的高辨別率及高精確度的探測問題。因此，研制一種具有聚焦特性和連續(xù)掃描探測方式的新型雷達(dá)，進(jìn)一步完善TSP法的處理軟件，盡快引進(jìn)國外的TRT反射地震層析成像法[18]和BEMA法，將這幾種方法協(xié)作運(yùn)用可能是解決隧道工程的超前探測和預(yù)報(bào)工作的一條有效的途徑。TRT技術(shù)的全稱是“真正的反射層析成像”（TrueReflectionTomography），是由美國NSA工程公司近年來提出的一種新方法。該方法在觀測方式和數(shù)據(jù)處理上和TSP法和負(fù)視速度法均有很大的不同，TRT雖然也是利用反射地震波進(jìn)行超前探測，但該方法接受的是空間多點(diǎn)激發(fā)和接收觀測方式，其檢波器和激發(fā)的炮點(diǎn)呈空間分布，以便獲得足夠的空間波場信息，從而使前方地質(zhì)缺陷的定位精度大大提高。TRT法不僅在接口定位、巖體波速及其類別劃分等方面具較高的精度，而且有較大的探測距離。試驗(yàn)表明：TRT法的結(jié)晶巖體中的探測距離可達(dá)100～150米，在弱的土層和裂開的巖體中可預(yù)報(bào)60～90米。TRT法在實(shí)踐中成功的例子許多，較典型的是奧地利的通過阿爾卑斯山的鐵路雙線隧道的超前預(yù)報(bào)。由于各方面的緣由，我國目前還沒有引進(jìn)這一技術(shù)。BEAM法（Bore-TunnellingElectricalAheadMonitoring）,這是國際上當(dāng)前唯一的一種電法超前預(yù)報(bào)方法，是德國GEOHYDRAULIKDATA公司推出的產(chǎn)品。該方法是一種聚焦電流頻率域的激發(fā)極化方法，其最大特點(diǎn)是通過外圍的環(huán)狀電極放射一個屏蔽電流和在內(nèi)部放射一個測量電流，以便使電流聚焦進(jìn)入要探測的巖體中，通過得到一個和巖體中孔隙（空隙）有關(guān)的電能儲存實(shí)力的參數(shù)PFE（Percentagefrequencyeffect）的變更，預(yù)報(bào)前方的巖體的完整性和含水性；其另一個特點(diǎn)是全部的裝置都安裝在盾構(gòu)挖掘機(jī)的刀頭（測量電極）和外側(cè)鋼環(huán)（屏蔽電流）上，也可安裝在鉆爆法施工的鉆頭的前方（測量電極）及兩側(cè)鋼架（屏蔽電流）上，隨著隧道掘進(jìn)，連綿起伏獲得成果，并適時處理得出掌子面前方的PFE的曲線。從曲線推斷預(yù)報(bào)前方巖體的性狀及含水狀況。這種儀器我國目前也沒有引進(jìn)，但歐洲許多國家已起先運(yùn)用?！跋嗫仃囂降乩走_(dá)”的設(shè)想是肖柏勛1999年提出的，該項(xiàng)探討工作于2000年5月付諸實(shí)施[19]。2001年，該雷達(dá)的大功率放射系統(tǒng)及其簡易接收機(jī)探討成功[20]。這種主頻300兆，帶寬100兆，放射功率1.5Kw的新型雷達(dá)在粘土中穿透了60米，現(xiàn)場測試還證明白其良好的聚束特性。2001年，該項(xiàng)探討的理論探討工作在國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目中作為一個專題立項(xiàng)，其儀器研制和軟件開發(fā)工作在國家863支配信息領(lǐng)域作為一個課題立項(xiàng)。目前，具有16個放射天線組合的，16信道接收和采集的新型雷達(dá)已研制成功[21]，其實(shí)際應(yīng)用效果正在試驗(yàn)中?？梢灶A(yù)料，這種新型的相控陣探地雷達(dá)在隧道施工地質(zhì)超前探測中具有廣袤的應(yīng)用前景。該項(xiàng)探討的基本思路是利用目前軍事上較成熟的相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)，將目前的單極子雷達(dá)天線代之以相控陣?yán)走_(dá)天線。其目的旨在通過相控陣技術(shù)將電磁波聚成一個窄波束向隧道掌子面放射，接受多信道信號接收和采集技術(shù)接收目標(biāo)體反射的雷達(dá)回波信號，并對其進(jìn)行各種去噪處理，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)體的自動識別和提取，最終給出探測目標(biāo)體的準(zhǔn)三維幾何結(jié)構(gòu)和物性結(jié)構(gòu)圖像。相控陣探地雷達(dá)能夠?qū)㈦姶挪〞鄢梢徽ㄊ?，因而能量集中，波前擴(kuò)散小。在相同頻率和放射功率條件下，相控陣?yán)走_(dá)的探測深度要大得多；在同一探測深度條件下，相控陣?yán)走_(dá)可以把放射頻率提高，因而其辨別率比現(xiàn)有雷達(dá)要高得多。由于該系統(tǒng)將球面波放射改為波束放射，因而介質(zhì)不勻整影響相對要小得多。此外，相控陣探地雷達(dá)接受多信道接收信號，可以利用相干技術(shù)進(jìn)行去噪處理以提高其信噪比，還可以進(jìn)行共反射點(diǎn)的疊加，故其多次波干擾可極大地消退，這是現(xiàn)有雷達(dá)難以做到的。由于其接受連續(xù)掃描方式，因而信息量較之現(xiàn)有地質(zhì)雷達(dá)要大得多，對于隧道超前探測的特別工作，其作用是現(xiàn)有單極天線地質(zhì)雷達(dá)無法替代的。高頻（600MHz～1GHz）相控陣探地雷達(dá)的天線可以做的較小，在隧道超前探測時，其優(yōu)越性是現(xiàn)有探地雷達(dá)無法比擬的。相控陣探地雷達(dá)在隧道工程施工超前預(yù)報(bào)中的最終目標(biāo)，是通過相位的自動限制實(shí)現(xiàn)其雷達(dá)的掃描功能，以擴(kuò)展其對隧道的探測范圍；通過變頻技術(shù)和相干接收技術(shù)獲得探測地質(zhì)體的深度剖面；通過先進(jìn)的反演及可視化技術(shù)反演隧道介質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像。據(jù)此筆者認(rèn)為，我國隧道工程超前探測和預(yù)報(bào)技術(shù)亟待解決的問題可能有以下幾點(diǎn)：相控陣?yán)走_(dá)的理論正演和信號處理技術(shù)探討；相控陣?yán)走_(dá)的反演說明及其資料可視化軟件的開發(fā);TSP法數(shù)據(jù)處理軟件的完善；TRT反射地震層析成像技術(shù)的引進(jìn)；TSP法、BEAM法、TRT法和相控陣探地雷達(dá)的綜合運(yùn)用和說明的應(yīng)用探討。由于BEAM法和TRT法目前在我國尚未運(yùn)用，這兩種方法在我國隧道超前預(yù)報(bào)實(shí)踐中應(yīng)用效果如何、是否存在某方面的問題目前尚不清楚，筆者在此難以發(fā)表看法。4結(jié)語鑒于前面的分析我們認(rèn)為，我國的隧道超前預(yù)報(bào)工作應(yīng)在TSP-203處理軟件進(jìn)一步完善的基礎(chǔ)上，協(xié)作相控陣探地雷達(dá)、TRT法和BEAM法，或同時運(yùn)用，或在上述方法中優(yōu)選其中幾種運(yùn)用，使之相互補(bǔ)充、相互印證，這種方案在目前可能是較好的一種隧道超前探測方案。由于我們在隧道超前探測方面所做的工作特別欠缺，閱歷甚少，文中拙見，難免謬誤。不妥指處，敬請見諒。參考文獻(xiàn)：[1]姚鋒敏、趙崇文，尖山工程建設(shè)工程地質(zhì)問題回顧[J]，中國礦業(yè)，1994，3(增刊)：179～181.[2]張有天，水工隧洞建設(shè)的閱歷和教訓(xùn)（下）[J]，貴州水利發(fā)電，2002，16(1)：75～84.[3]陳光宗、王石春、劉朝禎，太平驛水電站引水洞施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)[J]，鐵道建筑技術(shù)，1995，(2)：29～31.[4]梁羽騰，秦嶺特長隧道運(yùn)用掘進(jìn)機(jī)修建中平行導(dǎo)坑的作用和功能[J].貴州水利發(fā)電,2002,16(1):1～3[5]肖書安、G.Stattel，瑞士Vereina隧道工程中的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)測量[J]，廣東公路交通，1998(增刊)，(54)：115～120.[6]曾昭璜，隧道地震反射法超前預(yù)報(bào)[J]，地球物理學(xué)報(bào)，1994，37(2)：268～271.[7]何振起、李海、梁彥忠，利用地震反射法進(jìn)行隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)[J]，鐵道工程學(xué)報(bào)，2000，(4)：81～85.[8]白恒恒、辛民高，淺談長梁山隧道F5斷層的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)[J]，鐵道工程學(xué)報(bào)，2000，(1)：87～90.[9]李忠、黃成麟、劉秀峰，增加TSP-202超前預(yù)報(bào)探測系統(tǒng)探測距離的技術(shù)探討[J]，鐵路航測，2002，(1)：20～23.[10]李忠、汪琦，新倮納隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中TSP-202探測系統(tǒng)搜尋角探討[J]，鐵道工程學(xué)報(bào),，2001，(1)：89～91.[11]汪琦、李忠，新倮納隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)中概率論的應(yīng)用[J]，鐵道建筑技術(shù)，2000，(6)：35～37.[12]鐘世航，微小偏移距高頻彈性波反射連續(xù)剖面法探查巖洞及洞窟，1995：409.[13]鐘世航，微小偏移距高頻彈性波反射連續(xù)剖面法辨別薄層的實(shí)力，1995：410.[14]鐘世航，陸地聲納法的正演試驗(yàn)，1995：411.[15]鐘世航，物探作遂道質(zhì)檢和提高施工管理和設(shè)計(jì)水平的作用，2002：175～176.[16]吳永清、何林生，地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道的應(yīng)用[J]，廣東公路交通，1998(增刊)，(54)：111～114.[17]薛建、曾昭發(fā)、王者江等，隧道掘進(jìn)中掌子面前方巖石結(jié)構(gòu)的超前預(yù)報(bào)[J]，長春科技高校學(xué)報(bào)，2000，30(1)：87～89.[18].RichardOtto，EdwardButton，Helfried