地质雷达探测方法是采用连续扫描电磁波反射曲线的叠加，利用电磁波在隧洞掌子面前方岩体中的传播、反射原理，通过信号采集系统接收反射信号，判断隧洞掌子面前方反射界面（断层、软弱夹层等）距隧洞掌子面的距离来进行隧洞施工期超前地质预报的一种物探方法。

电磁波遇到不同电性反射界面后振幅和相位发生变化，介质电性差异大小决定了电磁波反射的振幅强弱程度和其相位变化。岩石破碎程度及其含水量情况是影响其电性常数的主要因素，根据测量结果判定掌子面前方的围岩变化情况。

由于电磁波的这种传播特性，地质雷达探测方法被认为是目前分辨率最高的地球物理方法，但由于预报距离短，易受隧洞内施工机械、管线的干扰，目前多用于短距离内的地层岩性界面、较大节理与构造、富水带、溶蚀通道及地下水等的预报，进而判断不良地质体的位置及规模，推测地下水的大致富水程度。

3.3.1.1　地质雷达的探测深度

在电磁学理论中，地质雷达的探测深度需要用雷达方程来确定，主要有两部分控制，一是地质雷达系统的增益指数或动态范围；二是介质的电性质，特别是电阻率和介电常数。系统的增益为最小可探测到的信号电压或功率与最大的发射电压或功率的比值，用dB来表示。系统的动态范围越大，探测能力就越强，以QS表示系统增益，Wmin为最小探测的信号功率，WT为最大发射的功率，则系统增益可用下式表示：

雷达系统的增益或动态范围确定后，可用地质雷达方程来评价能量的损耗。

式中　ηt、ηr分别为发射天线与接收天线的功率；Gt、Gr分别为在入射方向线与接收方向上天线的方向性增益；g为目的体向接收天线方向的向后散射增益；σ为目的体的散射截面；β为介质的吸收系数；r为天线到目的体的距离；λ为雷达子波在介质中的波长。满足QS+Q≥0的距离r，称为雷达的探测深度（或距离）。

3.3.1.2　地质雷达的分辨率

分辨率是分辨最小异常体的能力，分辨率可分垂向和横向分辨率。地质雷达采用高斯调幅脉冲源，经过天线后，其波形相当于一次微分运算。设子波形式为

该子波的频谱为(www.daowen.com)

（1）垂向分辨率：①当地层厚度b＞λ/4时，复合反射波的第一波谷与最后一个波峰的时间差正比于地层厚度，可通过测量顶面反射波的初至R1和底界反射波的初至R2之间时间差确定出来。因此，把地层厚度b=λ/4作为垂直分辨率的下限。②当地层厚度b＜λ/4时，复合反射波型变化很小，其振幅正比于地层厚度，无法从时间剖面确定地层厚度。

（2）横向分辨率：根据波的干涉原理，用菲涅尔带半径rf来计算：

式中　h为异常体的埋藏深度；λ为波长。

（3）在正常情况下，发射天线和接收天线方向增益系数是一致的，而且有

式中　a是天线开口尺寸；f和c分别是雷达波的频率和光速；εr为介质的相对介电常数。

目标体的有效散射截面S也用第一菲涅尔带计算，即：

3.3.1.3　测试参数的选择

采用地质雷达进行隧洞超前地质预报时，雷达主机天线工作频率的选取应根据探测任务要求、探测目的，目的体埋深、分辨率、介质特性以及天线尺寸是否符合场地条件等因素综合确定；记录时窗的选择应根据最大探测深度与周边地层的平均电磁波速确定；仪器的信号增益应保持信号幅值不超出信号监视窗口的3/4，天线静止时信号应稳定；宜选择所用天线的中心频率的6～8倍作为采样率。