地質雷達探測技術在地鐵地基檢測中的應用

伍廣廣 謝源 許云俠

摘 要：某市地鐵某區間原地貌為濱海灘涂地貌單元，主要的不良地質為人工填土、填塊石，易形成空隙或空洞，對隧道及隧道上部道路穩定不利。為確保地鐵隧道施工的安全，需要對地鐵地基進行安全檢測。由于地質雷達能應用于淺層地質構造、巖性檢測等，并且具有高分辨率、高效率、抗干擾能力強等特點。因此，將地質雷達探測技術應用于此次項目。在檢測區域布置3條縱向測線和3條橫向測線。根據雷達電磁波遇到空洞或巖土體不密實區域會產生反射異常，對檢測區域進行處理解釋。結果表明，檢測區域地層存在巖土體不密實、局部存在較小空洞的情況。地質雷達探測技術在地鐵地基檢測為地鐵安全施工提供了有力依據。

關鍵詞：地質雷達；探測技術；地基檢測；地鐵安全

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）14-0120-02

地質雷達是近年來應用于淺層地質構造、巖性檢測的一項新技術，其特點是快速、無損、連續檢測，并以實時成像方式顯示地下結構剖面[1]。在地基勘察設計和施工中，經常會遇到不密實巖土或者地下空洞，容易誘發地基失穩和地面建筑的破壞。地下空洞隱蔽性高，突發性強、危害性大、難以預測[2]。隨著工程地球物理方法和理論的不斷發展，由于地質雷達具有的高效性、高分辨率等特點，特別適合應用于地基巖土不密實和空洞等工程質量檢測。

隨著城市現代化的發展，國內各大城市加快地鐵工程建設的步伐。為了消除安全隱患，確保地鐵工程施工安全和周邊環境安全，有必要對地鐵工程進行地基巖土不密實和空洞調查，以確保地鐵工程施工安全和周邊環境安全。地質雷達能夠探明施工區域地下空洞及巖土不密實等異常，確保地鐵工程施工安全和周邊環境安全，近年來得到了普遍的應用[3]。

根據雷達電磁波遇到空洞或巖土體不密實區域會產生強反射，在均勻完整的介質中傳播時則反射較弱，當遇到有不密實、空洞時電磁波會出現明顯波峰曲線，就在雷達圖像上出現強反射異常，主要表現為反射能量強，同相軸連續性較差等特點，因此將地質雷達探測技術應用于本次地鐵地基檢測中[4]。

1 基本原理與方法技術

1.1 基本原理

地質雷達工作的基本原理是：發射天線向地下發射電磁波，電磁波是以寬頻帶短脈沖形式存在的。當地質雷達所發射的電磁波信號在向地下介質方向傳播的過程中，遇到具有電性差異的界面或者目標體時，通常將會產生較強的電磁波反射信號，產生的電磁波反射信號通過接收天線所接收。通過分析反射電磁波信號的頻率、波形、能量等參數，就可以有效地區分地下有電磁差異的界面或目標體。

1.2 工區地質概況

某市地鐵某區間原地貌為濱海灘涂地貌單元，部分地段現已填筑或推平，現狀為道路、住宅區等，地形平坦。根據地質詳細勘查所得，該處地質情況為壓實填土層厚4.2m，填石層層厚4.2m，粗砂層層厚2.8m，黏土層層厚9.5m，全風化粗粒花崗巖層厚4.3m，強風化粗粒花崗巖層厚3.4m，左、右線隧道埋深約24m。主要的不良地質為人工填土、填塊石，易形成空隙或空洞，對隧道及隧道上部道路穩定不利。

1.3 測線布設

該區間隧道某段，考慮到現場地形因素，在地表沿隧道縱向里程增加方向，由西向東布設3條長100m測線：ZX-1、ZX-2、ZX-3，測線距離分別為5m、8m，其中ZX-2位于隧道中心線，ZX-1、ZX-3在隧道上方兩側，分別離隧道邊線1m和4m，測線長度100米。在地表由南向北，垂直隧道橫向布設3條長16m測線：HX-1、HX-2、HX-3，測線距離分別為30m、40m。地表探測現場為車流量較大的公路，道路一邊有隔離欄桿，因此部分測線需要分段測量。測線共計布設6條，總長為348m，測線布設示意圖1所示。

2 實際數據處理與解釋

對地鐵某區間某段開展了地質雷達探測工作，考慮到隧道埋深約25m且地質雷達有效探測距離（或深度）為30m，因而沿隧道線路方向從隧道上方地表垂直探測，可以實現隧道上方覆蓋層空洞分布情況及隧道范圍內的地質情況的有效探測。采集到的數據經過地質雷達專業處理軟件Radan7進行處理。

地表縱向ZX-1、ZX-2、ZX-3測線經地質雷達探測的數據處理后的結果依次如圖2、3、4所示。圖2、3、4中橢圓圈出的區域為相對較強反射區域，推測可能是由該范圍內巖土體不密實、地下土質松軟等造成的；矩形圈出的區域有明顯反射弧異常，推測可能是該范圍內巖土體極不密實或存在較小空洞。

從三線條測線圖可以看出異常區域主要集中在測線30m-60m為范圍內。為保證測量精度，進一步了解測區內的空洞、巖土不密實及破碎情況，在垂直隧道走向布設了3條橫向測線，分別是HX-1、HX-2和HX-3。

地表橫向測線經地質雷達探測處理后的結果如圖5所示：測線HX-1中橢圓圈出的區域在深約5m，測線位置3m-7m處有一明顯的反射異常，推測可能是該范圍內巖體極不密實或存在較小空洞。測線HX-2中洋紅色線圈圈出的區域在范圍內有兩處弧形反射異常，推測可能是該范圍內巖體極不密實或存在較小空洞；測線HX-3無明顯反射異常，推測該段不存在明顯異常區。

3 結語

本次地質雷達檢測的主要不良地質情況為巖土體不密實，空洞等。總體上來看，本次探測成果較好，能較好反映某市地鐵某區間某段隧道地層不密實、地下土質松軟、局部可能存在較小空洞等大致情況。在深約5m，測線HX-1位置3m-7m處有一明顯的反射異常，與測線ZX-2在15m位置處的弧形反射異常對應吻合，結合實際情況推測該范圍內巖土體不密實或地下土質松軟；在深約4m，測線HX-2位置6m-9m處有明顯反射異常，與測線ZX-2在40m-60m范圍內的異常吻合。結合實際情況推測該范圍內巖土體不密實或地下土質松軟；在深約4m，測線HX-2位置11m-14m處有明顯反射異常，與測線ZX-1在38-43m范圍內的異常吻合，結合實際情況推測該范圍內可能存在較小空洞；需要指出的是，本次檢測在車流量比較大的公路上及人行道上檢測，檢測時難免存在停頓避讓，這會對數據連續性存在一定影響，因此圖中個別位置可能存在微小偏差；另外道路上有金屬護欄，這對采集的數據有一定干擾，從而成果解譯也帶來了一定影響。

運用地質雷達對地鐵隧道地基進行檢測，通過對雷達信號的處理，判斷分析反射波形異常，可以快速有效的識別巖土體不密實或者空洞區域。為地鐵安全施工提供了科學的依據，地質雷達探測技術在工程地基勘探中發揮著重要的作用。

參考文獻

[1]葛增超，劉東升.應用地質雷達檢測地下工程襯砌的施工質量[J].四川建筑科學研究，2006，（1）：115-117.

[2]占文鋒，習鐵宏，王強.地質雷達探測技術在地基空洞探測中的應用[J].中國煤炭地質，2015，（11）：70-73.

[3]張海林，宋明藝，陳敬國.基于地質雷達的地鐵工程空洞調查[J].地下水，2016，（1）：246-247.

[4]路海豐，馬威武.地質雷達在地下管線檢測中的應用[J].商品與質量，2015，（41）：144.