淺述地質雷達技術在巖溶區工程地質勘查中的應用

孫巖

【摘要】隨著科學技術的發展，我國的地質雷達技術有了很大進展，各類建設工程日益繁多，如房屋市政工程、鐵路、工程、水利水電工程等。在建設工程項目早期，必需對擬建區域開展詳細的工程地質勘查工作，尤其是巖溶地貌發育的區域，直接影響著工程項目的使用壽命和安全。基于此，本文以地質雷達技術為研究對象，分析了地質雷達技術在地下巖溶勘查中的效果，為相關工作者提供參考借鑒。

【關鍵詞】地質雷達;應用分析;巖溶勘查

巖溶地區地質構造復雜，在巖溶地區進行隧道開挖常常會遇到淺埋豎向巖溶冒頂、溶蝕節理密集帶頻繁掉塊、豎向溶縫或溶槽坍塌、隱伏溶洞頂板或填充物塌方、地下含水層揭穿涌水等地質風險。因此，有必要在隧道施工過程中進行超前地質預報，從而更好地規避施工風險、排除隱患。目前，在國內外長大隧道施工中，以地質分析和物探分析相結合、長距離和短距離預報相結合、地震方法與電磁方法相結合等多種方法綜合超前探測已經得到廣泛應用。

1、地質雷達工作原理與方法

地質雷達探測技術是基于地下介質的電導率、介電常數等電性參數的差異，利用高頻電磁脈沖波的反射探測地下介質分布的一種物探手段。高頻電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度和波形將隨所通過介質的電性特征及幾何形態而變化，故通過對時域波形的采集、處理和分析，可確定地下界面或目標體的空間位置及結構。地質雷達在探測過程中，它通過發射天線將高頻電磁波（106～109Hz）以寬頻帶脈沖形式定向送入地下，電磁波在地下介質中傳播的過程中，當遇到存在電性差異的地層或目標體時，便發生反射并返回地面，被接收天線所接收。若界面兩側介質的性質差異越大，則反射波越強，反射系數越大。電磁波從介電常數小的進入介電常數大的介質時，反射系數為負數，反射波振幅為反向。相反則為正數、同向。介質的存在狀態，是否導電對電磁波在介質中的傳播特性影響很大，這也是電磁自身物理性質決定的。根據接收到波的旅行時間、幅度與波形資料可推斷介質結構。

2、地質雷達檢測技術的檢測依據

地質雷達檢測技術與傳統技術的技術相比，它最大的優點就在于對工程沒有損害，或者損害很小，大多數情況下，我們會把這項技術運用于工程中比較淺的層次的或者普查性質的檢測中。這項技術的一大短板就是它能夠探測的深度比較小，但是分辨率比較高，也正是由于這一原因，所以我們檢測路段（或工作區域）需要與周圍的路段在土地成分上具有明顯的差異，只有當這一段路與其他的路段存在電性差的時候，我們才能接收到更為強烈的信號。在現有的技術條件下，我國工程的質量水平還不是很高，只有三個層面，分別是面層，基層，路基層。在修建工程時，最上面的表層由于經常受到行人踩踏，車輛行駛，風吹雨淋等，所以我們采用了比較穩定的混凝土和瀝青，而基層也需要承擔較大的重力，所以我們也采用了前面的兩種材料，通常還有碎石和石灰。從我們已知的統計數據來看，如果工程的表層采用的是水泥混凝土，那么它的相對介電常數一般在三到五之間，如果用的是瀝青材料，則在五到十之間，但是根據我們的檢測結果發現很多工程基層的相對介電常數都是在八以上。

3、地質雷達應用分析

（1）區域地貌及地質構造概況。擬建場地位于韶關市芙蓉山，勘察區揭露的地層為石炭系石磴子組。受粵北山字型地質構造的影響，區內褶皺和斷裂極其發育，褶皺主要由古生段地層形成緊密式之間背斜核部，區域主要構造形跡為北東-北北東，以斷裂和褶皺相間排列為其最基本特征，表現為芙蓉山向斜和芙蓉山斷裂帶 ，構造形跡形成于印支運動時期，進入第四紀以后，構造上屬于相對穩定階段，勘察階段未發現新構造活動痕跡。

根據鉆孔揭露，場地地層主要有第四系人工堆積層（Qml）、坡殘積層（Qdl+el）及石炭系下統石磴子組（C1s2）組成。

圖1 區域地質略圖

（2）工程所在區域地質評價結果。①第四系：屬于松散巖組，其厚度小，呈可塑狀，網狀裂隙發育，壓縮性高，力學強度低。②石炭系下統石凳子組（C1s2）中風化灰巖：灰黑色、灰白色、深灰色等，隱晶質結構，中厚層狀構造，節理裂隙極發育，溶蝕現象明顯，發育有多層串珠狀溶洞，巖芯較破碎，呈塊狀。③石炭系下統石凳子組（C1s2）微風化灰巖：微風化程度，屬于較硬質巖類巖石，節理裂隙較發育，沿節理面充填方解石脈，結合物探和鉆探巖芯揭示表明，該段巖組巖體較破碎，巖體基本質量等級為Ⅳ級。

（3）地質雷達勘查。由于地質雷達在進行巖溶勘查過程中，很容易受到外界干擾因素的影響，包括地表物體、地下管線以及空中高壓電纜等。為了對這些干擾信號進行有效的控制，確保勘探結果的準確性，在數據采集過程中對以上干擾因素進行削除，并利用事后數字處理方法削弱干擾因素的影響，提高地質雷達的圖像識別能力。

（4）地質雷達勘查結果。根據地質雷達對該地區巖溶結構的勘查結果，得出如下結論：①樁號K0+195.0m處（深約38m）、K0+202.5m處（深約55m），K0+220.0m（深約56.5m）處出現低阻、強吸收的特征，根據地質雷達的反饋圖像，推測為溶洞（粘土充填或充水）或充水巖溶管道裂隙。②局部裂隙極發育帶（K1+508.0m～K1+519.5m、K1+146.0m～K1+160.0m埋深25m～30m處）。③K2+30.0m～K2+40.0m處分布有垂直低阻帶，推測為垂直裂隙帶;測線電阻率普遍較低，根據地質雷達的反饋圖像，推測基巖裂隙極為發育，且沖水或夾泥，僅K2+54.0m～K2+70.0m下方，K2+100.0m～K2+110.0m下方，K2+154.0m～K2+160.0m下方局部電阻率稍高，根據地質雷達的反饋圖像，推測為基巖裂隙較發育區。

結語：

綜上所述，本文通過鉆探對地質雷達的勘查結果進行了驗證。結果表明地質雷達可以精準的反饋巖溶地區的地質構造情況，為本地段巖溶發育特征的研究提供了基礎資料，給工程的安全建設和運營管理提供了保證。

參考文獻：

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