地質雷達在公路隧道工程檢測中的應用

李有福

（貴州順康檢測股份有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

隨著城市交通網絡的不斷擴展和技術水平的提升，公路隧道工程成為城市基礎設施的重要組成部分。然而，由于地下結構的不規則性、巖層的多變性以及潛在的地質災害風險，使公路隧道工程的設計、施工和運營工作變得更加復雜，影響公路隧道工程質量。

因此，文章將深入探討地質雷達在公路隧道工程檢測中的應用，希望為解決地下環境的復雜性提供有效方案。

1 地質雷達技術的工作原理

地質雷達技術是一種利用電磁波進行地下勘測的先進技術，基于電磁波在地下的傳播和反射特性，通過接收反射信號獲取地下結構信息。在公路隧道工程中，地質雷達技術以其高分辨率、實時性的特點成為公路隧道工程中至關重要的地質勘測工具。

首先，地質雷達技術的核心是電磁波的發射與接收。設備將發射一定頻率的電磁波到地下，該電磁波在地下的不同介質中會發生反射、透射、折射等現象，從而形成回波，回波包含地下介質的信息，通過對其進行接收并分析，能夠還原地下的結構信息。

其次，回波信號的解析是地質雷達技術的關鍵。回波信號的強度、波形、時間延遲等參數包含豐富的地質信息，設備通過對此類參數進行精確測量和分析，能夠揭示地下巖層、水文地質、空洞以及裂縫等的詳細情況。同時，不同的地質特征對電磁波的反射將產生不同的信號模式，而地質雷達技術能夠實現對地下結構的高精度成像。

最后，在地下勘測中，地質雷達技術通常采用不同頻率的電磁波，包括射頻、微波和毫米波等，波段的選擇取決于需要勘測的地質特征以及地下介質的性質。其中，射頻適用于淺層勘測，而微波和毫米波則能夠深入地下，穿透一些泥砂和土層，實現更深層次的勘測。

2 地質雷達在公路隧道工程檢測中的應用分析

2.1 地質構造探測

地質雷達在公路隧道工程檢測中得以廣泛應用，尤其在地質構造探測方面發揮著重要作用。地質構造指地殼內部不同巖層、斷層以及褶皺等地質要素的分布和組合情況，其對于公路隧道工程的穩定性和安全性具有重要影響。地質雷達通過發送高頻電磁波并接收反射信號，可以對地下巖層進行非破壞性探測，從而提供準確的地質構造信息[1]。

首先，地質雷達技術通過發送電磁波并接收反射信號，地質雷達能夠實現對地下構造的高分辨率勘測，包括巖層結構和分布，以及構造斷裂的探測。

其次，對于巖層結構和分布的探測，地質雷達技術能夠通過分析反射信號的強度和波形識別不同類型的巖層，巖層通常具有不同的電磁特性，如介電常數和電導率，為隧道工程提供關鍵的地質信息，從而幫助設計人員更好地理解地下結構。在實際應用中，需要確定勘測區域的特征和目標，并選擇合適的地質雷達設備和工作頻率，通過合理設置工作參數，可以實現對地下結構的全面掃描。同時，勘測人員通過分析反射信號，可以獲取地下構造的電磁特性，從而推斷不同巖層的存在及分布情況。

再次，對于構造斷裂的檢測，地質雷達同樣具有顯著優勢。構造斷裂是地質構造中的重要組成部分，其直接影響隧道工程的穩定性。地質雷達通過分析反射信號，能夠識別構造斷裂帶的位置、走向以及規模等關鍵信息，從而避免地下斷裂體系，降低隧道工程風險。

最后，地質雷達可以用于檢測巖石質量和風化程度。巖石的質量和風化程度直接影響公路隧道工程的穩定性和耐久性，地質雷達通過對地下巖石進行掃描和分析，可以提供巖石的密度、孔隙度以及波速等信息，從而評估其質量和風化程度，其對于選擇合適的隧道開挖方法和支護結構具有重要意義。

2.2 地下水位檢測

在公路隧道工程中，地下水位是影響隧道工程設計和施工的關鍵因素，因此準確獲取地下水位信息有助于合理安排隧道的排水系統，預防地下水對隧道結構的潛在影響。然而，地質雷達在公路隧道工程中地下水位檢測方面應用廣泛，其可準確獲取地下水位信息，幫助工程人員科學合理地進行隧道設計和施工。同時，地質雷達技術通過電磁波的反射特性，能夠敏感地探測地下介質的變化，從而實現地下水位的高效檢測。地質雷達技術在地下水位檢測中的應用主要包括以下方面：

第一，波速分析與介電常數測定。地質雷達系統通過發送電磁波并記錄反射信號的時間延遲，可以得到地下介質的波速，水在地下的傳播速度與其他巖土介質不同，因此可以通過分析波速判定地下是否存在水體。同時，通過反射信號的強度和形狀，可以獲取介電常數等參數，從而進一步判斷地下水體的性質。

第二，水平剖面掃描。地質雷達技術通過在地表上沿特定軌跡移動，并記錄不同位置的反射信號，可以繪制地下水位的水平剖面圖，使工程人員能夠直觀地了解地下水位的空間分布，識別潛在的水體集聚區域，從而為隧道設計提供重要參考。

第三，深度探測。地質雷達技術通過選擇合適的頻率實現對較深層次的水體探測，從而使工程人員直觀地了解地下水位的垂直分布。同時，通過深度探測，可以有效了解地下水位的變化規律，為工程決策提供更為全面的信息[2]。

在實際操作中，首先，需要確定地下水位檢測的目標區域，基于隧道工程的具體情況，考慮地質條件和工程需求，將監測區域分為上、中、下三個層次，以便分析地下水的流動情況。其次，工作人員應根據探測目的及現場條件選擇合適的地質雷達設備和工作頻率，例如探測較深的地下水位，需要使用高頻率的地質雷達設備。同時，在選擇設備時需要考慮設備的防護裝置，以避免設備受外界干擾或破壞。再次，需要進行實地掃描并記錄反射信號，通過分析該反射信號，可以獲得關于地下水位的詳細信息，整個操作過程應嚴格遵守安全操作規程，以保證人員和設備的安全。最后，對獲取的數據進行分析并形成監測數據報告，以便向工程管理部門匯報監測結果，從而為后期的維護和管理提供參考[3]。

2.3 地下空洞和溶洞檢測

在公路隧道工程中，地下空洞和溶洞是導致隧道工程災害的潛在威脅，空洞的存在可能導致地表塌陷，而溶洞則常常與熔巖地質有關，其對地下結構穩定性產生不良影響。利用地質雷達技術能夠及時發現和評估地下空間的異常情況，以確保隧道工程的安全性和穩定性。

同時，利用地質雷達技術可以通過測量電磁波在地下的傳播和反射，能夠快速、無損地識別地下空洞和溶洞。

首先，勘測區域的選擇是整個地下空洞和溶洞檢測的起點。在進行勘測區域選擇時，工程團隊需要仔細研究地質環境，并考慮其地表特征、空洞和溶洞的潛在分布以及地下結構的多樣性等多種因素，從而選擇合適的勘測路徑，提高檢測的準確性和全面性。

其次，工作參數的設置是確保地質雷達設備在不同地質條件下能夠發揮最佳性能的關鍵步驟。根據地質雷達設備的性能和工作頻率，工程團隊需要合理設置工作參數，包括選擇適當的工作頻率、波長以及脈沖寬度等參數，以適應不同地質條件下的勘測需求。同時，精心設置此類參數有助于優化信號的捕捉和分辨率，從而提高數據的質量和可靠性。

再次，數據采集是地質雷達檢測中的核心步驟。地質雷達通過在地表上設置精確的測量路徑，可以高效獲取地下電磁波的反射信號，此反射信號所包含的信息涵蓋地下結構的各個方面。同時，系統性的數據采集能夠確保對勘測區域的全面覆蓋，從而為后續的數據分析提供豐富的信息基礎[4]。

最后，數據分析是整個過程收尾的關鍵步驟。通過對采集數據進行詳細而系統的分析，工程團隊能夠識別異常反射信號，準確判定地下空洞和溶洞的存在，并了解其形狀和大小，從而生成可視化的地下結構圖像，為后續工程決策提供直觀而準確的信息。

2.4 地質災害風險評估

在公路隧道工程中，地質災害風險評估是確保工程安全和可持續發展的重要環節。地質雷達技術的引入能夠提高風險評估的準確性，為評估工作提供了先進而高效的手段，同時為工程施工和運營階段的風險管理提供了有力支持，具體包括以下幾點。

第一，地下結構調查與數據采集。通過地下結構調查，工程團隊能夠了解隧道區域的地質特征，包括巖石的類型、土層的分布以及可能存在的裂縫等，從而為后續地質雷達檢測提供必要的背景信息。

第二，利用地質雷達技術對隧道區域進行詳細的勘測。地質雷達通過發射電磁波并接收反射信號，可以實現對地下結構的高分辨率探測。在此過程中，地質雷達生成的圖像包含地下巖層、土層及裂縫等信息，此類圖像具有極高的清晰度，其能夠在不破壞地下結構的前提下提供詳細的地質特征。

第三，地下結構分析與模型建立。地質雷達生成圖像后，工程團隊將進行地下結構的詳細分析，此階段主要包括對巖石性質、土壤穩定性以及可能存在的變形等因素進行評估。同時，利用專業軟件可以建立地下結構的三維模型，從而更加直觀地展現地下環境的復雜性，使工程團隊能夠準確把握潛在的地質災害風險源。

第四，地質災害風險源的定量評估。工作人員需要對潛在的地質災害風險源進行定量評估，該過程涉及地下結構的穩定性、巖層的強度以及土壤的承載能力等參數的計算。地質雷達生成的圖像能夠提供大量的數據支持，使地質災害風險源的定量評估更為準確。同時，通過這一步驟，工程團隊能夠了解各種地質災害風險的具體程度，從而制定有效的風險管理策略。

第五，制訂風險管理方案與措施。在完成地質災害風險評估后，工程團隊應制訂詳細的風險管理方案，該方案需要根據不同風險等級制定相應的措施，其包括但不限于加固巖層、加強隧道支護以及采取防災措施等。同時，在工程施工和運營過程中，工作人員可以根據實際情況進行調整，以優化風險管理方案。

3 地質雷達在公路隧道工程檢測中的應用案例

公路隧道工程位于丘陵地貌，該工程包括左、右兩線，分別長為1337m 和1364m，為雙向四車道隧道，其中包含兩處人行橫洞和一處車行橫洞。場址地勢起伏較大，進洞口自然坡度介于20°～25°之間，相對穩定。洞身海拔高達500m，溝壑呈V 形，寬度較小但發育，存在縱深割裂。表層土主要為粉質黏土，強度和壓縮性中等，進口段圍巖包括強～中風化砂巖和泥巖，風化差異較大，完整性較差，存在發育裂隙和巖體破損，需要及時支護避免坍塌。因此，相關人員引入地質雷達技術。

首先，通過地質雷達技術，可以實時獲取地下結構的高分辨率圖像。

其次，通過地質雷達對左、右兩線的全程進行連續的地下勘測，從而獲得關鍵的地質參數，包括巖層類型、裂縫密度、土層特性等。

再次，通過獲得的數據詳細分析地下結構，并建立三維模型，該模型包括巖層的分布、裂縫的走向以及土層的厚度等多個參數，具體見表1。

表1 三維模型參數表

基于建立的三維模型，進行地質災害風險評估，其主要包括對巖層穩定性、裂縫發育程度以及土層承載能力等參數的計算和分析，評估結果見表2。

表2 地質災害風險評估表

最后，根據地質雷達的檢測結果和風險評估，工程團隊制訂了相應的風險管理方案。對于高風險區域，采取注漿加固和支護結構的加強措施；對于土層承載能力中等的地段，選擇相應的基礎處理方案，從而降低了地質災害的潛在風險。

4 結語

綜上所述，地質雷達技術的應用是技術創新的象征，該技術為公路隧道工程質量和可持續性發展提供了有力保障。文章通過研究地質雷達在公路隧道工程檢測中的應用，工程人員能夠全面了解地下環境的構造和特性，并在設計初期有針對性地制訂風險管理方案，從而避免地質災害對工程進度和安全性的不利影響。未來，相關人員將繼續研究地質雷達技術的應用，以推動公路隧道工程事業的可持續發展。