地質雷達技術在巖土工程勘察中的應用

李華田

摘 要：隨著經濟技術的快速發展，地質雷達技術被廣泛應用在巖土工程勘察中，幫助工作人員準確掌握勘測地區的地質情況，為后續方案規劃及作業開展提供依據。地質雷達技術的應用也可加強巖土勘察工作的精準性，減少了偏差的產生，保障了巖土工程的安全性。本文就對該技術在巖土工程勘察中的具體應用展開具體論述。

關鍵詞：地質雷達技術;巖土工程勘察;安全性

我國雖然地域遼闊，但由于后續發展及區域經濟建設的影響，不同地區的地形地勢結構存在明顯差異，再加上建設的需要，很多區域的地形地勢結構都發生了較大改變。尤其是石灰巖分布地區，經常會因為外界環境變化或不正確使用出現巖溶問題，為項目建設帶來阻礙。為此，需要在項目建設前，做好區域地勢地形特征及巖土結構的勘察，獲取準確數據，推動規劃設計工作的開展。地質雷達技術作為巖土工程勘察中使用的重要技術，針對復雜地形勘測有顯著效果。

1巖土勘察的重要性

巖土工程勘察作業是幫助工作人員對現場地質情況進行了解的重要手段，為設計和工作人員提供了科學的依據和指導，確保方案設計、工藝技術選擇的合理性。另外，在大型工程項目建設中，巖土勘察能夠為設計規劃、風險把控、成本控制提供有效依據，推動后續工作的有序進行。且巖土勘察可準確了解項目所在區域的地質地形特征、環境水文情況，并根據這些數據和項目建設要求，展開分析、對比和評價，判斷項目可行性，并在此基礎上對所需材料、設備、資金實行科學配置，合理規劃施工內容。

巖土勘察可以說是工程項目得以開展的前提條件，是保障工程建設安全性的重要手段，一旦巖土勘察中存在技術或方法錯誤，工程地基將會受到較大影響，不僅會增加隱患的出現率，還會加大資金成本投入，降低最終效益。為此，就有必要加大對巖土勘察的重視力度，科學規劃勘察作業內容。

2地質雷達技術及特點

地質雷達技術是利用高頻電磁波實現地下介質勘測的一種手段。工作原理為：由專業的電磁波發射裝置，向地下發射12.5M-1200M的電磁波訊號，其中脈沖寬度可控制在0.1ns左右[1]。發射出去的電磁波在遇到巖層后會產生反射，反射的訊號可直接被接收設備接收和處理，并將其自動放大后顯示在設備屏幕上，勘測人員可通過反射訊號和直達訊號的對比分析，了解巖層分布情況，獲取較為精準的數據資料。在整個勘測過程中，示波器上會直接顯示反射訊號的獲取情況，用于勘測目標的判斷，根據反射訊號滯后時間和反射波速，能夠判斷出勘測物體與地面的距離，準確定位勘測目標所在。

與傳統的探測類儀器相比，地質雷達具有強大的探測能力。地質雷達技術也在巖土工程、隧道工程、地鐵工程、水利工程和地下物探等工程中得以廣泛應用。地質雷達的滲透能力和辨別能力優勢明顯，反射波和投射波可在不同的波阻抗界面向地下介質傳播，之后根據反射定律和投射定律，明確介質的性質和位置，從而深入了解和掌握地質概況。具體而言，地質雷達技術在巖土勘測中的特點可概括為以下四點：

一是適應能力強。地質雷達技術在巖土勘測中的應用可滿足無損檢測要求，保證勘測過程中不會對勘測對象和周邊土體結構帶來破壞，維護勘測現場的安全性。

二是抗干擾能力。地質雷達技術是利用高頻電磁波開展勘測工作的，抵抗電磁干擾的能力較一般勘測技術高很多，且不會受到周邊環境、噪音的干擾。

三是定位精準性。檢測深度和分辨率系數較高，可為工作人員提供實時的剖面圖，并提高圖像清晰度，便于工作人員準確了解勘測區域情況，掌握巖土結構。

四是靈活便捷。地質雷達技術所需設備較少，攜帶方便，且該技術使用時直接與便攜式計算機相連，勘測數據可直接上傳到電腦，數據采集、記錄、存管較為方便，節省時間和勞動力。

3雷達在巖土工程塌勘測中的應用

選取某地區銅礦礦南側礦區地址開展勘察工作，勘測區域面積在1.2平方公里左右，與市區相距9公里。周邊礦區曾在06、07年左右時發生過地質坍塌情況，雖然并未對周邊建筑和居民造成較大影響，但產生的突水淹井問題對田地構成了嚴重威脅，造成了較大的經濟損失。

根據現有的勘測資料可以看出，勘測區域屬于巖溶地形區，溶洞數量較多，高度在3米以下，多呈現未填充或半填充狀態。且這些巖洞多分布在長巖區域內，由于周邊作業方式的不正確，使其存在較多的環形斷續分裂裂紋，裂縫長度在10厘米-10米不等。這樣的地質條件為后續工作帶來了嚴重阻礙，增加了危險系數。為此，本次研究中，采用地質雷達和淺層地震相結合的方法，對該區域前部巖溶土洞的分布情況加以測定，并繪制完整的地質雷達影像圖。

3.1施工階段勘察

在利用地質雷達技術對施工階段巖溶實施勘查作業時，需要對布點、機械設備予以嚴格要求。布點位置要利用鉆孔檢驗的方式確定，使布點所在位置能夠準確獲取勘測信息，了解巖溶特征，改進樁基施工質量。在布點規劃中，需做到細致安排和規劃，確保分辨率、穩定性符合勘測要求。地質雷達技術應用中所需的機械設備，要接受精確度檢測，盡可能選擇先進儀器設備完成勘察工作，獲取準確數據信息[2]。本項目中選擇了瑞典MALA公司生產的系列主機，配以50赫茲的超強地面耦合天線。其特征為高速輕便，選用的光纖連接天線與主機具有抗干擾性能強，數據質量好和速度快頻帶寬的特征，同時采用高壓窄脈沖技術，也可實現與天線脈沖源的互相對應。

3.2工作方法

在使用地質雷達技術時，先掌握該區域的具體情況，在施工階段中了解到該區域現有橋梁建筑的橋長和水橋屬于互通效果，主線橋已經做到三通一平處理，為保證勘察精準度，作業開展前先開展區域測量放樣，確定勘測點位置，之后再開展勘察工作。受到區域巖溶地形的影響，使用鉆探技術來確定溶洞屬性，了解到區域溶洞內的填充物多以流塑性黏土為主，與周邊土體結構存在明顯差異。在使用地質雷達技術時，若想準確判斷巖層分布特征，需要做好放射探測線的布置工作，獲取區域剖面圖信息。本項目中共設置了11條探測線，按照現場情況合理分布在指定位置，探測點的間距在0.25米左右，線距為0.5米。選用的測距方法為對每條測線進行逐點探測。根據對試驗校對采集數據的分析，精確地對各層介質的介電常數或電磁波速予以確立[3]。在本次勘探中采用點測方法，50赫茲RTA天線時窗范圍選擇為0到1000ns。

3.3資料數據的處理

在利用精準儀器設備獲取勘測信息后，借助計算機內安裝的專業軟件，對這些數據資料實行收集、匯總、分析和處理，并生成完整的波形剖面圖，準確了解勘測區域情況。

3.4異常診斷

在經過上述精細分析后了解到，在灰巖土上開展雷達勘測后，剖面圖存在以下反應情況：同相軸的振幅逐漸變小，而反射的波長則逐漸增大，兩者呈現明顯的反比關系;形態的變化中，三洞體形態掩埋深度逐漸加大，規模日益縮小，而二度體形態逐漸凸顯出來。當雷達測線處于長軸方向的垂直位置時，雷達的波形剖面體現出繞射波和雙曲線形狀的特征。當巖溶的規模比較大時，則雷達波形會呈現出不規則的強反射以及承重特征。而當溶洞的體積超出2立方米后，填充物中含水量將逐漸增加，或者填充物為水，則會將勘測中釋放的電磁波吸入其中，導致振幅出現銳減現象，這就會使勘測人員出現錯誤判斷，最終判斷失誤。

另外在對橫剖面雷達影像及地質圖分析中得出，該區域巖洞發育具有特殊性，溶洞數量較多，且大小尺寸不一，深度可達到14-36米不等。從剖面圖上可以看出，最大的巖洞剖面寬度已經達到2.2米以上，深度在20-28米左右。這說明整個區域存在的塌陷情況較為嚴重，如果不能對這些溶洞加以科學處理，則會直接影響后續工程的質量和安全。

4結束語

地質雷達技術在巖土工程勘察中的應用，對于提高勘察效率、降低勘察難度、保證勘察數據精準性有著積極作用。在日后工作中，還需加大該技術的推廣力度，且做好異常診斷、施工勘察及資料數據的處理，以高效完成巖土勘察作業，推動后續工作的順利開展。

參考文獻：

[1]袁宗征.地質雷達在巖溶隧道超前地質預報中的應用[J].勘察科學技術.2018（02）：58-61

[2]彭家陞.地質雷達技術在巖土工程勘察中的應用[J].世界有色金屬.2018（06）：243-244

（江蘇省有色金屬華東地質勘查局八O五隊）