地質(zhì)雷達法在喀斯特地區(qū)城鎮(zhèn)道路建設(shè)中隱伏巖溶探測的應(yīng)用

陳勇

（中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州貴陽 550081）

1 工程概況

本項目位于貴州黔西南州某縣，地處喀斯特巖溶發(fā)育地段，道路性質(zhì)屬于城市快速通道；全線共設(shè)大橋1768.8m/6座，隧道4923m/5座（長隧道2723m/2條、中隧道1837m/2條、短隧道362m/1條），橋隧占路線總長44.3%。全線采用瀝青混凝土路面，設(shè)計荷載為城-A級，人群荷載5kN/m2，設(shè)計路線全長4.914km，見圖1、圖2。

圖1 道路設(shè)計

圖2 道路效果

2 方法和原理

在對地下介質(zhì)中的短波高頻脈沖電磁波進行傳播規(guī)律的研究中，地質(zhì)雷達技術(shù)屬于一項關(guān)鍵技術(shù)。其主要工作原理是借助于電磁波所具有的反射作用，以天線形式將中心頻率一定的無載波脈沖電磁波發(fā)射到地下，然后以另一天線對各種介質(zhì)界面上的反射波進行回收。在介質(zhì)中，電磁波的傳播時間、波形和磁場強度都會隨介質(zhì)電性和目標體幾何形態(tài)的不同而發(fā)生改變。基于此，通過對反射波的波形、幅度及其旅行時間等的研究，便可實現(xiàn)地下目標體結(jié)構(gòu)信息及其位置信息的確定。圖3是其探測原理圖。

圖3 地質(zhì)雷達探測原理

反射信號的大小由反射系數(shù)R決定：

在實測中，通過地質(zhì)雷達記錄，可對電磁波在地層內(nèi)的雙程反射時間T（ns）進行讀取，由此便可確定其探測深度H（m）：

式中：ε1-上層介質(zhì)的介電常數(shù)；ε2-下層介質(zhì)所具備的節(jié)點常數(shù)；εr-介質(zhì)相對介電常數(shù)；v-電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，m/ns；c-電磁波在真空條件下的傳播速度（C=0.3m/ns）。

3 測線布置

根據(jù)施工勘察的前期資料顯示該段路基存在裂隙發(fā)育、土洞、巖溶等不良地質(zhì)條件，為查明路基下的巖溶規(guī)模及隱伏溶洞的空間及平面分布，采用地質(zhì)雷達法對其進行探測。如圖4所示，通過待測區(qū)域內(nèi)的實際地質(zhì)與地形分析，在本次測量中，K1+670～K1+730段共布置地質(zhì)雷達探測剖面3條、剖面總長180m。地質(zhì)雷達順向布置在了路基范圍以內(nèi)，其測線間距控制在2.5m，采用美國勞雷SIR3000，其中配備的屏蔽天線為100MHz，時窗長度設(shè)置為300ms，點測模式，疊加次數(shù)為128，道間距0.1m。表1為測線編號、長度與方向及其所對應(yīng)的樁號。

圖4 地雷達測線布置

表1 測線編號、長度與方向及其所對應(yīng)的樁號

4 成果分析

通過對現(xiàn)場布置的測線進行探測，探測成果及解釋如下：

R1測線探測結(jié)果存在異常的樁號分包為：K1+727～K1+714、K1+713～K1+708、K1+698～K1+697、K1+686～K1+680共計4處。

R2測線探測結(jié)果存在異常的樁號分包為：K1+726～K1+713、K1+713～K1+710、K1+698～K1+696、K1+686～K1+679共計4處。

R3測線探測結(jié)果存在異常的樁號分包為：K1+726～K1+717、K1+715～K1+707、K1+698～K1+697、K1+686～K1+683、K1+679～K1+677、K1+673～K1+670共計6處。表2為測區(qū)異常統(tǒng)計表。

表2 測區(qū)異常統(tǒng)計

通過對雷達探測成果現(xiàn)場開挖揭露驗證，揭露的巖溶與探測結(jié)果相符。圖5探測出的巖溶平面位置分布情況，圖6現(xiàn)場開挖揭露情況。

圖5 探測出的巖溶平面位置

5 結(jié)語

地質(zhì)雷達用于斯特地區(qū)隱伏溶蝕帶探測，是一種高效快速的探測手段。通過該技術(shù)的合理應(yīng)用，可實現(xiàn)路基中隱伏巖洞的成功探測，以此來為后續(xù)的施工提供科學指導，最大限度避免工程事故的發(fā)生，為設(shè)計處理加固提供有效的數(shù)據(jù)支撐。建議類似工程探測時在異常區(qū)補充鉆探孔以驗證雷達異常的有效性。地質(zhì)雷達在城鎮(zhèn)道路巖溶地區(qū)的地質(zhì)探測中具有較好效果，它能夠直觀、迅速、高效、持續(xù)地反映路基巖溶地區(qū)溶洞的埋深與分布范圍，即使巖溶通道連通情況也能夠清晰、直觀地展現(xiàn)出來。

圖6 現(xiàn)場開挖揭露情況