地質(zhì)雷達(dá)在隧道仰拱巖溶探測(cè)中的應(yīng)用

李良才

摘要：文中通過(guò)采用低頻地質(zhì)雷達(dá)天線對(duì)巖溶地區(qū)的隧道基底探測(cè)，并結(jié)合加深炮孔進(jìn)行驗(yàn)證，證明了該法是對(duì)隧底巖溶探測(cè)有效的、可行的方法。對(duì)比目前大面積采用釬探，地質(zhì)雷達(dá)方法可大大節(jié)省人力物力、減小對(duì)施工的影響，并可大大增加探測(cè)深度，在目前技術(shù)和設(shè)備水平條件下最優(yōu)的隧底探測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá) 巖溶探測(cè)

1 問(wèn)題提出

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家最近幾年加大了對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，在鐵路交通方面的建設(shè)主要以高速、重載方向的發(fā)展，如山西中南部通道的重載鐵路，鐵路網(wǎng)中長(zhǎng)期規(guī)劃中的四縱四橫、跨區(qū)際的快速通道和區(qū)域城市圈城市軌道交通等高鐵或客專的高速鐵路。隨著建設(shè)的深入，高鐵已進(jìn)入我國(guó)西部、西南部地區(qū)，在經(jīng)過(guò)喀斯特地區(qū)時(shí)，不可避免會(huì)遇到大量的巖溶隧道，為了消除隱患、確保隧道的質(zhì)量及運(yùn)營(yíng)安全，施工期間對(duì)隧道基底巖溶必須探測(cè)，以便采取相應(yīng)的對(duì)策措施。

根據(jù)目前的技術(shù)、設(shè)備水平，地質(zhì)雷達(dá)物探手段[1-5]是目前城市管線探測(cè)較成熟的探測(cè)方法，借鑒其特點(diǎn)，在此將該法用于隧道基底的巖溶探測(cè)。

2 探測(cè)原理

2.1 天線的選擇

根據(jù)高速鐵路隧道的工程實(shí)際，隧道斷面較大，為了能探測(cè)足夠深度，確定選用100MHz天線進(jìn)行探測(cè)。

2.2 探測(cè)原理

地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用脈沖電磁波探測(cè)隱蔽介質(zhì)的分布。地質(zhì)雷達(dá)的發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻寬帶短脈沖電磁波，電磁波遇到具有不同介電特性的巖溶（空洞或充填泥土）與地層界面時(shí)有部分返回，接收天線接收反射波并記錄反射波的旅行時(shí)間。當(dāng)發(fā)射和接收天線沿物體表面逐點(diǎn)同步移動(dòng)時(shí)，就能得到其內(nèi)部介質(zhì)的剖面圖像。當(dāng)基底存在巖溶時(shí)，由于巖溶與周圍圍巖間的介電常數(shù)的對(duì)比差異，也使得巖溶“可見(jiàn)”，詳見(jiàn)圖1所示。

圖1 檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)構(gòu)的對(duì)照?qǐng)D

3 仰拱基底探測(cè)

3.1 探測(cè)方案

滬昆客專某雙線隧道，左右線間距為5.0m，隧址屬侵蝕構(gòu)造低中山地貌。區(qū)內(nèi)山脈屬條形中山，具構(gòu)造侵蝕-溶蝕地貌特點(diǎn)。山脊兩側(cè)平行山脈走向發(fā)育有長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里至數(shù)十公里的長(zhǎng)條形溶蝕蝕槽谷地貌，其高程從1930-

2430m不等，槽谷底部平緩開闊，呈串珠狀分布有溶蝕洼地等巖溶形態(tài)和景觀；本隧可溶巖分布廣泛，巖溶形態(tài)多樣，地表溶蝕洼地、漏斗、豎井、落水洞普遍分布，且多見(jiàn)呈串珠狀排列；基巖為白云質(zhì)灰?guī)r夾灰?guī)r，受構(gòu)造影響，巖體破碎，隧道上方有危巖落石，工程地質(zhì)條件差。

隧道施工至DK1132+100，為了了解DK1132+160～

DK1132+120段仰拱下方地質(zhì)是否存在巖溶等不良地質(zhì)，采用地質(zhì)雷達(dá)（100MHz低頻天線）方法沿隧道縱向布置3條測(cè)線（仰拱左、中、右）對(duì)該段仰拱基底進(jìn)行探測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)情況見(jiàn)圖2。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)照片

3.2 探測(cè)分析

采用地質(zhì)雷達(dá)100MHz天線對(duì)該隧道出口（DK1132+

160～DK1132 +120）段仰拱基底進(jìn)行了探測(cè)，地質(zhì)雷達(dá)圖像經(jīng)零點(diǎn)修正、去直流漂移、自動(dòng)增益、帶通濾波及背景去除等濾波處理后的波形見(jiàn)圖3。

圖3 地質(zhì)雷達(dá)波形圖

對(duì)圖3進(jìn)行分析，由波形圖可知本次仰拱基底探測(cè)有效深度約為22m，探測(cè)結(jié)果分析如下：

①11～13m（DK1132+149～DK1132+147）段仰拱基底下方4.4～18m深度范圍內(nèi)存在很強(qiáng)反射信號(hào)，說(shuō)明此段圍巖裂隙發(fā)育較深，存在軟弱夾層及填充性或空洞性巖溶等不良地質(zhì)。

②15～17m（DK1132+145～DK1132+143）段仰拱基底下方4.5～17m深度范圍內(nèi)存在很強(qiáng)反射信號(hào)，說(shuō)明此段圍巖裂隙發(fā)育，存在軟弱夾層及填充性等不良地質(zhì)。

③21～23m（DK1132+139～DK1132+137）段仰拱基底下方6～15m深度范圍內(nèi)存在強(qiáng)反射信號(hào)，說(shuō)明此段圍巖破碎，存在軟弱夾層等不良地質(zhì)。

3.3 探測(cè)成果及驗(yàn)證

DK1132+149～DK1132+147段基底下方4.4～18m、DK1132+145～DK1132+143段基底下方4.5～17m、DK1132+139～DK1132+137段基底下方6～15m等范圍內(nèi)存在圍巖破碎，存在軟弱夾層等不良地質(zhì)。

通過(guò)對(duì)3段存在巖溶地段采用加深炮孔進(jìn)行驗(yàn)證，各段鉆孔3個(gè)，分別在4.8m、4.3m、5.7m左右探到巖溶，證明了地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的正確性。

4 結(jié)論及建議

采用低頻地質(zhì)雷達(dá)天線對(duì)巖溶地區(qū)的隧道基底探測(cè)，并結(jié)合加深炮孔進(jìn)行驗(yàn)證以采取對(duì)策措施是有效的、可行的方法。

對(duì)比目前大面積采用釬探，地質(zhì)雷達(dá)方法可大大節(jié)省人力物力、減小對(duì)施工的影響，并可大大增加探測(cè)深度，在目前技術(shù)和設(shè)備水平條件下最優(yōu)的隧底探測(cè)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛如冰，曹震峰，彭飛.地質(zhì)雷達(dá)在給水管線探測(cè)中的新進(jìn)展[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2008.4：24-26.

[2]陳軍，趙永輝，萬(wàn)明浩.地質(zhì)雷達(dá)在地下管線探測(cè)中的應(yīng)用[J]. 工程地球物理學(xué)報(bào)，2005（04）.

[3]王明德.地質(zhì)雷達(dá)在管線探測(cè)中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2009（S1）.

[4]時(shí)靜，白明洲.強(qiáng)風(fēng)化巖層中近距離并行管線探測(cè)的地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用研究[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2006.2：56-59.

[5]程立，祁增云，楊顯文.地質(zhì)雷達(dá)在引水隧洞襯砌與灌漿質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2012.1：59-61.endprint

摘要：文中通過(guò)采用低頻地質(zhì)雷達(dá)天線對(duì)巖溶地區(qū)的隧道基底探測(cè)，并結(jié)合加深炮孔進(jìn)行驗(yàn)證，證明了該法是對(duì)隧底巖溶探測(cè)有效的、可行的方法。對(duì)比目前大面積采用釬探，地質(zhì)雷達(dá)方法可大大節(jié)省人力物力、減小對(duì)施工的影響，并可大大增加探測(cè)深度，在目前技術(shù)和設(shè)備水平條件下最優(yōu)的隧底探測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá) 巖溶探測(cè)

1 問(wèn)題提出

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家最近幾年加大了對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，在鐵路交通方面的建設(shè)主要以高速、重載方向的發(fā)展，如山西中南部通道的重載鐵路，鐵路網(wǎng)中長(zhǎng)期規(guī)劃中的四縱四橫、跨區(qū)際的快速通道和區(qū)域城市圈城市軌道交通等高鐵或客專的高速鐵路。隨著建設(shè)的深入，高鐵已進(jìn)入我國(guó)西部、西南部地區(qū)，在經(jīng)過(guò)喀斯特地區(qū)時(shí)，不可避免會(huì)遇到大量的巖溶隧道，為了消除隱患、確保隧道的質(zhì)量及運(yùn)營(yíng)安全，施工期間對(duì)隧道基底巖溶必須探測(cè)，以便采取相應(yīng)的對(duì)策措施。

根據(jù)目前的技術(shù)、設(shè)備水平，地質(zhì)雷達(dá)物探手段[1-5]是目前城市管線探測(cè)較成熟的探測(cè)方法，借鑒其特點(diǎn)，在此將該法用于隧道基底的巖溶探測(cè)。

2 探測(cè)原理

2.1 天線的選擇

根據(jù)高速鐵路隧道的工程實(shí)際，隧道斷面較大，為了能探測(cè)足夠深度，確定選用100MHz天線進(jìn)行探測(cè)。

2.2 探測(cè)原理

地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用脈沖電磁波探測(cè)隱蔽介質(zhì)的分布。地質(zhì)雷達(dá)的發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻寬帶短脈沖電磁波，電磁波遇到具有不同介電特性的巖溶（空洞或充填泥土）與地層界面時(shí)有部分返回，接收天線接收反射波并記錄反射波的旅行時(shí)間。當(dāng)發(fā)射和接收天線沿物體表面逐點(diǎn)同步移動(dòng)時(shí)，就能得到其內(nèi)部介質(zhì)的剖面圖像。當(dāng)基底存在巖溶時(shí)，由于巖溶與周圍圍巖間的介電常數(shù)的對(duì)比差異，也使得巖溶“可見(jiàn)”，詳見(jiàn)圖1所示。

圖1 檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)構(gòu)的對(duì)照?qǐng)D

3 仰拱基底探測(cè)

3.1 探測(cè)方案

滬昆客專某雙線隧道，左右線間距為5.0m，隧址屬侵蝕構(gòu)造低中山地貌。區(qū)內(nèi)山脈屬條形中山，具構(gòu)造侵蝕-溶蝕地貌特點(diǎn)。山脊兩側(cè)平行山脈走向發(fā)育有長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里至數(shù)十公里的長(zhǎng)條形溶蝕蝕槽谷地貌，其高程從1930-

2430m不等，槽谷底部平緩開闊，呈串珠狀分布有溶蝕洼地等巖溶形態(tài)和景觀；本隧可溶巖分布廣泛，巖溶形態(tài)多樣，地表溶蝕洼地、漏斗、豎井、落水洞普遍分布，且多見(jiàn)呈串珠狀排列；基巖為白云質(zhì)灰?guī)r夾灰?guī)r，受構(gòu)造影響，巖體破碎，隧道上方有危巖落石，工程地質(zhì)條件差。

隧道施工至DK1132+100，為了了解DK1132+160～

DK1132+120段仰拱下方地質(zhì)是否存在巖溶等不良地質(zhì)，采用地質(zhì)雷達(dá)（100MHz低頻天線）方法沿隧道縱向布置3條測(cè)線（仰拱左、中、右）對(duì)該段仰拱基底進(jìn)行探測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)情況見(jiàn)圖2。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)照片

3.2 探測(cè)分析

采用地質(zhì)雷達(dá)100MHz天線對(duì)該隧道出口（DK1132+

160～DK1132 +120）段仰拱基底進(jìn)行了探測(cè)，地質(zhì)雷達(dá)圖像經(jīng)零點(diǎn)修正、去直流漂移、自動(dòng)增益、帶通濾波及背景去除等濾波處理后的波形見(jiàn)圖3。

圖3 地質(zhì)雷達(dá)波形圖

對(duì)圖3進(jìn)行分析，由波形圖可知本次仰拱基底探測(cè)有效深度約為22m，探測(cè)結(jié)果分析如下：

①11～13m（DK1132+149～DK1132+147）段仰拱基底下方4.4～18m深度范圍內(nèi)存在很強(qiáng)反射信號(hào)，說(shuō)明此段圍巖裂隙發(fā)育較深，存在軟弱夾層及填充性或空洞性巖溶等不良地質(zhì)。

②15～17m（DK1132+145～DK1132+143）段仰拱基底下方4.5～17m深度范圍內(nèi)存在很強(qiáng)反射信號(hào)，說(shuō)明此段圍巖裂隙發(fā)育，存在軟弱夾層及填充性等不良地質(zhì)。

③21～23m（DK1132+139～DK1132+137）段仰拱基底下方6～15m深度范圍內(nèi)存在強(qiáng)反射信號(hào)，說(shuō)明此段圍巖破碎，存在軟弱夾層等不良地質(zhì)。

3.3 探測(cè)成果及驗(yàn)證

DK1132+149～DK1132+147段基底下方4.4～18m、DK1132+145～DK1132+143段基底下方4.5～17m、DK1132+139～DK1132+137段基底下方6～15m等范圍內(nèi)存在圍巖破碎，存在軟弱夾層等不良地質(zhì)。

通過(guò)對(duì)3段存在巖溶地段采用加深炮孔進(jìn)行驗(yàn)證，各段鉆孔3個(gè)，分別在4.8m、4.3m、5.7m左右探到巖溶，證明了地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的正確性。

4 結(jié)論及建議

采用低頻地質(zhì)雷達(dá)天線對(duì)巖溶地區(qū)的隧道基底探測(cè)，并結(jié)合加深炮孔進(jìn)行驗(yàn)證以采取對(duì)策措施是有效的、可行的方法。

對(duì)比目前大面積采用釬探，地質(zhì)雷達(dá)方法可大大節(jié)省人力物力、減小對(duì)施工的影響，并可大大增加探測(cè)深度，在目前技術(shù)和設(shè)備水平條件下最優(yōu)的隧底探測(cè)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛如冰，曹震峰，彭飛.地質(zhì)雷達(dá)在給水管線探測(cè)中的新進(jìn)展[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2008.4：24-26.

[2]陳軍，趙永輝，萬(wàn)明浩.地質(zhì)雷達(dá)在地下管線探測(cè)中的應(yīng)用[J]. 工程地球物理學(xué)報(bào)，2005（04）.

[3]王明德.地質(zhì)雷達(dá)在管線探測(cè)中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2009（S1）.

[4]時(shí)靜，白明洲.強(qiáng)風(fēng)化巖層中近距離并行管線探測(cè)的地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用研究[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2006.2：56-59.

[5]程立，祁增云，楊顯文.地質(zhì)雷達(dá)在引水隧洞襯砌與灌漿質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2012.1：59-61.endprint

摘要：文中通過(guò)采用低頻地質(zhì)雷達(dá)天線對(duì)巖溶地區(qū)的隧道基底探測(cè)，并結(jié)合加深炮孔進(jìn)行驗(yàn)證，證明了該法是對(duì)隧底巖溶探測(cè)有效的、可行的方法。對(duì)比目前大面積采用釬探，地質(zhì)雷達(dá)方法可大大節(jié)省人力物力、減小對(duì)施工的影響，并可大大增加探測(cè)深度，在目前技術(shù)和設(shè)備水平條件下最優(yōu)的隧底探測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá) 巖溶探測(cè)

1 問(wèn)題提出

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家最近幾年加大了對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，在鐵路交通方面的建設(shè)主要以高速、重載方向的發(fā)展，如山西中南部通道的重載鐵路，鐵路網(wǎng)中長(zhǎng)期規(guī)劃中的四縱四橫、跨區(qū)際的快速通道和區(qū)域城市圈城市軌道交通等高鐵或客專的高速鐵路。隨著建設(shè)的深入，高鐵已進(jìn)入我國(guó)西部、西南部地區(qū)，在經(jīng)過(guò)喀斯特地區(qū)時(shí)，不可避免會(huì)遇到大量的巖溶隧道，為了消除隱患、確保隧道的質(zhì)量及運(yùn)營(yíng)安全，施工期間對(duì)隧道基底巖溶必須探測(cè)，以便采取相應(yīng)的對(duì)策措施。

根據(jù)目前的技術(shù)、設(shè)備水平，地質(zhì)雷達(dá)物探手段[1-5]是目前城市管線探測(cè)較成熟的探測(cè)方法，借鑒其特點(diǎn)，在此將該法用于隧道基底的巖溶探測(cè)。

2 探測(cè)原理

2.1 天線的選擇

根據(jù)高速鐵路隧道的工程實(shí)際，隧道斷面較大，為了能探測(cè)足夠深度，確定選用100MHz天線進(jìn)行探測(cè)。

2.2 探測(cè)原理

地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用脈沖電磁波探測(cè)隱蔽介質(zhì)的分布。地質(zhì)雷達(dá)的發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻寬帶短脈沖電磁波，電磁波遇到具有不同介電特性的巖溶（空洞或充填泥土）與地層界面時(shí)有部分返回，接收天線接收反射波并記錄反射波的旅行時(shí)間。當(dāng)發(fā)射和接收天線沿物體表面逐點(diǎn)同步移動(dòng)時(shí)，就能得到其內(nèi)部介質(zhì)的剖面圖像。當(dāng)基底存在巖溶時(shí)，由于巖溶與周圍圍巖間的介電常數(shù)的對(duì)比差異，也使得巖溶“可見(jiàn)”，詳見(jiàn)圖1所示。

圖1 檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)構(gòu)的對(duì)照?qǐng)D

3 仰拱基底探測(cè)

3.1 探測(cè)方案

滬昆客專某雙線隧道，左右線間距為5.0m，隧址屬侵蝕構(gòu)造低中山地貌。區(qū)內(nèi)山脈屬條形中山，具構(gòu)造侵蝕-溶蝕地貌特點(diǎn)。山脊兩側(cè)平行山脈走向發(fā)育有長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里至數(shù)十公里的長(zhǎng)條形溶蝕蝕槽谷地貌，其高程從1930-

2430m不等，槽谷底部平緩開闊，呈串珠狀分布有溶蝕洼地等巖溶形態(tài)和景觀；本隧可溶巖分布廣泛，巖溶形態(tài)多樣，地表溶蝕洼地、漏斗、豎井、落水洞普遍分布，且多見(jiàn)呈串珠狀排列；基巖為白云質(zhì)灰?guī)r夾灰?guī)r，受構(gòu)造影響，巖體破碎，隧道上方有危巖落石，工程地質(zhì)條件差。

隧道施工至DK1132+100，為了了解DK1132+160～

DK1132+120段仰拱下方地質(zhì)是否存在巖溶等不良地質(zhì)，采用地質(zhì)雷達(dá)（100MHz低頻天線）方法沿隧道縱向布置3條測(cè)線（仰拱左、中、右）對(duì)該段仰拱基底進(jìn)行探測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)情況見(jiàn)圖2。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)照片

3.2 探測(cè)分析

采用地質(zhì)雷達(dá)100MHz天線對(duì)該隧道出口（DK1132+

160～DK1132 +120）段仰拱基底進(jìn)行了探測(cè)，地質(zhì)雷達(dá)圖像經(jīng)零點(diǎn)修正、去直流漂移、自動(dòng)增益、帶通濾波及背景去除等濾波處理后的波形見(jiàn)圖3。

圖3 地質(zhì)雷達(dá)波形圖

對(duì)圖3進(jìn)行分析，由波形圖可知本次仰拱基底探測(cè)有效深度約為22m，探測(cè)結(jié)果分析如下：

①11～13m（DK1132+149～DK1132+147）段仰拱基底下方4.4～18m深度范圍內(nèi)存在很強(qiáng)反射信號(hào)，說(shuō)明此段圍巖裂隙發(fā)育較深，存在軟弱夾層及填充性或空洞性巖溶等不良地質(zhì)。

②15～17m（DK1132+145～DK1132+143）段仰拱基底下方4.5～17m深度范圍內(nèi)存在很強(qiáng)反射信號(hào)，說(shuō)明此段圍巖裂隙發(fā)育，存在軟弱夾層及填充性等不良地質(zhì)。

③21～23m（DK1132+139～DK1132+137）段仰拱基底下方6～15m深度范圍內(nèi)存在強(qiáng)反射信號(hào)，說(shuō)明此段圍巖破碎，存在軟弱夾層等不良地質(zhì)。

3.3 探測(cè)成果及驗(yàn)證

DK1132+149～DK1132+147段基底下方4.4～18m、DK1132+145～DK1132+143段基底下方4.5～17m、DK1132+139～DK1132+137段基底下方6～15m等范圍內(nèi)存在圍巖破碎，存在軟弱夾層等不良地質(zhì)。

通過(guò)對(duì)3段存在巖溶地段采用加深炮孔進(jìn)行驗(yàn)證，各段鉆孔3個(gè)，分別在4.8m、4.3m、5.7m左右探到巖溶，證明了地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的正確性。

4 結(jié)論及建議

采用低頻地質(zhì)雷達(dá)天線對(duì)巖溶地區(qū)的隧道基底探測(cè)，并結(jié)合加深炮孔進(jìn)行驗(yàn)證以采取對(duì)策措施是有效的、可行的方法。

對(duì)比目前大面積采用釬探，地質(zhì)雷達(dá)方法可大大節(jié)省人力物力、減小對(duì)施工的影響，并可大大增加探測(cè)深度，在目前技術(shù)和設(shè)備水平條件下最優(yōu)的隧底探測(cè)方法。

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