淺述地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在巖溶區(qū)工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

孫巖

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)有了很大進(jìn)展，各類建設(shè)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(shè)工程項(xiàng)目早期，必需對(duì)擬建區(qū)域開(kāi)展詳細(xì)的工程地質(zhì)勘查工作，尤其是巖溶地貌發(fā)育的區(qū)域，直接影響著工程項(xiàng)目的使用壽命和安全?；诖?，本文以地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)為研究對(duì)象，分析了地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在地下巖溶勘查中的效果，為相關(guān)工作者提供參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)雷達(dá);應(yīng)用分析;巖溶勘查

巖溶地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，在巖溶地區(qū)進(jìn)行隧道開(kāi)挖常常會(huì)遇到淺埋豎向巖溶冒頂、溶蝕節(jié)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(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。因此，有必要在隧道施工過(guò)程中進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，從而更好地規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)、排除隱患。目前，在國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)大隧道施工中，以地質(zhì)分析和物探分析相結(jié)合、長(zhǎng)距離和短距離預(yù)報(bào)相結(jié)合、地震方法與電磁方法相結(jié)合等多種方法綜合超前探測(cè)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

1、地質(zhì)雷達(dá)工作原理與方法

地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)是基于地下介質(zhì)的電導(dǎo)率、介電常數(shù)等電性參數(shù)的差異，利用高頻電磁脈沖波的反射探測(cè)地下介質(zhì)分布的一種物探手段。高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度和波形將隨所通過(guò)介質(zhì)的電性特征及幾何形態(tài)而變化，故通過(guò)對(duì)時(shí)域波形的采集、處理和分析，可確定地下界面或目標(biāo)體的空間位置及結(jié)構(gòu)。地質(zhì)雷達(dá)在探測(cè)過(guò)程中，它通過(guò)發(fā)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(zhì)中傳播的過(guò)程中，當(dāng)遇到存在電性差異的地層或目標(biāo)體時(shí)，便發(fā)生反射并返回地面，被接收天線所接收。若界面兩側(cè)介質(zhì)的性質(zhì)差異越大，則反射波越強(qiáng)，反射系數(shù)越大。電磁波從介電常數(shù)小的進(jìn)入介電常數(shù)大的介質(zhì)時(shí)，反射系數(shù)為負(fù)數(shù)，反射波振幅為反向。相反則為正數(shù)、同向。介質(zhì)的存在狀態(tài)，是否導(dǎo)電對(duì)電磁波在介質(zhì)中的傳播特性影響很大，這也是電磁自身物理性質(zhì)決定的。根據(jù)接收到波的旅行時(shí)間、幅度與波形資料可推斷介質(zhì)結(jié)構(gòu)。

2、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)依據(jù)

地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的技術(shù)相比，它最大的優(yōu)點(diǎn)就在于對(duì)工程沒(méi)有損害，或者損害很小，大多數(shù)情況下，我們會(huì)把這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用于工程中比較淺的層次的或者普查性質(zhì)的檢測(cè)中。這項(xiàng)技術(shù)的一大短板就是它能夠探測(cè)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(cè)路段（或工作區(qū)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(dāng)這一段路與其他的路段存在電性差的時(shí)候，我們才能接收到更為強(qiáng)烈的信號(hào)。在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，我國(guó)工程的質(zhì)量水平還不是很高，只有三個(gè)層面，分別是面層，基層，路基層。在修建工程時(shí)，最上面的表層由于經(jīng)常受到行人踩踏，車輛行駛，風(fēng)吹雨淋等，所以我們采用了比較穩(wěn)定的混凝土和瀝青，而基層也需要承擔(dān)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(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，如果工程的表層采用的是水泥混凝土，那么它的相對(duì)介電常數(shù)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(jù)我們的檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)很多工程基層的相對(duì)介電常數(shù)都是在八以上。

3、地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用分析

（1）區(qū)域地貌及地質(zhì)構(gòu)造概況。擬建場(chǎng)地位于韶關(guān)市芙蓉山，勘察區(qū)揭露的地層為石炭系石磴子組。受粵北山字型地質(zhì)構(gòu)造的影響，區(qū)內(nèi)褶皺和斷裂極其發(fā)育，褶皺主要由古生段地層形成緊密式之間背斜核部，區(qū)域主要構(gòu)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(xiàn)為芙蓉山向斜和芙蓉山斷裂帶 ，構(gòu)造形跡形成于印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期，進(jìn)入第四紀(jì)以后，構(gòu)造上屬于相對(duì)穩(wěn)定階段，勘察階段未發(fā)現(xiàn)新構(gòu)造活動(dòng)痕跡。

根據(jù)鉆孔揭露，場(chǎng)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(tǒng)石磴子組（C1s2）組成。

圖1 區(qū)域地質(zhì)略圖

（2）工程所在區(qū)域地質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果。①第四系：屬于松散巖組，其厚度小，呈可塑狀，網(wǎng)狀裂隙發(fā)育，壓縮性高，力學(xué)強(qiáng)度低。②石炭系下統(tǒng)石凳子組（C1s2）中風(fēng)化灰?guī)r：灰黑色、灰白色、深灰色等，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙極發(fā)育，溶蝕現(xiàn)象明顯，發(fā)育有多層串珠狀溶洞，巖芯較破碎，呈塊狀。③石炭系下統(tǒng)石凳子組（C1s2）微風(fēng)化灰?guī)r：微風(fēng)化程度，屬于較硬質(zhì)巖類巖石，節(jié)理裂隙較發(fā)育，沿節(jié)理面充填方解石脈，結(jié)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(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

（3）地質(zhì)雷達(dá)勘查。由于地質(zhì)雷達(dá)在進(jìn)行巖溶勘查過(guò)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(duì)這些干擾信號(hào)進(jìn)行有效的控制，確?？碧浇Y(jié)果的準(zhǔn)確性，在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中對(duì)以上干擾因素進(jìn)行削除，并利用事后數(shù)字處理方法削弱干擾因素的影響，提高地質(zhì)雷達(dá)的圖像識(shí)別能力。

（4）地質(zhì)雷達(dá)勘查結(jié)果。根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)對(duì)該地區(qū)巖溶結(jié)構(gòu)的勘查結(jié)果，得出如下結(jié)論：①樁號(hào)K0+195.0m處（深約38m）、K0+202.5m處（深約55m），K0+220.0m（深約56.5m）處出現(xiàn)低阻、強(qiáng)吸收的特征，根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的反饋圖像，推測(cè)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(fā)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(cè)為垂直裂隙帶;測(cè)線電阻率普遍較低，根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的反饋圖像，推測(cè)基巖裂隙極為發(fā)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(jù)地質(zhì)雷達(dá)的反饋圖像，推測(cè)為基巖裂隙較發(fā)育區(qū)。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，本文通過(guò)鉆探對(duì)地質(zhì)雷達(dá)的勘查結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明地質(zhì)雷達(dá)可以精準(zhǔn)的反饋巖溶地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造情況，為本地段巖溶發(fā)育特征的研究提供了基礎(chǔ)資料，給工程的安全建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理提供了保證。

參考文獻(xiàn)：

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