地質(zhì)雷達(dá)在工程物探中的應(yīng)用

馮曉知

（中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的城市建設(shè)事業(yè)取得較大的進(jìn)步，各地區(qū)的工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，工程勘探要求日益提升，如何有效開(kāi)展工程物探、為工程建設(shè)提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，是當(dāng)下需要重點(diǎn)思考的問(wèn)題。在實(shí)際過(guò)程中，工作人員可以結(jié)合具體情況，分別在道路工程、地下管網(wǎng)工程、地質(zhì)勘探工程、橋梁工程、公路質(zhì)量檢測(cè)中應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，全面獲悉地下基本情況，獲取全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料，為進(jìn)一步開(kāi)展各項(xiàng)工程建設(shè)活動(dòng)提供有力依據(jù)[1]。

1 工程物探相關(guān)概述

工程物探，就是指工程物理勘探，工作人員利用相關(guān)儀器設(shè)備，確定地下巖土層的物理性差異之后，觀測(cè)起自然變化，獲取其人工物理場(chǎng)的變化，以此確定地下地質(zhì)空間范圍，獲取地下空間的大小、深度與形狀特征，確定巖土體的物理參數(shù)，為解決實(shí)際工程問(wèn)題提供具體依據(jù)。在工程物探的過(guò)程中，根據(jù)不同的探勘對(duì)象，可以將物探劃分為三大類別，分別為：水工環(huán)工程物探、固體礦工程物探、石油工程物探等，一般情況下，我們使用的都是水工環(huán)工程物探，也可以直接稱其為工程物探[2]。

第一：探地雷達(dá)，工作人員可以結(jié)合不同的工程目標(biāo)，靈活選擇剖面法、多剖面法、透射法、寬角法、透射法等不同方法，這一技術(shù)也是本文研究的地質(zhì)雷達(dá)的基礎(chǔ)技術(shù)形式。

第二，電法勘探，工作人員可以分別選擇高密度電法、電測(cè)深法、可控源音頻大地電磁測(cè)深法、自然電場(chǎng)法、瞬變電磁法等進(jìn)行作業(yè)。

第三，彈性波測(cè)試技術(shù)，工作人員可以分別選擇地震波法與聲波法，其中括聲波法又可以分為穿透聲波、脈沖回波、穿透聲波、聲波反射等；地震波法可以分為連續(xù)地震波速測(cè)試、地震測(cè)井等[3]。

2 地質(zhì)雷達(dá)在工程物探中的應(yīng)用特點(diǎn)及其影響因素

2.1 地質(zhì)雷達(dá)在工程物探中的應(yīng)用特點(diǎn)

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是一種多學(xué)科合作的產(chǎn)物，其具有一定的綜合性特點(diǎn)，這是上述多種不同的勘察技術(shù)所不具備的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也是拓展其應(yīng)用范圍的主要依據(jù)。在工程物探中，地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用主要體現(xiàn)出以下特點(diǎn)：

第一，具有較高的分辨率。在目前的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用中，可以發(fā)現(xiàn)，這一技術(shù)的分辨率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上述探地雷達(dá)、電法勘探、彈性波測(cè)試技術(shù)的分辨率，其可以細(xì)化到厘米單位，且工作頻率可以達(dá)到5000 兆赫茲以上。結(jié)合數(shù)據(jù)資料分析情況可以發(fā)現(xiàn)，其具有較高效率的計(jì)算機(jī)處理能力，能夠高效處理信息資料與數(shù)據(jù)資料，從而精準(zhǔn)把握地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)獲取到的探測(cè)對(duì)象的物理特性與形狀特點(diǎn)[4]。

第二，具有明顯的無(wú)損特點(diǎn)。無(wú)損特點(diǎn)就是在地質(zhì)雷達(dá)物探過(guò)程中，不需要進(jìn)行鉆孔等操作，不會(huì)對(duì)探測(cè)對(duì)象造成損壞，不會(huì)做出損傷性行為。

第三，具有較高的工作效率。地質(zhì)雷達(dá)的設(shè)備較為輕便，現(xiàn)場(chǎng)操作人員需求較低，不需要大量的現(xiàn)場(chǎng)人員，且探測(cè)速度較快，能夠在極短的時(shí)間內(nèi)獲取數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、成像等環(huán)節(jié)，具有較高的探測(cè)效率。

第四，具有較強(qiáng)的抗干擾性。在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用限制條件較少，其主要是通過(guò)便攜式微機(jī)進(jìn)行數(shù)采集，完成數(shù)據(jù)成像工作，能夠在多種不同的環(huán)境中完成作業(yè)[5]。

2.2 地質(zhì)雷達(dá)工程物探效果影響因素

地質(zhì)雷達(dá)是的工程物探效率較高，且其探測(cè)精度對(duì)于開(kāi)展后續(xù)工程建設(shè)而言具有直接影響。因此，工作人員需要將探測(cè)精度作為工程物探的主要元素，深入分析以下多種影響因素作用。

中國(guó)國(guó)際進(jìn)口博覽會(huì)“2018年產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力合作論壇”11月8日在上海舉行。論壇以“一帶一路”倡議下的產(chǎn)業(yè)國(guó)際合作與競(jìng)爭(zhēng)力提升為主題，共同探討產(chǎn)業(yè)國(guó)際合作的路徑和模式，發(fā)出產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力合作倡議，發(fā)布《城市經(jīng)濟(jì)圈產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力報(bào)告》。

一方面，不同的頻率特性會(huì)影響地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)精度，雷達(dá)的電磁波主頻率越高，其主頻段的寬度越寬，波長(zhǎng)越短，其才會(huì)具有更高的分辨率。此外，雷達(dá)測(cè)試的外界干擾也是影響地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)精度的主要因素之一，這主要是由于電磁波能夠在任何介質(zhì)中進(jìn)行傳播，且其呈現(xiàn)出規(guī)律性的遞減趨勢(shì)，若介質(zhì)中的干擾過(guò)強(qiáng)，則會(huì)影響探測(cè)結(jié)果，降低探測(cè)精度。

另一方面，地質(zhì)雷達(dá)的工程物探過(guò)程若是出現(xiàn)能量衰減的情況也會(huì)造成探測(cè)精度誤差，比如：若高頻信號(hào)、寬頻信號(hào)的電磁波在介質(zhì)中進(jìn)行傳播，則會(huì)出現(xiàn)不同程度的能量損耗，出現(xiàn)不同程度的信號(hào)傳播速度差異，以此造成成波速度誤差，影響地質(zhì)雷達(dá)在工程物探中的有效性[6]。

3 地質(zhì)雷達(dá)在工程物探中的應(yīng)用措施

3.1 地質(zhì)雷達(dá)在道路工程物探中的應(yīng)用

道路工程是我國(guó)各地區(qū)城市建設(shè)的主要工程類型之一，在道路工程建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，工作人員均需要使用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)開(kāi)展工程物探工作，以便于獲取精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，為有序推進(jìn)工程建設(shè)提供真實(shí)依據(jù)。

首先，工作人員可以將地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)運(yùn)用于道路建設(shè)之前的工程物探中，對(duì)道路工程建設(shè)地點(diǎn)所在區(qū)域的地址結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件等進(jìn)行勘察，獲取精準(zhǔn)數(shù)據(jù)資料，分析其中的阻礙性因素，比如：存在暗河、存在電纜等不同的物體。之后，在工程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，工作人員可以結(jié)合探測(cè)得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)工作，提升設(shè)計(jì)方案質(zhì)量，為順利建設(shè)道路工程奠定基礎(chǔ)[7]。

其次，在道路工程的建設(shè)過(guò)程中運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)開(kāi)展工程物探工作。在實(shí)際過(guò)程中，工作人員可以利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)準(zhǔn)確檢測(cè)道路路面厚度，將檢測(cè)到的道路路面情況通過(guò)圖像的方式呈現(xiàn)出來(lái)，便于工作人員直觀觀察道路情況，明確各個(gè)區(qū)域中質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的地方，以此進(jìn)行修正與重點(diǎn)改進(jìn)。工作人員可以充分利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，對(duì)整個(gè)道路工程建設(shè)進(jìn)行監(jiān)管，以此提升道路工程質(zhì)量，便于后期維護(hù)道路。在具體應(yīng)用時(shí)，工作人員可以以階段性跟蹤的方式落實(shí)各項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)，在每一層路基、路面鋪設(shè)完成之后進(jìn)行監(jiān)測(cè)，深入分析檢測(cè)結(jié)果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不合格的地方，從而提出有效的解決措施，避免其在后期道路運(yùn)行過(guò)程中發(fā)展成為重大道路質(zhì)量問(wèn)題的隱患，提升道路工程的建設(shè)質(zhì)量。

最后，工作人員可以將地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)運(yùn)用于道路工程建設(shè)之后的日常維護(hù)中。在道路工程建設(shè)之后，會(huì)長(zhǎng)期投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的使用，會(huì)不可避免的出現(xiàn)一些質(zhì)量問(wèn)題，若不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題對(duì)其進(jìn)行修整，則不利于維護(hù)道路運(yùn)行安全。英雌，工作人員需要將地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)運(yùn)用于道路維護(hù)中，檢測(cè)各個(gè)區(qū)段的道路質(zhì)量情況，檢查路基、路面等是否出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，及時(shí)處理問(wèn)題，排除安全隱患。

3.2 地質(zhì)雷達(dá)在城市地下管廊工程物探中的應(yīng)用

地下管廊工程是我國(guó)目前城市建設(shè)中的重要工程之一，其建設(shè)效果能夠直接影響地區(qū)人民的日常生活質(zhì)量。因此，工作人員可以將地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)運(yùn)用于地下管廊工程的物探工作中。在實(shí)際過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)一些地下管廊工程建設(shè)中缺乏地下管線資料，資料不完整、資料真實(shí)度不足等情況，導(dǎo)致管廊工程在建設(shè)的過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更、建設(shè)停滯、管廊工程周邊區(qū)域停氣停電等情況。工作人員可以利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，準(zhǔn)確獲取地下現(xiàn)有管線的分布與走向情況，獲取全面的數(shù)據(jù)資料，從而為開(kāi)展地下管廊建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持。

3.3 地質(zhì)雷達(dá)在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

工程地質(zhì)勘察是各類建設(shè)工程中的重要環(huán)節(jié)之一，其質(zhì)量要求極高，若地質(zhì)條件的變化較大，則需要獲取各個(gè)點(diǎn)的資料，否則無(wú)法充分滿足工程建設(shè)的數(shù)據(jù)資料需求。為了進(jìn)一步提升工程地質(zhì)勘察的有效性，建議工作人員面對(duì)一些特殊地質(zhì)條件時(shí)引入地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)。舉例分析，若面對(duì)軟土地基，則工作人員需要結(jié)合軟土地基中的含水量、承載力、壓縮性等參數(shù)變化情況，考慮到工程建設(shè)中軟土地基變形不利于維護(hù)工程質(zhì)量的特點(diǎn)，需要確定軟土地基的厚度，促使地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)呈現(xiàn)出不連續(xù)的反射波，此時(shí)反射波的視周期會(huì)大幅度降低，工作人員可以獲取較好的探測(cè)效果[8]。

3.4 地質(zhì)雷達(dá)在橋梁工程物探中的應(yīng)用

橋梁工程也是較為常見(jiàn)的城市建設(shè)工程之一，在實(shí)際建設(shè)的過(guò)程中，工作人員需要結(jié)合空氣、水等介質(zhì)對(duì)電磁波的作用影響，利用這一作用及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁工程建設(shè)區(qū)域中地下結(jié)構(gòu)問(wèn)題，比如：是否存在蟻穴、是否存在水壩裂縫、是否存在涌通道等。利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，能夠直接檢測(cè)出橋梁工程中存在的隱患問(wèn)題，促使工作人員能夠在初級(jí)階段解決這些問(wèn)題，避免在建設(shè)后期出現(xiàn)建設(shè)安全事故。

3.5 地質(zhì)雷達(dá)在公路質(zhì)量檢測(cè)工程物探中的應(yīng)用

公路質(zhì)量檢測(cè)是各地區(qū)維護(hù)公路整體運(yùn)行質(zhì)量，營(yíng)造良好運(yùn)行環(huán)境的重要工作內(nèi)容。公路質(zhì)量檢測(cè)目標(biāo)主要為地區(qū)公路的路面質(zhì)量、路基質(zhì)量，檢測(cè)公路中混凝土路面結(jié)構(gòu)情況，分析路基承載力水平，及時(shí)發(fā)現(xiàn)路面裂縫隱患、路基塌陷、不均勻沉降隱患等，而地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)能夠?yàn)榘l(fā)現(xiàn)這一隱患提供技術(shù)支持，同時(shí)為解決這些隱患提供地質(zhì)物理特性數(shù)據(jù)。工作人員可以利用地址雷達(dá)技術(shù)檢測(cè)道路結(jié)構(gòu)，避免出現(xiàn)道路局部遭受破壞的情況，若道路局部出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，則介質(zhì)會(huì)出現(xiàn)電性變化，雷達(dá)信號(hào)的反射波頻率、頻譜特征等均會(huì)發(fā)生變化，工作人員就可以結(jié)合這些變化推測(cè)路基受損情況與位置。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在實(shí)際過(guò)程中，工程物探是各工程建設(shè)項(xiàng)目中的主要環(huán)節(jié)之一，工程物探質(zhì)量能夠直接影響工程建設(shè)整體質(zhì)量與效果，因此，如何提升工程物探有效性，則是需要重點(diǎn)思考的問(wèn)題。在實(shí)際過(guò)程中，工作人員需要充分發(fā)揮地質(zhì)雷達(dá)的勘探作用，結(jié)合雷達(dá)勘探數(shù)據(jù)資料，準(zhǔn)確分析地質(zhì)特征，把握深度與介質(zhì)結(jié)構(gòu)，同時(shí)獲取地下分布的連續(xù)界面，凸顯地質(zhì)雷達(dá)的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。此外，工作人員要分別結(jié)合不同類型工程的實(shí)際情況與內(nèi)容，提出具體的應(yīng)用方法，以此為各類工程提供技術(shù)服務(wù)，為我國(guó)城市建設(shè)與發(fā)展提供技術(shù)支持。