地質(zhì)雷達在公路塌陷區(qū)勘察中的應(yīng)用

肖 瞳 牛興國 李 亮 歐陽九發(fā)

（1.包頭地質(zhì)勘察施工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.內(nèi)蒙古有色地質(zhì)礦業(yè)〈集團〉物探勘查有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 016043；3.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 礦業(yè)與煤炭學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

0 引言

近些年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的交通運輸事業(yè)也在不斷擴大，尤其是在人流密集的大城市里，普通的地面公路建設(shè)早已無法滿足人們的正常出行需求，需要大力建設(shè)地下空間的運輸路線。由于地鐵的建設(shè)過程中需要開鑿大量地下隧道，從而改變了巖體的穩(wěn)定性，導(dǎo)致地面塌陷事故越來越多，嚴(yán)重威脅了人民的出行安全和城市運行秩序，所以預(yù)防道路塌陷，成為城市建設(shè)的一項重要任務(wù)。道路塌陷因突發(fā)性、隱伏性、重復(fù)性和多因性的特點，工作者無法及時發(fā)現(xiàn)道路下方潛伏的土體疏松帶、空洞、土體富水等深層隱伏病害[1]，其預(yù)防結(jié)果也是難見成效。路面塌陷災(zāi)害與其他地質(zhì)災(zāi)害相比，周圍市政附屬設(shè)施眾多，特別是帶電設(shè)備和地下管線眾多，對物探工作帶來了極大的干擾。

地質(zhì)雷達對道路的病害檢測具高效、快捷、準(zhǔn)確、無損等特點[2]，與高密度電法，瞬變電磁等方法相比具有操作方便，施工場地要求較低等優(yōu)點，能夠在有限的場地內(nèi)完成施工。本文基于地鐵開挖施工過程中出現(xiàn)的路面塌陷問題勘察，以便于快速、準(zhǔn)確地圈出塌陷范圍和注漿施工程度等問題。

1 地質(zhì)雷達工作原理

地質(zhì)雷達探測技術(shù)與其他地球物理方法的探測技術(shù)，地質(zhì)雷達探測技術(shù)方法具有數(shù)據(jù)精度高、分辨能力強、檢測速度快、操作簡便、成像色彩豐富和成果直觀可視等許多優(yōu)勢，是一種較理想的工程質(zhì)量無損檢測技術(shù)。地下出現(xiàn)空洞松散堆積體時都有雷達反射界面，因此理論上利用地質(zhì)雷達探測空洞或不良地質(zhì)現(xiàn)象是一個有效的方法。

地質(zhì)雷達是一種采用短脈沖寬帶高頻電磁波信號，檢測地下介質(zhì)分布的新方法。該方法通過天線連續(xù)拖動的方式向地下發(fā)射高頻電磁波，電磁波信號在物體內(nèi)部傳播時遇到不同介質(zhì)的界面時，就會反射、透射和折射。介質(zhì)的介電常數(shù)差異越大，反射的電磁波能量也越大；反射的電磁波被與發(fā)射天線同步移動的接收天線接收后，通過雷達主機精確記錄反射回的電磁波的運動特征，獲得地下介質(zhì)的斷面掃描圖像，通過對掃描圖像進行處理和圖像解譯，達到識別地下目標(biāo)物的目的[3]。工作原理如圖1所示。

2 勘察實例分析

2.1 勘察區(qū)概況

受地質(zhì)勘察單位的委托，筆者在某城市的地鐵規(guī)劃的部分路段對地下塌陷區(qū)進行了實地勘察?？辈靺^(qū)位于該城市的市區(qū)公路某重要路段，車流十分密集，勘察區(qū)內(nèi)鉆孔和注漿設(shè)備繁多，且勘察區(qū)附近存在正施工路段，存在多種干擾因素。

2.2 儀器設(shè)備

本次測試采用pulseEKKO PRO加拿大地質(zhì)雷達系統(tǒng)（如圖2）。該型地質(zhì)雷達擁有目前世界上最低頻的天線，探測深度最深（50m以上），動態(tài)范圍大，信噪比達到180db，具有無損、高效、分辨率高、抗干擾性強的特點。

2.3 天線選取與測網(wǎng)布置

本次檢測說明：測線L1：57m，天線主頻：50Mhz，點距：0.2 m，備注：以測線L1展示，實際根據(jù)現(xiàn)場條件，布置了四條測線。

2.4 雷達數(shù)據(jù)處理與解釋成圖

地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)處理包括預(yù)處理（標(biāo)記和樁號校正等）和后處理分析，其目的在于壓制規(guī)則和隨機干擾，以盡可能高的分辨率在探地雷達圖像剖面上顯示反射波，突出有用的異常信息（包括電磁波速度，振幅和波形等）來幫助解釋。

從地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)處理的原理中我們可以將地質(zhì)雷達的數(shù)據(jù)處理分為以下幾步：（1）預(yù)處理；（2）振幅恢復(fù)；（3）去噪；（4）反褶積；（5）偏移成像；（6）復(fù)信號分析等步驟。

在檢測過程中由于現(xiàn)場條件的影響，儀器接收到的信號會受到周圍環(huán)境的干擾。本次檢測受到的干擾主要有地質(zhì)雷達測線附近地面存在孤立的物體，如路燈金屬桿、架空電線、注漿機械設(shè)備（如鉆機、電纜、挖掘機等）；在檢測過程中車流十分密集的干擾等。雷達圖像如圖2所示，在圖中15～20m處，為架空電線和變壓器站干擾，特別是17 m處，變壓器站干擾特別強烈。在36～46m處，為通電電線干擾，繞射波雙曲線曲率較小，兩翼平緩。初始剖面由于干擾因素較強，不能精確判斷出細(xì)小的管道等地下隱伏物體，因此，必須對采集到的數(shù)據(jù)資料進行分析處理之后才能對道路實際情況做出分析判斷。

圖1 地質(zhì)雷達工作原理示意圖

圖2 測線L1解釋成果

測線解釋成果如圖2所示，其中YC3異常區(qū)受電線桿干擾嚴(yán)重，數(shù)據(jù)質(zhì)量一般。圖中識別出4處管線，塌陷土體疏松區(qū)三處，都有注漿治理。23.1～25.7m、48～51 m處，注漿基本達到治理的效果，而32～35 m處，注漿沒有完全充滿空區(qū)，需要繼續(xù)注漿治理。測試結(jié)果如表1所示。

表1 測線L1檢測結(jié)果

3 結(jié)論與建議

對疑似空洞異常進行鉆孔驗證后加固處理（由于測線L1干擾相對較少，建議先對L1測線解釋的YC1和YC2異常進行驗證）。

空洞異常多位于管線下方一定區(qū)域，鉆孔驗證時需多加留意。

本次地質(zhì)雷達探測對塌陷區(qū)的解釋只能大致定性，不能準(zhǔn)確定量，而且測區(qū)附近大量存在電纜以及道路上大量車輛的流動，對測試結(jié)果存在一定的影響。

利用地質(zhì)雷達勘察地下塌陷區(qū)能在短時間內(nèi)較準(zhǔn)確地找到異常區(qū)的大致位置，可供地鐵路線規(guī)劃單位參考。