浅述地质雷达技术在岩溶区工程地质勘查中的应用

文/孙岩 核工业二九〇研究所 广东韶关 512026

岩溶地区地质构造复杂，在岩溶地区进行隧道开挖常常会遇到浅埋竖向岩溶冒顶、溶蚀节理密集带频繁掉块、竖向溶缝或溶槽坍塌、隐伏溶洞顶板或填充物塌方、地下含水层揭穿涌水等地质风险。因此，有必要在隧道施工过程中进行超前地质预报，从而更好地规避施工风险、排除隐患。目前，在国内外长大隧道施工中，以地质分析和物探分析相结合、长距离和短距离预报相结合、地震方法与电磁方法相结合等多种方法综合超前探测已经得到广泛应用。

1、地质雷达工作原理与方法

地质雷达探测技术是基于地下介质的电导率、介电常数等电性参数的差异，利用高频电磁脉冲波的反射探测地下介质分布的一种物探手段。高频电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度和波形将随所通过介质的电性特征及几何形态而变化，故通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下界面或目标体的空间位置及结构。地质雷达在探测过程中，它通过发射天线将高频电磁波（106～109Hz）以宽频带脉冲形式定向送入地下，电磁波在地下介质中传播的过程中，当遇到存在电性差异的地层或目标体时，便发生反射并返回地面，被接收天线所接收。若界面两侧介质的性质差异越大，则反射波越强，反射系数越大。电磁波从介电常数小的进入介电常数大的介质时，反射系数为负数，反射波振幅为反向。相反则为正数、同向。介质的存在状态，是否导电对电磁波在介质中的传播特性影响很大，这也是电磁自身物理性质决定的。根据接收到波的旅行时间、幅度与波形资料可推断介质结构。

2、地质雷达检测技术的检测依据

地质雷达检测技术与传统技术的技术相比，它最大的优点就在于对工程没有损害，或者损害很小，大多数情况下，我们会把这项技术运用于工程中比较浅的层次的或者普查性质的检测中。这项技术的一大短板就是它能够探测的深度比较小，但是分辨率比较高，也正是由于这一原因，所以我们检测路段（或工作区域）需要与周围的路段在土地成分上具有明显的差异，只有当这一段路与其他的路段存在电性差的时候，我们才能接收到更为强烈的信号。在现有的技术条件下，我国工程的质量水平还不是很高，只有三个层面，分别是面层，基层，路基层。在修建工程时，最上面的表层由于经常受到行人踩踏，车辆行驶，风吹雨淋等，所以我们采用了比较稳定的混凝土和沥青，而基层也需要承担较大的重力，所以我们也采用了前面的两种材料，通常还有碎石和石灰。从我们已知的统计数据来看，如果工程的表层采用的是水泥混凝土，那么它的相对介电常数一般在三到五之间，如果用的是沥青材料，则在五到十之间，但是根据我们的检测结果发现很多工程基层的相对介电常数都是在八以上。

3、地质雷达应用分析

（1）区域地貌及地质构造概况。拟建场地位于韶关市芙蓉山，勘察区揭露的地层为石炭系石磴子组。受粤北山字型地质构造的影响，区内褶皱和断裂极其发育，褶皱主要由古生段地层形成紧密式之间背斜核部，区域主要构造形迹为北东-北北东，以断裂和褶皱相间排列为其最基本特征，表现为芙蓉山向斜和芙蓉山断裂带 ，构造形迹形成于印支运动时期，进入第四纪以后，构造上属于相对稳定阶段，勘察阶段未发现新构造活动痕迹。

根据钻孔揭露，场地地层主要有第四系人工堆积层（Qml）、坡残积层（Qdl+el）及石炭系下统石磴子组（C1s2）组成。

图1 区域地质略图

（2）工程所在区域地质评价结果。①第四系：属于松散岩组，其厚度小，呈可塑状，网状裂隙发育，压缩性高，力学强度低。②石炭系下统石凳子组（C1s2）中风化灰岩：灰黑色、灰白色、深灰色等，隐晶质结构，中厚层状构造，节理裂隙极发育，溶蚀现象明显，发育有多层串珠状溶洞，岩芯较破碎，呈块状。③石炭系下统石凳子组（C1s2）微风化灰岩：微风化程度，属于较硬质岩类岩石，节理裂隙较发育，沿节理面充填方解石脉，结合物探和钻探岩芯揭示表明，该段岩组岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

（3）地质雷达勘查。由于地质雷达在进行岩溶勘查过程中，很容易受到外界干扰因素的影响，包括地表物体、地下管线以及空中高压电缆等。为了对这些干扰信号进行有效的控制，确保勘探结果的准确性，在数据采集过程中对以上干扰因素进行削除，并利用事后数字处理方法削弱干扰因素的影响，提高地质雷达的图像识别能力。

（4）地质雷达勘查结果。根据地质雷达对该地区岩溶结构的勘查结果，得出如下结论：①桩号K0+195.0m处（深约38m）、K0+202.5m处（ 深 约55m），K0+220.0m（深约56.5m）处出现低阻、强吸收的特征，根据地质雷达的反馈图像，推测为溶洞（粘土充填或充水）或充水岩溶管道裂隙。②局部裂隙极发育带（K1+508.0m～K1+519.5m、K1+146.0m～K1+160.0m埋深25m～30m处）。 ③K2+30.0m～K2+40.0m处分布有垂直低阻带，推测为垂直裂隙带；测线电阻率普遍较低，根据地质雷达的反馈图像，推测基岩裂隙极为发育，且冲水或夹泥，仅K2+54.0m～K2+70.0m下方，K2+100.0m～K2+110.0m下 方，K2+154.0m～K2+160.0m下方局部电阻率稍高，根据地质雷达的反馈图像，推测为基岩裂隙较发育区。

结语：

综上所述，本文通过钻探对地质雷达的勘查结果进行了验证。结果表明地质雷达可以精准的反馈岩溶地区的地质构造情况，为本地段岩溶发育特征的研究提供了基础资料，给工程的安全建设和运营管理提供了保证。