探地雷达在高速公路岩溶路基勘察中的应用

马强 王彦琪

（遵义水利水电勘测设计研究院 贵州遵义 563000）

0 引言

近年来，贵州省各项事业发展迅速，尤其是在高速公路建设方面，贵州一跃成为了“领头羊”“排头兵”。各地新建、扩建高速公路，实现了县县通高速，给当地带来了巨大的经济效益与社会效益。然而，由于贵州位于西南喀斯特的斜坡和腹心地带，岩溶十分发育。在这些工程建设过程中，常常会遇到岩溶塌陷、突水、突泥等现象，给现场施工带来了严重影响，甚至威胁到人的生命财产安全。因此，查明这些岩溶的位置、埋深、分布情况等特征，对整个工程的建设至关重要。

1 方法原理

探地雷达是利用探测目标体与周围介质的导电性、介电性的差异，通过高频脉冲电磁波（106～109Hz）在电性界面上的反射来探测有关的目标体［1-2］。电磁波在传播过程中，其传播路径、电磁场强度、波形特征将随着所通过介质的电学性质、几何形状而变化。故通过时域波形的处理和分析，可确定地下界面或目标体的空间位置及地下介质的结构［3-4］，见图1。

图1 探地雷达剖面记录示意图

2 应用实例

2.1 工程概况

重遵复线高速公路K73+100～K73+550 段挖方路基位于板桥镇柏杨村，路线走向方位角143°左右。路线沿山间斜坡而建设，呈直线展布。路基西侧高边坡在开挖时，揭露一处小型溶洞，溶洞规模1.5 m×1.0 m。该溶洞正处于路基上缘坡脚某处，距离路基较近。为了保证施工和运行安全，需要进一步查明路基下方岩溶发育情况。

本次工作采用探地雷达法查明路基下方浅部（10 m 以内）的岩溶分布及发育情况。根据现场地形地质条件，布设5 条探地雷达剖面，分别编号为L1、L2、L3、L4、L5，见图2。

图2 探地雷达测线布置示意图

2.2 地球物理特征

路基区覆盖层由第四系（Q4）碎石、含砾粉质粘土组成；下伏基岩为二叠系上统龙潭组（P3l）灰岩。完整灰岩与目标体（溶洞、裂隙、破碎带）之间介电常数不同，存在明显的电性差异。电磁波在传播过程中，其传播路径、电磁场强度、波形特征等将随所通过介质的电学性质、几何形状而变化。因此，可以根据接收到的电磁波的波形特征，识别出目标体的深度、规模、形状等信息。

常见的异常判断特征如下：①溶洞：电磁波反射信号幅值较强，呈典型的孤立体相位特征，通常为规整或非规整的双曲线波形特征，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号；②裂隙：电磁波信号同相轴断开呈尖波状或斜向带状发育，信号幅值较强；③破碎带：电磁波反射信号幅值较强，同相轴杂乱无章，雷达波形频率较低［5-10］。

2.3 仪器参数设置

本次工作选用瑞典MALA 公司的Pro EX 主机和250 MHz的屏蔽天线，探测深度一般为5 m～10 m，主要用于中深部的管线探测、不明物体及空洞探测，坝体质量和铁路公路路基检测等。数据采集过程中使用Ground Vision 软件实时成像和监测。采集参数详见表1。

表1 剖面采集参数设置表

2.4 资料处理与解释

（1）数据处理。探地雷达资料处理的目的是为了压制干扰。采集的数据经过信号校正、信号增益、滤波、偏移成像等步骤，最终得到清晰的雷达图像。根据雷达图像中反射波组的波形与强度特征，追踪同相轴，以此确定反射波组的地质含义。

（2）资料解释。5 条测线数据采集质量较高，经过资料处理，发现仅L2-L2＇、L5-L5＇ 两条测线出现明显的异常，其余测线均未发现明显异常。现就此两条测线做详细的地质解释。

L2-L2＇ 测线长约48 m，方位角139°。根据图3 所示，距离测线起点位置22 m～26 m，埋深约4.0 m～7.5 m 处，存在一处异常。该异常区域电磁波组反射强烈，同相轴错断杂乱，根据周围地质情况，推断为岩溶发育。

图3 L2-L2＇ 剖面探地雷达成果图

L5-L5＇ 测线长约48 m，方位角139°，根据图4 所示，距离测线起点位置20 m～25 m，埋深约3.0 m～6.5 m 处，存在一处异常。该异常区域电磁波组反射强烈，同相轴错断杂乱，根据周围地质情况，推断为岩溶发育。

图4 L5-L5＇ 剖面探地雷达成果图

2.5 异常验证

为了进一步查明与证实地下岩溶发育的深度、规模等信息，采用现场开挖的方式对本次物探异常进行验证（见图5）。通过现场开挖，在两处物探异常的位置均揭露出溶洞，与物探推测结果一直，溶洞的规模、深度与探测结果基本吻合。根据开挖情况，对溶洞进行了相应的工程处理。

图5 现场开挖验证

3 结论

通过上述实地应用及现场开挖情况，证实了探地雷达在岩溶路基勘察中的有效性，经过研究分析，总结出4 点经验与建议。

（1）探地雷达对溶洞的反映较为灵敏，在浅部的岩溶勘察中往往能取得较好的效果。

（2）由于地下溶洞的形态各异，探地雷达反映的异常形态也不尽相同，但都表现出反射波组强烈、同相轴杂乱等特征。

（3）探地雷达数据采集效率高，操作轻便，适合浅地表岩溶勘察。对于较大深度的勘察，建议使用其他物探方法。如：高密度电法、浅层地震法等。

（4）对于推断的异常应加强验证，以便利用验证资料进一步指导物探的解释工作。