地质雷达在岩溶隧道底板探测中的应用

高志兵

（山西路桥集团 吕梁国道项目建设管理有限公司，山西 吕梁 033099）

1 工程实例

1.1 工程概况

某隧道设计为左右线分离式，两洞中轴线间距27～65 m。左线洞体全长1 203 m，右线洞体全长1 147 m，洞体进出口位于黄土冲沟及基岩侵蚀沟谷，交通相对不便，隧道总体走向呈正南向175°。

1.2 地形地貌

隧址区位于黄土局部覆盖基岩中低山区。由于受地质构造和长期冲蚀、侵蚀、堆积的外动力地质作用，地表沟壑纵横、山高坡陡、地表起伏较大。最高海拔1 200.149 m，最低海拔1 104.836 m，相差近百米。

1.3 地层岩性

隧址区地层岩性结构简单，范围内出露地层由新到老为第四系上更新统（Q3）、中更新统离石组（Q2l）、第四系下更新统午城组（Q1W）、第三系静乐组（N2j）、奥陶系中统上马家沟组（O2S）组成。

1.4 不良地质

根据某隧道工程地质纵断面图显示，K48+750—K48+580段围岩以奥陶系中统上马家沟组（O2S）中风化灰岩为主。围岩岩体结构面发育，结合一般，呈镶嵌碎裂状结构。围岩级别为Ⅳ2级，水文地质类型为岩溶裂隙水，易产生淋头水及局部塌方、掉块现象。隧道底部可能存在岩溶或破碎区。

2 探测方案

2.1 地质雷达的原理

地质雷达检测原理如下：雷达发射天线向地下连续发射脉冲式高频电磁波，当遇到有电性差异的界面或目标体（介电常数和电导率不同）时即发生反射波和透射波(见图1)。接收天线接收反射波并经电缆传递给主机，在主机显示屏上形成实时的时间剖面。根据记录到的反射波到达时间和求得的电磁波在介质中的传播速度，确定界面或目标体的深度；同时根据反射波的形态、强弱及其变化等因素来判定目标体的性质[1]。

图1 地质雷达探测原理图

2.2 测线布置

本次地质雷达探测在隧道ZK48+665—ZK48+630段上台阶布置5条测线，时窗200 ns，探测深度约10 m，自由测量，每2 m打标，探测过程中出现数据异常时重新探测。现场测线布置平面图及剖面图见图2和图3。

图2 现场测线布置平面图（单位：m）

图3 现场测线布置剖面图（单位：m）

3 探测结果

3.1 测线1（ZK48+665—ZK48+630段）

此测线位于隧道中线，雷达成果数据见图4。经分析，ZK48+665—ZK48+630段上导底板下部6 m深度范围电磁波反射总体一般，局部增强，推测上导底板下部6 m深度范围内岩体较破碎至较完整，裂隙充填黏土，局部松散。

图4 测线1地质雷达成果图

3.2 测线2（ZK48+665—ZK48+630段）

此测线偏离隧道中线向左1 m，雷达成果数据见图5。经分析，ZK48+665—ZK48+645、ZK48+643—ZK48+630段上导底板下部6 m深度范围电磁波反射较强，推测上导底板下部6 m深度范围内岩体较破碎，局部较完整，裂隙充填黏土，夹薄层黏土，局部松散。

ZK48+645—ZK48+643段上导下部2 m处深度范围电磁波反射强烈，预测存在溶洞。

图5 测线2地质雷达成果图

3.3 测线3（ZK48+665—ZK48+630段）

此测线偏离隧道中线向左2 m，雷达成果数据见图6。经分析，ZK48+665—ZK48+630段上导底板下部6 m深度范围电磁波反射总体一般，局部增强，推测上导底板下部6 m深度范围内岩体较破碎至较完整，裂隙充填黏土，局部松散。

图6 测线3地质雷达成果图

3.4 测线4（ZK48+665—ZK48+630段）

此测线偏离隧道中线向右1 m，雷达成果数据见图7。经分析，ZK48+665—ZK48+630段上导底板下部6 m深度范围电磁波反射总体一般，局部有所增强，推测上导底板下部6 m深度范围内岩体较破碎，局部较完整，裂隙充填黏土，夹薄层黏土，局部松散。

图7 测线4地质雷达成果图

3.5 测线5（ZK48+665—ZK48+630段）

此测线偏离隧道中线向右2 m，雷达成果数据见图8。经分析，ZK48+665—ZK48+630段上导底板下部6 m深度范围电磁波反射总体较弱，局部有所增强，推测上导底板下部6 m深度范围内岩体较破碎至较完整，裂隙充填黏土，局部松散。

图8 测线5地质雷达成果图

隧道下导开挖至ZK48+645处，发现隧道底板下部2.1 m处存在小型溶洞（图9），深度约1 m左右，呈不规则体，与地质雷达探测结果基本一致。

图9 隧道底部为溶洞

4 地质雷达探测注意事项

a）根据隧道勘察资料分析，溶洞可能存在的位置以及对隧道的危害程度，确定合理的探测深度，从而确定最终的采集视窗。

b）鉴于溶洞的发育位置、规模等具有不可确定性，采样点应为1 024[2]。

c）探测前，应尽量清除隧道底板的浮渣或较大岩块，防止数据采集时，地质雷达天线出现较大抖动，影响采集数据。

d）现场采集数据时，天线应缓慢移动，如果采集数据不够清楚，建议重新采集。

e）现场出现干扰信号时，应予以记录，后期处理数据时，干扰信号应予以剔除[3]。

5 结论

经过对该隧道左右洞700多米岩溶段的探测，探测结果与开挖情况基本一致。采用地质雷达对岩溶区隧道底板探测，效果十分明显，同时在现场也易于实施，值得在同类隧道大范围推广使用。