地质雷达法在喀斯特地区城镇道路建设中隐伏岩溶探测的应用

陈勇

（中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州贵阳 550081）

1 工程概况

本项目位于贵州黔西南州某县，地处喀斯特岩溶发育地段，道路性质属于城市快速通道；全线共设大桥1768.8m/6座，隧道4923m/5座（长隧道2723m/2条、中隧道1837m/2条、短隧道362m/1条），桥隧占路线总长44.3%。全线采用沥青混凝土路面，设计荷载为城-A级，人群荷载5kN/m2，设计路线全长4.914km，见图1、图2。

图1 道路设计

图2 道路效果

2 方法和原理

在对地下介质中的短波高频脉冲电磁波进行传播规律的研究中，地质雷达技术属于一项关键技术。其主要工作原理是借助于电磁波所具有的反射作用，以天线形式将中心频率一定的无载波脉冲电磁波发射到地下，然后以另一天线对各种介质界面上的反射波进行回收。在介质中，电磁波的传播时间、波形和磁场强度都会随介质电性和目标体几何形态的不同而发生改变。基于此，通过对反射波的波形、幅度及其旅行时间等的研究，便可实现地下目标体结构信息及其位置信息的确定。图3是其探测原理图。

图3 地质雷达探测原理

反射信号的大小由反射系数R决定：

在实测中，通过地质雷达记录，可对电磁波在地层内的双程反射时间T（ns）进行读取，由此便可确定其探测深度H（m）：

式中：ε1-上层介质的介电常数；ε2-下层介质所具备的节点常数；εr-介质相对介电常数；v-电磁波在介质中的传播速度，m/ns；c-电磁波在真空条件下的传播速度（C=0.3m/ns）。

3 测线布置

根据施工勘察的前期资料显示该段路基存在裂隙发育、土洞、岩溶等不良地质条件，为查明路基下的岩溶规模及隐伏溶洞的空间及平面分布，采用地质雷达法对其进行探测。如图4所示，通过待测区域内的实际地质与地形分析，在本次测量中，K1+670～K1+730段共布置地质雷达探测剖面3条、剖面总长180m。地质雷达顺向布置在了路基范围以内，其测线间距控制在2.5m，采用美国劳雷SIR3000，其中配备的屏蔽天线为100MHz，时窗长度设置为300ms，点测模式，叠加次数为128，道间距0.1m。表1为测线编号、长度与方向及其所对应的桩号。

图4 地雷达测线布置

表1 测线编号、长度与方向及其所对应的桩号

4 成果分析

通过对现场布置的测线进行探测，探测成果及解释如下：

R1测线探测结果存在异常的桩号分包为：K1+727～K1+714、K1+713～K1+708、K1+698～K1+697、K1+686～K1+680共计4处。

R2测线探测结果存在异常的桩号分包为：K1+726～K1+713、K1+713～K1+710、K1+698～K1+696、K1+686～K1+679共计4处。

R3测线探测结果存在异常的桩号分包为：K1+726～K1+717、K1+715～K1+707、K1+698～K1+697、K1+686～K1+683、K1+679～K1+677、K1+673～K1+670共计6处。表2为测区异常统计表。

表2 测区异常统计

通过对雷达探测成果现场开挖揭露验证，揭露的岩溶与探测结果相符。图5探测出的岩溶平面位置分布情况，图6现场开挖揭露情况。

图5 探测出的岩溶平面位置

5 结语

地质雷达用于斯特地区隐伏溶蚀带探测，是一种高效快速的探测手段。通过该技术的合理应用，可实现路基中隐伏岩洞的成功探测，以此来为后续的施工提供科学指导，最大限度避免工程事故的发生，为设计处理加固提供有效的数据支撑。建议类似工程探测时在异常区补充钻探孔以验证雷达异常的有效性。地质雷达在城镇道路岩溶地区的地质探测中具有较好效果，它能够直观、迅速、高效、持续地反映路基岩溶地区溶洞的埋深与分布范围，即使岩溶通道连通情况也能够清晰、直观地展现出来。

图6 现场开挖揭露情况