地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)在地鐵地基檢測(cè)中的應(yīng)用

伍廣廣 謝源 許云俠

摘 要：某市地鐵某區(qū)間原地貌為濱海灘涂地貌單元，主要的不良地質(zhì)為人工填土、填塊石，易形成空隙或空洞，對(duì)隧道及隧道上部道路穩(wěn)定不利。為確保地鐵隧道施工的安全，需要對(duì)地鐵地基進(jìn)行安全檢測(cè)。由于地質(zhì)雷達(dá)能應(yīng)用于淺層地質(zhì)構(gòu)造、巖性檢測(cè)等，并且具有高分辨率、高效率、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。因此，將地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)應(yīng)用于此次項(xiàng)目。在檢測(cè)區(qū)域布置3條縱向測(cè)線和3條橫向測(cè)線。根據(jù)雷達(dá)電磁波遇到空洞或巖土體不密實(shí)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生反射異常，對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行處理解釋。結(jié)果表明，檢測(cè)區(qū)域地層存在巖土體不密實(shí)、局部存在較小空洞的情況。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)在地鐵地基檢測(cè)為地鐵安全施工提供了有力依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；探測(cè)技術(shù)；地基檢測(cè)；地鐵安全

中圖分類號(hào)：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）14-0120-02

地質(zhì)雷達(dá)是近年來應(yīng)用于淺層地質(zhì)構(gòu)造、巖性檢測(cè)的一項(xiàng)新技術(shù)，其特點(diǎn)是快速、無(wú)損、連續(xù)檢測(cè)，并以實(shí)時(shí)成像方式顯示地下結(jié)構(gòu)剖面[1]。在地基勘察設(shè)計(jì)和施工中，經(jīng)常會(huì)遇到不密實(shí)巖土或者地下空洞，容易誘發(fā)地基失穩(wěn)和地面建筑的破壞。地下空洞隱蔽性高，突發(fā)性強(qiáng)、危害性大、難以預(yù)測(cè)[2]。隨著工程地球物理方法和理論的不斷發(fā)展，由于地質(zhì)雷達(dá)具有的高效性、高分辨率等特點(diǎn)，特別適合應(yīng)用于地基巖土不密實(shí)和空洞等工程質(zhì)量檢測(cè)。

隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展，國(guó)內(nèi)各大城市加快地鐵工程建設(shè)的步伐。為了消除安全隱患，確保地鐵工程施工安全和周邊環(huán)境安全，有必要對(duì)地鐵工程進(jìn)行地基巖土不密實(shí)和空洞調(diào)查，以確保地鐵工程施工安全和周邊環(huán)境安全。地質(zhì)雷達(dá)能夠探明施工區(qū)域地下空洞及巖土不密實(shí)等異常，確保地鐵工程施工安全和周邊環(huán)境安全，近年來得到了普遍的應(yīng)用[3]。

根據(jù)雷達(dá)電磁波遇到空洞或巖土體不密實(shí)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)反射，在均勻完整的介質(zhì)中傳播時(shí)則反射較弱，當(dāng)遇到有不密實(shí)、空洞時(shí)電磁波會(huì)出現(xiàn)明顯波峰曲線，就在雷達(dá)圖像上出現(xiàn)強(qiáng)反射異常，主要表現(xiàn)為反射能量強(qiáng)，同相軸連續(xù)性較差等特點(diǎn)，因此將地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)應(yīng)用于本次地鐵地基檢測(cè)中[4]。

1 基本原理與方法技術(shù)

1.1 基本原理

地質(zhì)雷達(dá)工作的基本原理是：發(fā)射天線向地下發(fā)射電磁波，電磁波是以寬頻帶短脈沖形式存在的。當(dāng)?shù)刭|(zhì)雷達(dá)所發(fā)射的電磁波信號(hào)在向地下介質(zhì)方向傳播的過程中，遇到具有電性差異的界面或者目標(biāo)體時(shí)，通常將會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁波反射信號(hào)，產(chǎn)生的電磁波反射信號(hào)通過接收天線所接收。通過分析反射電磁波信號(hào)的頻率、波形、能量等參數(shù)，就可以有效地區(qū)分地下有電磁差異的界面或目標(biāo)體。

1.2 工區(qū)地質(zhì)概況

某市地鐵某區(qū)間原地貌為濱海灘涂地貌單元，部分地段現(xiàn)已填筑或推平，現(xiàn)狀為道路、住宅區(qū)等，地形平坦。根據(jù)地質(zhì)詳細(xì)勘查所得，該處地質(zhì)情況為壓實(shí)填土層厚4.2m，填石層層厚4.2m，粗砂層層厚2.8m，黏土層層厚9.5m，全風(fēng)化粗粒花崗巖層厚4.3m，強(qiáng)風(fēng)化粗?；◢弾r層厚3.4m，左、右線隧道埋深約24m。主要的不良地質(zhì)為人工填土、填塊石，易形成空隙或空洞，對(duì)隧道及隧道上部道路穩(wěn)定不利。

1.3 測(cè)線布設(shè)

該區(qū)間隧道某段，考慮到現(xiàn)場(chǎng)地形因素，在地表沿隧道縱向里程增加方向，由西向東布設(shè)3條長(zhǎng)100m測(cè)線：ZX-1、ZX-2、ZX-3，測(cè)線距離分別為5m、8m，其中ZX-2位于隧道中心線，ZX-1、ZX-3在隧道上方兩側(cè)，分別離隧道邊線1m和4m，測(cè)線長(zhǎng)度100米。在地表由南向北，垂直隧道橫向布設(shè)3條長(zhǎng)16m測(cè)線：HX-1、HX-2、HX-3，測(cè)線距離分別為30m、40m。地表探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)為車流量較大的公路，道路一邊有隔離欄桿，因此部分測(cè)線需要分段測(cè)量。測(cè)線共計(jì)布設(shè)6條，總長(zhǎng)為348m，測(cè)線布設(shè)示意圖1所示。

2 實(shí)際數(shù)據(jù)處理與解釋

對(duì)地鐵某區(qū)間某段開展了地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)工作，考慮到隧道埋深約25m且地質(zhì)雷達(dá)有效探測(cè)距離（或深度）為30m，因而沿隧道線路方向從隧道上方地表垂直探測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)隧道上方覆蓋層空洞分布情況及隧道范圍內(nèi)的地質(zhì)情況的有效探測(cè)。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過地質(zhì)雷達(dá)專業(yè)處理軟件Radan7進(jìn)行處理。

地表縱向ZX-1、ZX-2、ZX-3測(cè)線經(jīng)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果依次如圖2、3、4所示。圖2、3、4中橢圓圈出的區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)較強(qiáng)反射區(qū)域，推測(cè)可能是由該范圍內(nèi)巖土體不密實(shí)、地下土質(zhì)松軟等造成的；矩形圈出的區(qū)域有明顯反射弧異常，推測(cè)可能是該范圍內(nèi)巖土體極不密實(shí)或存在較小空洞。

從三線條測(cè)線圖可以看出異常區(qū)域主要集中在測(cè)線30m-60m為范圍內(nèi)。為保證測(cè)量精度，進(jìn)一步了解測(cè)區(qū)內(nèi)的空洞、巖土不密實(shí)及破碎情況，在垂直隧道走向布設(shè)了3條橫向測(cè)線，分別是HX-1、HX-2和HX-3。

地表橫向測(cè)線經(jīng)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)處理后的結(jié)果如圖5所示：測(cè)線HX-1中橢圓圈出的區(qū)域在深約5m，測(cè)線位置3m-7m處有一明顯的反射異常，推測(cè)可能是該范圍內(nèi)巖體極不密實(shí)或存在較小空洞。測(cè)線HX-2中洋紅色線圈圈出的區(qū)域在范圍內(nèi)有兩處弧形反射異常，推測(cè)可能是該范圍內(nèi)巖體極不密實(shí)或存在較小空洞；測(cè)線HX-3無(wú)明顯反射異常，推測(cè)該段不存在明顯異常區(qū)。

3 結(jié)語(yǔ)

本次地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)的主要不良地質(zhì)情況為巖土體不密實(shí)，空洞等?？傮w上來看，本次探測(cè)成果較好，能較好反映某市地鐵某區(qū)間某段隧道地層不密實(shí)、地下土質(zhì)松軟、局部可能存在較小空洞等大致情況。在深約5m，測(cè)線HX-1位置3m-7m處有一明顯的反射異常，與測(cè)線ZX-2在15m位置處的弧形反射異常對(duì)應(yīng)吻合，結(jié)合實(shí)際情況推測(cè)該范圍內(nèi)巖土體不密實(shí)或地下土質(zhì)松軟；在深約4m，測(cè)線HX-2位置6m-9m處有明顯反射異常，與測(cè)線ZX-2在40m-60m范圍內(nèi)的異常吻合。結(jié)合實(shí)際情況推測(cè)該范圍內(nèi)巖土體不密實(shí)或地下土質(zhì)松軟；在深約4m，測(cè)線HX-2位置11m-14m處有明顯反射異常，與測(cè)線ZX-1在38-43m范圍內(nèi)的異常吻合，結(jié)合實(shí)際情況推測(cè)該范圍內(nèi)可能存在較小空洞；需要指出的是，本次檢測(cè)在車流量比較大的公路上及人行道上檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)難免存在停頓避讓，這會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)連續(xù)性存在一定影響，因此圖中個(gè)別位置可能存在微小偏差；另外道路上有金屬護(hù)欄，這對(duì)采集的數(shù)據(jù)有一定干擾，從而成果解譯也帶來了一定影響。

運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)地鐵隧道地基進(jìn)行檢測(cè)，通過對(duì)雷達(dá)信號(hào)的處理，判斷分析反射波形異常，可以快速有效的識(shí)別巖土體不密實(shí)或者空洞區(qū)域。為地鐵安全施工提供了科學(xué)的依據(jù)，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)在工程地基勘探中發(fā)揮著重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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