地质雷达探测技术在地铁地基检测中的应用

伍广广 谢源 许云侠

摘 要：某市地铁某区间原地貌为滨海滩涂地貌单元，主要的不良地质为人工填土、填块石，易形成空隙或空洞，对隧道及隧道上部道路稳定不利。为确保地铁隧道施工的安全，需要对地铁地基进行安全检测。由于地质雷达能应用于浅层地质构造、岩性检测等，并且具有高分辨率、高效率、抗干扰能力强等特点。因此，将地质雷达探测技术应用于此次项目。在检测区域布置3条纵向测线和3条横向测线。根据雷达电磁波遇到空洞或岩土体不密实区域会产生反射异常，对检测区域进行处理解释。结果表明，检测区域地层存在岩土体不密实、局部存在较小空洞的情况。地质雷达探测技术在地铁地基检测为地铁安全施工提供了有力依据。

关键词：地质雷达；探测技术；地基检测；地铁安全

中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）14-0120-02

地质雷达是近年来应用于浅层地质构造、岩性检测的一项新技术，其特点是快速、无损、连续检测，并以实时成像方式显示地下结构剖面[1]。在地基勘察设计和施工中，经常会遇到不密实岩土或者地下空洞，容易诱发地基失稳和地面建筑的破坏。地下空洞隐蔽性高，突发性强、危害性大、难以预测[2]。隨着工程地球物理方法和理论的不断发展，由于地质雷达具有的高效性、高分辨率等特点，特别适合应用于地基岩土不密实和空洞等工程质量检测。

随着城市现代化的发展，国内各大城市加快地铁工程建设的步伐。为了消除安全隐患，确保地铁工程施工安全和周边环境安全，有必要对地铁工程进行地基岩土不密实和空洞调查，以确保地铁工程施工安全和周边环境安全。地质雷达能够探明施工区域地下空洞及岩土不密实等异常，确保地铁工程施工安全和周边环境安全，近年来得到了普遍的应用[3]。

根据雷达电磁波遇到空洞或岩土体不密实区域会产生强反射，在均匀完整的介质中传播时则反射较弱，当遇到有不密实、空洞时电磁波会出现明显波峰曲线，就在雷达图像上出现强反射异常，主要表现为反射能量强，同相轴连续性较差等特点，因此将地质雷达探测技术应用于本次地铁地基检测中[4]。

1 基本原理与方法技术

1.1 基本原理

地质雷达工作的基本原理是：发射天线向地下发射电磁波，电磁波是以宽频带短脉冲形式存在的。当地质雷达所发射的电磁波信号在向地下介质方向传播的过程中，遇到具有电性差异的界面或者目标体时，通常将会产生较强的电磁波反射信号，产生的电磁波反射信号通过接收天线所接收。通过分析反射电磁波信号的频率、波形、能量等参数，就可以有效地区分地下有电磁差异的界面或目标体。

1.2 工区地质概况

某市地铁某区间原地貌为滨海滩涂地貌单元，部分地段现已填筑或推平，现状为道路、住宅区等，地形平坦。根据地质详细勘查所得，该处地质情况为压实填土层厚4.2m，填石层层厚4.2m，粗砂层层厚2.8m，黏土层层厚9.5m，全风化粗粒花岗岩层厚4.3m，强风化粗粒花岗岩层厚3.4m，左、右线隧道埋深约24m。主要的不良地质为人工填土、填块石，易形成空隙或空洞，对隧道及隧道上部道路稳定不利。

1.3 测线布设

该区间隧道某段，考虑到现场地形因素，在地表沿隧道纵向里程增加方向，由西向东布设3条长100m测线：ZX-1、ZX-2、ZX-3，测线距离分别为5m、8m，其中ZX-2位于隧道中心线，ZX-1、ZX-3在隧道上方两侧，分别离隧道边线1m和4m，测线长度100米。在地表由南向北，垂直隧道横向布设3条长16m测线：HX-1、HX-2、HX-3，测线距离分别为30m、40m。地表探测现场为车流量较大的公路，道路一边有隔离栏杆，因此部分测线需要分段测量。测线共计布设6条，总长为348m，测线布设示意图1所示。

2 实际数据处理与解释

对地铁某区间某段开展了地质雷达探测工作，考虑到隧道埋深约25m且地质雷达有效探测距离（或深度）为30m，因而沿隧道线路方向从隧道上方地表垂直探测，可以实现隧道上方覆盖层空洞分布情况及隧道范围内的地质情况的有效探测。采集到的数据经过地质雷达专业处理软件Radan7进行处理。

地表纵向ZX-1、ZX-2、ZX-3测线经地质雷达探测的数据处理后的结果依次如图2、3、4所示。图2、3、4中椭圆圈出的区域为相对较强反射区域，推测可能是由该范围内岩土体不密实、地下土质松软等造成的；矩形圈出的区域有明显反射弧异常，推测可能是该范围内岩土体极不密实或存在较小空洞。

从三线条测线图可以看出异常区域主要集中在测线30m-60m为范围内。为保证测量精度，进一步了解测区内的空洞、岩土不密实及破碎情况，在垂直隧道走向布设了3条横向测线，分别是HX-1、HX-2和HX-3。

地表横向测线经地质雷达探测处理后的结果如图5所示：测线HX-1中椭圆圈出的区域在深约5m，测线位置3m-7m处有一明显的反射异常，推测可能是该范围内岩体极不密实或存在较小空洞。测线HX-2中洋红色线圈圈出的区域在范围内有两处弧形反射异常，推测可能是该范围内岩体极不密实或存在较小空洞；测线HX-3无明显反射异常，推测该段不存在明显异常区。

3 结语

本次地质雷达检测的主要不良地质情况为岩土体不密实，空洞等。总体上来看，本次探测成果较好，能较好反映某市地铁某区间某段隧道地层不密实、地下土质松软、局部可能存在较小空洞等大致情况。在深约5m，测线HX-1位置3m-7m处有一明显的反射异常，与测线ZX-2在15m位置处的弧形反射异常对应吻合，结合实际情况推测该范围内岩土体不密实或地下土质松软；在深约4m，测线HX-2位置6m-9m处有明显反射异常，与测线ZX-2在40m-60m范围内的异常吻合。结合实际情况推测该范围内岩土体不密实或地下土质松软；在深约4m，测线HX-2位置11m-14m处有明显反射异常，与测线ZX-1在38-43m范围内的异常吻合，结合实际情况推测该范围内可能存在较小空洞；需要指出的是，本次检测在车流量比较大的公路上及人行道上检测，检测时难免存在停顿避让，这会对数据连续性存在一定影响，因此图中个别位置可能存在微小偏差；另外道路上有金属护栏，这对采集的数据有一定干扰，从而成果解译也带来了一定影响。

运用地质雷达对地铁隧道地基进行检测，通过对雷达信号的处理，判断分析反射波形异常，可以快速有效的识别岩土体不密实或者空洞区域。为地铁安全施工提供了科学的依据，地质雷达探测技术在工程地基勘探中发挥着重要的作用。

参考文献

[1]葛增超，刘东升.应用地质雷达检测地下工程衬砌的施工质量[J].四川建筑科学研究，2006，（1）：115-117.

[2]占文锋，习铁宏，王强.地质雷达探测技术在地基空洞探测中的应用[J].中国煤炭地质，2015，（11）：70-73.

[3]张海林，宋明艺，陈敬国.基于地质雷达的地铁工程空洞调查[J].地下水，2016，（1）：246-247.

[4]路海丰，马威武.地质雷达在地下管线检测中的应用[J].商品与质量，2015，（41）：144.