地质雷达在公路塌陷区勘察中的应用

2020-12-04牛兴国欧阳九发

科技视界 2020年33期

肖瞳牛兴国李亮欧阳九发

（1.包头地质勘察施工有限责任公司，内蒙古包头 014010；2.内蒙古有色地质矿业〈集团〉物探勘查有限责任公司，内蒙古呼和浩特 016043；3.内蒙古科技大学矿业与煤炭学院，内蒙古包头 014010）

0 引言

近些年来，随着我国经济的快速发展，我国的交通运输事业也在不断扩大，尤其是在人流密集的大城市里，普通的地面公路建设早已无法满足人们的正常出行需求，需要大力建设地下空间的运输路线。由于地铁的建设过程中需要开凿大量地下隧道，从而改变了岩体的稳定性，导致地面塌陷事故越来越多，严重威胁了人民的出行安全和城市运行秩序，所以预防道路塌陷，成为城市建设的一项重要任务。道路塌陷因突发性、隐伏性、重复性和多因性的特点，工作者无法及时发现道路下方潜伏的土体疏松带、空洞、土体富水等深层隐伏病害[1]，其预防结果也是难见成效。路面塌陷灾害与其他地质灾害相比，周围市政附属设施众多，特别是带电设备和地下管线众多，对物探工作带来了极大的干扰。

地质雷达对道路的病害检测具高效、快捷、准确、无损等特点[2]，与高密度电法，瞬变电磁等方法相比具有操作方便，施工场地要求较低等优点，能够在有限的场地内完成施工。本文基于地铁开挖施工过程中出现的路面塌陷问题勘察，以便于快速、准确地圈出塌陷范围和注浆施工程度等问题。

1 地质雷达工作原理

地质雷达探测技术与其他地球物理方法的探测技术，地质雷达探测技术方法具有数据精度高、分辨能力强、检测速度快、操作简便、成像色彩丰富和成果直观可视等许多优势，是一种较理想的工程质量无损检测技术。地下出现空洞松散堆积体时都有雷达反射界面，因此理论上利用地质雷达探测空洞或不良地质现象是一个有效的方法。

地质雷达是一种采用短脉冲宽带高频电磁波信号，检测地下介质分布的新方法。该方法通过天线连续拖动的方式向地下发射高频电磁波，电磁波信号在物体内部传播时遇到不同介质的界面时，就会反射、透射和折射。介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大；反射的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，通过雷达主机精确记录反射回的电磁波的运动特征，获得地下介质的断面扫描图像，通过对扫描图像进行处理和图像解译，达到识别地下目标物的目的[3]。工作原理如图1所示。

2 勘察实例分析

2.1 勘察区概况

受地质勘察单位的委托，笔者在某城市的地铁规划的部分路段对地下塌陷区进行了实地勘察。勘察区位于该城市的市区公路某重要路段，车流十分密集，勘察区内钻孔和注浆设备繁多，且勘察区附近存在正施工路段，存在多种干扰因素。

2.2 仪器设备

本次测试采用pulseEKKO PRO加拿大地质雷达系统（如图2）。该型地质雷达拥有目前世界上最低频的天线，探测深度最深（50m以上），动态范围大，信噪比达到180db，具有无损、高效、分辨率高、抗干扰性强的特点。

2.3 天线选取与测网布置

本次检测说明：测线L1：57m，天线主频：50Mhz，点距：0.2 m，备注：以测线L1展示，实际根据现场条件，布置了四条测线。

2.4 雷达数据处理与解释成图

地质雷达数据处理包括预处理（标记和桩号校正等）和后处理分析，其目的在于压制规则和随机干扰，以尽可能高的分辨率在探地雷达图像剖面上显示反射波，突出有用的异常信息（包括电磁波速度，振幅和波形等）来帮助解释。

从地质雷达数据处理的原理中我们可以将地质雷达的数据处理分为以下几步：（1）预处理；（2）振幅恢复；（3）去噪；（4）反褶积；（5）偏移成像；（6）复信号分析等步骤。

在检测过程中由于现场条件的影响，仪器接收到的信号会受到周围环境的干扰。本次检测受到的干扰主要有地质雷达测线附近地面存在孤立的物体，如路灯金属杆、架空电线、注浆机械设备（如钻机、电缆、挖掘机等）；在检测过程中车流十分密集的干扰等。雷达图像如图2所示，在图中15～20m处，为架空电线和变压器站干扰，特别是17 m处，变压器站干扰特别强烈。在36～46m处，为通电电线干扰，绕射波双曲线曲率较小，两翼平缓。初始剖面由于干扰因素较强，不能精确判断出细小的管道等地下隐伏物体，因此，必须对采集到的数据资料进行分析处理之后才能对道路实际情况做出分析判断。