地质雷达技术在岩土工程勘察中的应用

李华田

摘 要：随着经济技术的快速发展，地质雷达技术被广泛应用在岩土工程勘察中，帮助工作人员准确掌握勘测地区的地质情况，为后续方案规划及作业开展提供依据。地质雷达技术的应用也可加强岩土勘察工作的精准性，减少了偏差的产生，保障了岩土工程的安全性。本文就对该技术在岩土工程勘察中的具体应用展开具体论述。

关键词：地质雷达技术;岩土工程勘察;安全性

我国虽然地域辽阔，但由于后续发展及区域经济建设的影响，不同地区的地形地势结构存在明显差异，再加上建设的需要，很多区域的地形地势结构都发生了较大改变。尤其是石灰岩分布地区，经常会因为外界环境变化或不正确使用出现岩溶问题，为项目建设带来阻碍。为此，需要在项目建设前，做好区域地势地形特征及岩土结构的勘察，获取准确数据，推动规划设计工作的开展。地质雷达技术作为岩土工程勘察中使用的重要技术，针对复杂地形勘测有显著效果。

1岩土勘察的重要性

岩土工程勘察作业是帮助工作人员对现场地质情况进行了解的重要手段，为设计和工作人员提供了科学的依据和指导，确保方案设计、工艺技术选择的合理性。另外，在大型工程项目建设中，岩土勘察能够为设计规划、风险把控、成本控制提供有效依据，推动后续工作的有序进行。且岩土勘察可准确了解项目所在区域的地质地形特征、环境水文情况，并根据这些数据和项目建设要求，展开分析、对比和评价，判断项目可行性，并在此基础上对所需材料、设备、资金实行科学配置，合理规划施工内容。

岩土勘察可以说是工程项目得以开展的前提条件，是保障工程建设安全性的重要手段，一旦岩土勘察中存在技术或方法错误，工程地基将会受到较大影响，不仅会增加隐患的出现率，还会加大资金成本投入，降低最终效益。为此，就有必要加大对岩土勘察的重视力度，科学规划勘察作业内容。

2地质雷达技术及特点

地质雷达技术是利用高频电磁波实现地下介质勘测的一种手段。工作原理为：由专业的电磁波发射装置，向地下发射12.5M-1200M的电磁波讯号，其中脉冲宽度可控制在0.1ns左右[1]。发射出去的电磁波在遇到岩层后会产生反射，反射的讯号可直接被接收设备接收和处理，并将其自动放大后显示在设备屏幕上，勘测人员可通过反射讯号和直达讯号的对比分析，了解岩层分布情况，获取较为精准的数据资料。在整个勘测过程中，示波器上会直接显示反射讯号的获取情况，用于勘测目标的判断，根据反射讯号滞后时间和反射波速，能够判断出勘测物体与地面的距离，准确定位勘测目标所在。

与传统的探测类仪器相比，地质雷达具有强大的探测能力。地质雷达技术也在岩土工程、隧道工程、地铁工程、水利工程和地下物探等工程中得以广泛应用。地质雷达的渗透能力和辨别能力优势明显，反射波和投射波可在不同的波阻抗界面向地下介质传播，之后根据反射定律和投射定律，明确介质的性质和位置，从而深入了解和掌握地质概况。具体而言，地质雷达技术在岩土勘测中的特点可概括为以下四点：

一是适应能力强。地质雷达技术在岩土勘测中的应用可满足无损检测要求，保证勘测过程中不会对勘测对象和周边土体结构带来破坏，维护勘测现场的安全性。

二是抗干扰能力。地质雷达技术是利用高频电磁波开展勘测工作的，抵抗电磁干扰的能力较一般勘测技术高很多，且不会受到周边环境、噪音的干扰。

三是定位精准性。检测深度和分辨率系数较高，可为工作人员提供实时的剖面图，并提高图像清晰度，便于工作人员准确了解勘测区域情况，掌握岩土结构。

四是灵活便捷。地质雷达技术所需设备较少，携带方便，且该技术使用时直接与便携式计算机相连，勘测数据可直接上传到电脑，数据采集、记录、存管较为方便，节省时间和劳动力。

3雷达在岩土工程塌勘测中的应用

选取某地区铜矿矿南侧矿区地址开展勘察工作，勘测区域面积在1.2平方公里左右，与市区相距9公里。周边矿区曾在06、07年左右时发生过地质坍塌情况，虽然并未对周边建筑和居民造成较大影响，但产生的突水淹井问题对田地构成了严重威胁，造成了较大的经济损失。

根据现有的勘测资料可以看出，勘测区域属于岩溶地形区，溶洞数量较多，高度在3米以下，多呈现未填充或半填充状态。且这些岩洞多分布在长岩区域内，由于周边作业方式的不正确，使其存在较多的环形断续分裂裂纹，裂缝长度在10厘米-10米不等。这样的地质条件为后续工作带来了严重阻碍，增加了危险系数。为此，本次研究中，采用地质雷达和浅层地震相结合的方法，对该区域前部岩溶土洞的分布情况加以测定，并绘制完整的地质雷达影像图。

3.1施工阶段勘察

在利用地质雷达技术对施工阶段岩溶实施勘查作业时，需要对布点、机械设备予以严格要求。布点位置要利用钻孔检验的方式确定，使布点所在位置能够准确获取勘测信息，了解岩溶特征，改进桩基施工质量。在布点规划中，需做到细致安排和规划，确保分辨率、稳定性符合勘测要求。地质雷达技术应用中所需的机械设备，要接受精确度检测，尽可能选择先进仪器设备完成勘察工作，获取准确数据信息[2]。本项目中选择了瑞典MALA公司生产的系列主机，配以50赫兹的超强地面耦合天线。其特征为高速轻便，选用的光纤连接天线与主机具有抗干扰性能强，数据质量好和速度快频带宽的特征，同时采用高压窄脉冲技术，也可实现与天线脉冲源的互相对应。

3.2工作方法

在使用地质雷达技术时，先掌握该区域的具体情况，在施工阶段中了解到该区域现有桥梁建筑的桥长和水桥属于互通效果，主线桥已经做到三通一平处理，为保证勘察精准度，作业开展前先开展区域测量放样，确定勘测点位置，之后再开展勘察工作。受到区域岩溶地形的影响，使用钻探技术来确定溶洞属性，了解到区域溶洞内的填充物多以流塑性黏土为主，与周边土体结构存在明显差异。在使用地质雷达技术时，若想准确判断岩层分布特征，需要做好放射探测线的布置工作，获取区域剖面图信息。本项目中共设置了11条探测线，按照现场情况合理分布在指定位置，探测点的间距在0.25米左右，线距为0.5米。选用的测距方法为对每条测线进行逐点探测。根据对试验校对采集数据的分析，精确地对各层介质的介电常数或电磁波速予以确立[3]。在本次勘探中采用点测方法，50赫兹RTA天线时窗范围选择为0到1000ns。

3.3资料数据的处理

在利用精准仪器设备获取勘测信息后，借助计算机内安装的专业软件，对这些数据资料实行收集、汇总、分析和处理，并生成完整的波形剖面图，准确了解勘测区域情况。

3.4異常诊断

在经过上述精细分析后了解到，在灰岩土上开展雷达勘测后，剖面图存在以下反应情况：同相轴的振幅逐渐变小，而反射的波长则逐渐增大，两者呈现明显的反比关系;形态的变化中，三洞体形态掩埋深度逐渐加大，规模日益缩小，而二度体形态逐渐凸显出来。当雷达测线处于长轴方向的垂直位置时，雷达的波形剖面体现出绕射波和双曲线形状的特征。当岩溶的规模比较大时，则雷达波形会呈现出不规则的强反射以及承重特征。而当溶洞的体积超出2立方米后，填充物中含水量将逐渐增加，或者填充物为水，则会将勘测中释放的电磁波吸入其中，导致振幅出现锐减现象，这就会使勘测人员出现错误判断，最终判断失误。

另外在对横剖面雷达影像及地质图分析中得出，该区域岩洞发育具有特殊性，溶洞数量较多，且大小尺寸不一，深度可达到14-36米不等。从剖面图上可以看出，最大的岩洞剖面宽度已经达到2.2米以上，深度在20-28米左右。这说明整个区域存在的塌陷情况较为严重，如果不能对这些溶洞加以科学处理，则会直接影响后续工程的质量和安全。

4结束语

地质雷达技术在岩土工程勘察中的应用，对于提高勘察效率、降低勘察难度、保证勘察数据精准性有着积极作用。在日后工作中，还需加大该技术的推广力度，且做好异常诊断、施工勘察及资料数据的处理，以高效完成岩土勘察作业，推动后续工作的顺利开展。

参考文献：

[1]袁宗征.地质雷达在岩溶隧道超前地质预报中的应用[J].勘察科学技术.2018（02）：58-61

[2]彭家陞.地质雷达技术在岩土工程勘察中的应用[J].世界有色金属.2018（06）：243-244

（江苏省有色金属华东地质勘查局八O五队）