摘　要：由于探地雷達的高效、準確、無損傷，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于工程檢測和工程地質(zhì)勘察領(lǐng)域。通過工程實例結(jié)合理論知識，對探地雷達在隧道超前預(yù)報、襯砌檢測及工程勘察中的巖溶探測的應(yīng)用進行介紹分析，讓工程技術(shù)人員對探地雷達問題的解決有進一步的認識。

　　關(guān)鍵詞：探地雷達;隧道;巖溶;實例

　　1　引 言

　　以往工程建設(shè)過程中，鉆探受場地等各方面影響，局限性較大，手段較為單一，而探地雷達法以其高效、無損檢測的特點在檢測、勘察等方面應(yīng)用較廣 , 實際工作中能得到形象直觀的雷達探測圖像。本文以探地雷達的工作原理為基礎(chǔ)，根據(jù)探地雷達電磁波的傳播特性 , 即在不同介質(zhì)的界面發(fā)生反射并伴隨異常的這一特點 , 結(jié)合工程檢測實例進行總結(jié)分析，進而體現(xiàn)了探地雷達在工程檢測方面的優(yōu)勢 , 高效快捷無損的特點以及它在其他方面的應(yīng)用潛力。

　　2　原 理

　　探地雷達(Ground Penetrating Radar，GPR)是中淺層目標體的有效探測設(shè)備，采用電磁波方法探測具有電性差異的兩種地下介質(zhì)的分界面 ( 見圖 1、圖 2)。GPR 探測利用反射、速度測距、層析成像等技術(shù)：發(fā)射天線在地面以寬頻帶短脈沖的形式向地下發(fā)射高頻電磁波，入射波在存在介電性差異的兩種介質(zhì)的分界面(地層界面或目的體)產(chǎn)生反射波，接收天線可接收記錄反射波的波形、振幅及到達時刻(雙程走時)，并以雷達圖像的方式顯示探測結(jié)果;根據(jù)測量的雙程走時和波速計算出目標體深度;連續(xù)測量測線各點的反射波，形成雷達圖像。

　　3　隧道檢測

　　3.1 超前預(yù)報

　　陜西某隧道，左線樁號 YK190+890，通過對現(xiàn)場隧道掌子面及圍巖的觀察，發(fā)現(xiàn)其上裂隙發(fā)育普遍，圍巖及掌子面存在滲水和漏水現(xiàn)象。掌子面巖性為微風化片麻巖，拱部及右側(cè)圍巖較破碎，進行雷達超前預(yù)報探測。

　　根據(jù)現(xiàn)場條件選用的雷達工作參數(shù)為：探地雷達天線中心頻率 100MHz, 通過探地雷達圖像分析(圖 3)， 6~16m 范圍內(nèi)反射波異常，推測為裂隙發(fā)育區(qū)，存在裂隙水。19~28m 局部圍巖破碎。后經(jīng)現(xiàn)場爆破開挖后至 YK190+681 位置，掌子面出現(xiàn)多處漏水點，最大漏水點水量達到 40m3 /h，推測 YK190+685—YK190+674 段裂隙發(fā)育，巖石破碎，后續(xù)整體開挖至 YK190+677 漏水點依舊水量較大，再次進行雷達探測確定掌子面前方異常分布狀況。

　　根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果，選用的雷達工作參數(shù)為：探地雷達天線中心頻率 400MHz, 通過探地雷達圖像分析(圖 4)，探地雷達探測范圍內(nèi)，從左至右，在時間剖面上有 2 組相同特征的異常，編號分別為①、②。

　　①號異常：雷達反射波呈傾斜、由右向左延伸的、能連續(xù)追蹤的強振幅反射波組，推斷該反射波組為斷層的反映;其走向近南北，由西向東傾斜，傾角為 30°。

　　②號異常：與①號特征相同，走向近南北，推斷該反射波組為斷層的反映。綜合分析兩條斷層涌水通道。

　　現(xiàn)場開挖至 YK190+174 處，涌水點消失，結(jié)合現(xiàn)場情況與雷達探測結(jié)果一致。

　　斷層裂隙反映在雷達圖像呈以一定傾角向深部延伸的反射波組，可連續(xù)追蹤，頻率變化不大。

　　3.2 襯砌檢測

　　圖 5 為某隧道某段探地雷達剖面圖，從圖上可以看清楚襯砌厚度及鋼拱架的數(shù)量及位置，基本滿足設(shè)計要求。初支厚度 33cm，試驗參數(shù)：scans/sec:20， scans/m:40， samp/scan:512。

　　圖 6 為某隧道拱頂段探地雷達剖面圖，由于混凝土層與空氣層介電常數(shù)相差較大，在該界面產(chǎn)生強反射，從圖中可以看出雷達波反射波呈二次強反射特征，振幅較強，為脫空典型特征，圖 7 中雷達波形兩側(cè)存在明顯繞射波，異常中心區(qū)域波形呈多次強發(fā)射，為空洞典型特征。

　　4　巖溶探測

　　某大廈擬建場地開挖過程中發(fā)現(xiàn)溶洞，采用探地雷達法探測巖溶發(fā)育、裂隙、破碎及溶洞發(fā)育情況。根據(jù)現(xiàn)場情況，選用雷達工作參數(shù)為：天線中心頻率 100MHz，天線距 1m，時窗 150ns，測點距 0.2m。電磁波在穿透巖體時，如果巖體巖性均勻，無裂隙溶蝕現(xiàn)象，將不產(chǎn)生反射波或反射波較弱，反之將產(chǎn)生強烈反射。所以對于不同特征目標體，其探地雷達圖像將有不同的反射特征。

　　圖 8 為溶洞探測的雷達圖像，圖中 2.2m 位置為雷達探測溶洞，經(jīng)實際開挖后溶洞底充填黏土及碎石， 5.2~6.8m 位置經(jīng)開挖后基巖溶蝕，巖石表面溶孔清晰可見。圖 9、圖 10 為未充填溶洞。反映溶洞的探地雷達圖像表現(xiàn)為一雙曲線(弧形)，具有很大的反射強度，異常中心較寬緩，并伴有二次或多次反射，雙曲線型異常周圍則表現(xiàn)為弱反射，異常特征明顯。

　　5　裂隙發(fā)育、粘土充填

　　由圖 11 可見在 2.1m 點位左右，約 0.6 ～3.5m 深度反射波振幅很弱，波形略有雜亂，與兩側(cè)反射波同相軸不連續(xù)，為發(fā)育在較完整巖層內(nèi)的裂隙，其間充填原巖碎塊和粘土。

　　由圖 12 可見在 1.5~2m 點位置，約 2.2~3.4m 深度反射波振幅很弱或無明顯反射波，其間充填粘土。

　　6　結(jié) 語

　　本文在探地雷達原理的基礎(chǔ)上，介紹了探地雷達在隧道超前預(yù)報、襯砌檢測、巖溶勘察方面的實際應(yīng)用，通過對探地雷達圖像分析，提高了檢測技術(shù)人員對探地雷達的認知。但是，探地雷達也會收到強磁干擾的影響，存在探測效果不佳的情況，這時就需要結(jié)合其他物探技術(shù)來一起解決問題。隨著探地雷達技術(shù)水平的不斷提高，如三維雷達技術(shù)及層析成像技術(shù)的成熟，會取得廣泛的應(yīng)用。通過探地雷達技術(shù)在上述工程質(zhì)量檢測應(yīng)用中，隨著技術(shù)的發(fā)展，探地雷達技術(shù)將在其他工程方面，具有同樣的借鑒價值。

　　參考文獻

　　[1]　李大心 . 探地雷達方法及應(yīng)用 [M]. 北京 : 地質(zhì)出版社，1994.

　　[2]　王惠濂 , 李大心 , 鄧世坤 , 等 . 探地雷達在建筑地基探測中的應(yīng)用 [J]. 地球科學(xué) ,1993(03).

　　《探地雷達在工程檢測領(lǐng)域的應(yīng)用分析》來源：《中國標準化》2018年11期，作者：郭鵬; 趙憲堂; 歐陽偉。