地质雷达在隧道仰拱岩溶探测中的应用
1 问题提出
随着国民经济的发展，国家最近几年加大了对基础设施的建设，在铁路交通方面的建设主要以高速、重载方向的发展，如山西中南部通道的重载铁路，铁路网中长期规划中的四纵四横、跨区际的快速通道和区域城市圈城市轨道交通等高铁或客专的高速铁路。随着建设的深入，高铁已进入我国西部、西南部地区，在经过喀斯特地区时，不可避免会遇到大量的岩溶隧道，为了消除隐患、确保隧道的质量及运营安全，施工期间对隧道基底岩溶必须探测，以便采取相应的对策措施。
根据目前的技术、设备水平，地质雷达物探手段[1-5]是目前城市管线探测较成熟的探测方法，借鉴其特点，在此将该法用于隧道基底的岩溶探测。
2 探测原理
2.1 天线的选择
根据高速铁路隧道的工程实际，隧道断面较大，为了能探测足够深度，确定选用100MHz天线进行探测。
2.2 探测原理
地质雷达应用脉冲电磁波探测隐蔽介质的分布。地质雷达的发射天线向地下发射高频宽带短脉冲电磁波，电磁波遇到具有不同介电特性的岩溶（空洞或充填泥土）与地层界面时有部分返回，接收天线接收反射波并记录反射波的旅行时间。当发射和接收天线沿物体表面逐点同步移动时，就能得到其内部介质的剖面图像。当基底存在岩溶时，由于岩溶与周围围岩间的介电常数的对比差异，也使得岩溶“可见”，详见图1所示。
图1 检测结果与实际结构的对照图
3 仰拱基底探测
3.1 探测方案
沪昆客专某双线隧道，左右线间距为5.0m，隧址属侵蚀构造低中山地貌。区内山脉属条形中山，具构造侵蚀-溶蚀地貌特点。山脊两侧平行山脉走向发育有长达数公里至数十公里的长条形溶蚀蚀槽谷地貌，其高程从1930-
2430m不等，槽谷底部平缓开阔，呈串珠状分布有溶蚀洼地等岩溶形态和景观；本隧可溶岩分布广泛，岩溶形态多样，地表溶蚀洼地、漏斗、竖井、落水洞普遍分布，且多见呈串珠状排列；基岩为白云质灰岩夹灰岩，受构造影响，岩体破碎，隧道上方有危岩落石，工程地质条件差。
隧道施工至DK1132+100，为了了解DK1132+160～
DK1132+120段仰拱下方地质是否存在岩溶等不良地质，采用地质雷达（100MHz低频天线）方法沿隧道纵向布置3条测线（仰拱左、中、右）对该段仰拱基底进行探测，现场探测情况见图2。
图2 现场探测照片
3.2 探测分析
采用地质雷达100MHz天线对该隧道出口（DK1132+
160～DK1132 +120）段仰拱基底进行了探测，地质雷达图像经零点修正、去直流漂移、自动增益、带通滤波及背景去除等滤波处理后的波形见图3。
图3 地质雷达波形图
对图3进行分析，由波形图可知本次仰拱基底探测有效深度约为22m，探测结果分析如下：
①11～13m（DK1132+149～DK1132+147）段仰拱基底下方4.4～18m深度范围内存在很强反射信号，说明此段围岩裂隙发育较深，存在软弱夹层及填充性或空洞性岩溶等不良地质。
②15～17m（DK1132+145～DK1132+143）段仰拱基底下方4.5～17m深度范围内存在很强反射信号，说明此段围岩裂隙发育，存在软弱夹层及填充性等不良地质。
③21～23m（DK1132+139～DK1132+137）段仰拱基底下方6～15m深度范围内存在强反射信号，说明此段围岩破碎，存在软弱夹层等不良地质。
3.3 探测成果及验证
DK1132+149～DK1132+147段基底下方4.4～18m、DK1132+145～DK1132+143段基底下方4.5～17m、DK1132+139～DK1132+137段基底下方6～15m等范围内存在围岩破碎，存在软弱夹层等不良地质。
通过对3段存在岩溶地段采用加深炮孔进行验证，各段钻孔3个，分别在4.8m、4.3m、5.7m左右探到岩溶，证明了地质雷达探测的正确性。
4 结论及建议
采用低频地质雷达天线对岩溶地区的隧道基底探测，并结合加深炮孔进行验证以采取对策措施是有效的、可行的方法。
对比目前大面积采用钎探，地质雷达方法可大大节省人力物力、减小对施工的影响，并可大大增加探测深度，在目前技术和设备水平条件下最优的隧底探测方法。
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