李有福

（貴州順康檢測(cè)股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000）

0 引言

隨著城市交通網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)展和技術(shù)水平的提升，公路隧道工程成為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。然而，由于地下結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性、巖層的多變性以及潛在的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，使公路隧道工程的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)工作變得更加復(fù)雜，影響公路隧道工程質(zhì)量。

因此，文章將深入探討地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道工程檢測(cè)中的應(yīng)用，希望為解決地下環(huán)境的復(fù)雜性提供有效方案。

1 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的工作原理

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是一種利用電磁波進(jìn)行地下勘測(cè)的先進(jìn)技術(shù)，基于電磁波在地下的傳播和反射特性，通過(guò)接收反射信號(hào)獲取地下結(jié)構(gòu)信息。在公路隧道工程中，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)以其高分辨率、實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)成為公路隧道工程中至關(guān)重要的地質(zhì)勘測(cè)工具。

首先，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的核心是電磁波的發(fā)射與接收。設(shè)備將發(fā)射一定頻率的電磁波到地下，該電磁波在地下的不同介質(zhì)中會(huì)發(fā)生反射、透射、折射等現(xiàn)象，從而形成回波，回波包含地下介質(zhì)的信息，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行接收并分析，能夠還原地下的結(jié)構(gòu)信息。

其次，回波信號(hào)的解析是地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的關(guān)鍵?；夭ㄐ盘?hào)的強(qiáng)度、波形、時(shí)間延遲等參數(shù)包含豐富的地質(zhì)信息，設(shè)備通過(guò)對(duì)此類(lèi)參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量和分析，能夠揭示地下巖層、水文地質(zhì)、空洞以及裂縫等的詳細(xì)情況。同時(shí)，不同的地質(zhì)特征對(duì)電磁波的反射將產(chǎn)生不同的信號(hào)模式，而地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地下結(jié)構(gòu)的高精度成像。

最后，在地下勘測(cè)中，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)通常采用不同頻率的電磁波，包括射頻、微波和毫米波等，波段的選擇取決于需要勘測(cè)的地質(zhì)特征以及地下介質(zhì)的性質(zhì)。其中，射頻適用于淺層勘測(cè)，而微波和毫米波則能夠深入地下，穿透一些泥砂和土層，實(shí)現(xiàn)更深層次的勘測(cè)。

2 地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道工程檢測(cè)中的應(yīng)用分析

2.1 地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)

地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道工程檢測(cè)中得以廣泛應(yīng)用，尤其在地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)方面發(fā)揮著重要作用。地質(zhì)構(gòu)造指地殼內(nèi)部不同巖層、斷層以及褶皺等地質(zhì)要素的分布和組合情況，其對(duì)于公路隧道工程的穩(wěn)定性和安全性具有重要影響。地質(zhì)雷達(dá)通過(guò)發(fā)送高頻電磁波并接收反射信號(hào)，可以對(duì)地下巖層進(jìn)行非破壞性探測(cè)，從而提供準(zhǔn)確的地質(zhì)構(gòu)造信息[1]。

首先，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)通過(guò)發(fā)送電磁波并接收反射信號(hào)，地質(zhì)雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地下構(gòu)造的高分辨率勘測(cè)，包括巖層結(jié)構(gòu)和分布，以及構(gòu)造斷裂的探測(cè)。

其次，對(duì)于巖層結(jié)構(gòu)和分布的探測(cè)，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)能夠通過(guò)分析反射信號(hào)的強(qiáng)度和波形識(shí)別不同類(lèi)型的巖層，巖層通常具有不同的電磁特性，如介電常數(shù)和電導(dǎo)率，為隧道工程提供關(guān)鍵的地質(zhì)信息，從而幫助設(shè)計(jì)人員更好地理解地下結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中，需要確定勘測(cè)區(qū)域的特征和目標(biāo)，并選擇合適的地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備和工作頻率，通過(guò)合理設(shè)置工作參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地下結(jié)構(gòu)的全面掃描。同時(shí)，勘測(cè)人員通過(guò)分析反射信號(hào)，可以獲取地下構(gòu)造的電磁特性，從而推斷不同巖層的存在及分布情況。

再次，對(duì)于構(gòu)造斷裂的檢測(cè)，地質(zhì)雷達(dá)同樣具有顯著優(yōu)勢(shì)。構(gòu)造斷裂是地質(zhì)構(gòu)造中的重要組成部分，其直接影響隧道工程的穩(wěn)定性。地質(zhì)雷達(dá)通過(guò)分析反射信號(hào)，能夠識(shí)別構(gòu)造斷裂帶的位置、走向以及規(guī)模等關(guān)鍵信息，從而避免地下斷裂體系，降低隧道工程風(fēng)險(xiǎn)。

最后，地質(zhì)雷達(dá)可以用于檢測(cè)巖石質(zhì)量和風(fēng)化程度。巖石的質(zhì)量和風(fēng)化程度直接影響公路隧道工程的穩(wěn)定性和耐久性，地質(zhì)雷達(dá)通過(guò)對(duì)地下巖石進(jìn)行掃描和分析，可以提供巖石的密度、孔隙度以及波速等信息，從而評(píng)估其質(zhì)量和風(fēng)化程度，其對(duì)于選擇合適的隧道開(kāi)挖方法和支護(hù)結(jié)構(gòu)具有重要意義。

2.2 地下水位檢測(cè)

在公路隧道工程中，地下水位是影響隧道工程設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵因素，因此準(zhǔn)確獲取地下水位信息有助于合理安排隧道的排水系統(tǒng)，預(yù)防地下水對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的潛在影響。然而，地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道工程中地下水位檢測(cè)方面應(yīng)用廣泛，其可準(zhǔn)確獲取地下水位信息，幫助工程人員科學(xué)合理地進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)和施工。同時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)通過(guò)電磁波的反射特性，能夠敏感地探測(cè)地下介質(zhì)的變化，從而實(shí)現(xiàn)地下水位的高效檢測(cè)。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在地下水位檢測(cè)中的應(yīng)用主要包括以下方面：

第一，波速分析與介電常數(shù)測(cè)定。地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)通過(guò)發(fā)送電磁波并記錄反射信號(hào)的時(shí)間延遲，可以得到地下介質(zhì)的波速，水在地下的傳播速度與其他巖土介質(zhì)不同，因此可以通過(guò)分析波速判定地下是否存在水體。同時(shí)，通過(guò)反射信號(hào)的強(qiáng)度和形狀，可以獲取介電常數(shù)等參數(shù)，從而進(jìn)一步判斷地下水體的性質(zhì)。

第二，水平剖面掃描。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)通過(guò)在地表上沿特定軌跡移動(dòng)，并記錄不同位置的反射信號(hào)，可以繪制地下水位的水平剖面圖，使工程人員能夠直觀地了解地下水位的空間分布，識(shí)別潛在的水體集聚區(qū)域，從而為隧道設(shè)計(jì)提供重要參考。

第三，深度探測(cè)。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)通過(guò)選擇合適的頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)較深層次的水體探測(cè)，從而使工程人員直觀地了解地下水位的垂直分布。同時(shí)，通過(guò)深度探測(cè)，可以有效了解地下水位的變化規(guī)律，為工程決策提供更為全面的信息[2]。

在實(shí)際操作中，首先，需要確定地下水位檢測(cè)的目標(biāo)區(qū)域，基于隧道工程的具體情況，考慮地質(zhì)條件和工程需求，將監(jiān)測(cè)區(qū)域分為上、中、下三個(gè)層次，以便分析地下水的流動(dòng)情況。其次，工作人員應(yīng)根據(jù)探測(cè)目的及現(xiàn)場(chǎng)條件選擇合適的地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備和工作頻率，例如探測(cè)較深的地下水位，需要使用高頻率的地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備。同時(shí)，在選擇設(shè)備時(shí)需要考慮設(shè)備的防護(hù)裝置，以避免設(shè)備受外界干擾或破壞。再次，需要進(jìn)行實(shí)地掃描并記錄反射信號(hào)，通過(guò)分析該反射信號(hào)，可以獲得關(guān)于地下水位的詳細(xì)信息，整個(gè)操作過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，以保證人員和設(shè)備的安全。最后，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并形成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)告，以便向工程管理部門(mén)匯報(bào)監(jiān)測(cè)結(jié)果，從而為后期的維護(hù)和管理提供參考[3]。

2.3 地下空洞和溶洞檢測(cè)

在公路隧道工程中，地下空洞和溶洞是導(dǎo)致隧道工程災(zāi)害的潛在威脅，空洞的存在可能導(dǎo)致地表塌陷，而溶洞則常常與熔巖地質(zhì)有關(guān)，其對(duì)地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響。利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和評(píng)估地下空間的異常情況，以確保隧道工程的安全性和穩(wěn)定性。

同時(shí)，利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)可以通過(guò)測(cè)量電磁波在地下的傳播和反射，能夠快速、無(wú)損地識(shí)別地下空洞和溶洞。

首先，勘測(cè)區(qū)域的選擇是整個(gè)地下空洞和溶洞檢測(cè)的起點(diǎn)。在進(jìn)行勘測(cè)區(qū)域選擇時(shí)，工程團(tuán)隊(duì)需要仔細(xì)研究地質(zhì)環(huán)境，并考慮其地表特征、空洞和溶洞的潛在分布以及地下結(jié)構(gòu)的多樣性等多種因素，從而選擇合適的勘測(cè)路徑，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和全面性。

其次，工作參數(shù)的設(shè)置是確保地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備在不同地質(zhì)條件下能夠發(fā)揮最佳性能的關(guān)鍵步驟。根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備的性能和工作頻率，工程團(tuán)隊(duì)需要合理設(shè)置工作參數(shù)，包括選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ黝l率、波長(zhǎng)以及脈沖寬度等參數(shù)，以適應(yīng)不同地質(zhì)條件下的勘測(cè)需求。同時(shí)，精心設(shè)置此類(lèi)參數(shù)有助于優(yōu)化信號(hào)的捕捉和分辨率，從而提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性。

再次，數(shù)據(jù)采集是地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)中的核心步驟。地質(zhì)雷達(dá)通過(guò)在地表上設(shè)置精確的測(cè)量路徑，可以高效獲取地下電磁波的反射信號(hào)，此反射信號(hào)所包含的信息涵蓋地下結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面。同時(shí)，系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)采集能夠確保對(duì)勘測(cè)區(qū)域的全面覆蓋，從而為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供豐富的信息基礎(chǔ)[4]。

最后，數(shù)據(jù)分析是整個(gè)過(guò)程收尾的關(guān)鍵步驟。通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)而系統(tǒng)的分析，工程團(tuán)隊(duì)能夠識(shí)別異常反射信號(hào)，準(zhǔn)確判定地下空洞和溶洞的存在，并了解其形狀和大小，從而生成可視化的地下結(jié)構(gòu)圖像，為后續(xù)工程決策提供直觀而準(zhǔn)確的信息。

2.4 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

在公路隧道工程中，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是確保工程安全和可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的引入能夠提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性，為評(píng)估工作提供了先進(jìn)而高效的手段，同時(shí)為工程施工和運(yùn)營(yíng)階段的風(fēng)險(xiǎn)管理提供了有力支持，具體包括以下幾點(diǎn)。

第一，地下結(jié)構(gòu)調(diào)查與數(shù)據(jù)采集。通過(guò)地下結(jié)構(gòu)調(diào)查，工程團(tuán)隊(duì)能夠了解隧道區(qū)域的地質(zhì)特征，包括巖石的類(lèi)型、土層的分布以及可能存在的裂縫等，從而為后續(xù)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)提供必要的背景信息。

第二，利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對(duì)隧道區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的勘測(cè)。地質(zhì)雷達(dá)通過(guò)發(fā)射電磁波并接收反射信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地下結(jié)構(gòu)的高分辨率探測(cè)。在此過(guò)程中，地質(zhì)雷達(dá)生成的圖像包含地下巖層、土層及裂縫等信息，此類(lèi)圖像具有極高的清晰度，其能夠在不破壞地下結(jié)構(gòu)的前提下提供詳細(xì)的地質(zhì)特征。

第三，地下結(jié)構(gòu)分析與模型建立。地質(zhì)雷達(dá)生成圖像后，工程團(tuán)隊(duì)將進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)的詳細(xì)分析，此階段主要包括對(duì)巖石性質(zhì)、土壤穩(wěn)定性以及可能存在的變形等因素進(jìn)行評(píng)估。同時(shí)，利用專(zhuān)業(yè)軟件可以建立地下結(jié)構(gòu)的三維模型，從而更加直觀地展現(xiàn)地下環(huán)境的復(fù)雜性，使工程團(tuán)隊(duì)能夠準(zhǔn)確把握潛在的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)源。

第四，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)源的定量評(píng)估。工作人員需要對(duì)潛在的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行定量評(píng)估，該過(guò)程涉及地下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、巖層的強(qiáng)度以及土壤的承載能力等參數(shù)的計(jì)算。地質(zhì)雷達(dá)生成的圖像能夠提供大量的數(shù)據(jù)支持，使地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)源的定量評(píng)估更為準(zhǔn)確。同時(shí)，通過(guò)這一步驟，工程團(tuán)隊(duì)能夠了解各種地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的具體程度，從而制定有效的風(fēng)險(xiǎn)管理策略。

第五，制訂風(fēng)險(xiǎn)管理方案與措施。在完成地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后，工程團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)制訂詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)管理方案，該方案需要根據(jù)不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)制定相應(yīng)的措施，其包括但不限于加固巖層、加強(qiáng)隧道支護(hù)以及采取防災(zāi)措施等。同時(shí)，在工程施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，工作人員可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以?xún)?yōu)化風(fēng)險(xiǎn)管理方案。

3 地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道工程檢測(cè)中的應(yīng)用案例

公路隧道工程位于丘陵地貌，該工程包括左、右兩線，分別長(zhǎng)為1337m 和1364m，為雙向四車(chē)道隧道，其中包含兩處人行橫洞和一處車(chē)行橫洞。場(chǎng)址地勢(shì)起伏較大，進(jìn)洞口自然坡度介于20°～25°之間，相對(duì)穩(wěn)定。洞身海拔高達(dá)500m，溝壑呈V 形，寬度較小但發(fā)育，存在縱深割裂。表層土主要為粉質(zhì)黏土，強(qiáng)度和壓縮性中等，進(jìn)口段圍巖包括強(qiáng)～中風(fēng)化砂巖和泥巖，風(fēng)化差異較大，完整性較差，存在發(fā)育裂隙和巖體破損，需要及時(shí)支護(hù)避免坍塌。因此，相關(guān)人員引入地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)。

首先，通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)獲取地下結(jié)構(gòu)的高分辨率圖像。

其次，通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)對(duì)左、右兩線的全程進(jìn)行連續(xù)的地下勘測(cè)，從而獲得關(guān)鍵的地質(zhì)參數(shù)，包括巖層類(lèi)型、裂縫密度、土層特性等。

再次，通過(guò)獲得的數(shù)據(jù)詳細(xì)分析地下結(jié)構(gòu)，并建立三維模型，該模型包括巖層的分布、裂縫的走向以及土層的厚度等多個(gè)參數(shù)，具體見(jiàn)表1。

表1 三維模型參數(shù)表

基于建立的三維模型，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，其主要包括對(duì)巖層穩(wěn)定性、裂縫發(fā)育程度以及土層承載能力等參數(shù)的計(jì)算和分析，評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估表

最后，根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的檢測(cè)結(jié)果和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，工程團(tuán)隊(duì)制訂了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管理方案。對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，采取注漿加固和支護(hù)結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)措施；對(duì)于土層承載能力中等的地段，選擇相應(yīng)的基礎(chǔ)處理方案，從而降低了地質(zhì)災(zāi)害的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用是技術(shù)創(chuàng)新的象征，該技術(shù)為公路隧道工程質(zhì)量和可持續(xù)性發(fā)展提供了有力保障。文章通過(guò)研究地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道工程檢測(cè)中的應(yīng)用，工程人員能夠全面了解地下環(huán)境的構(gòu)造和特性，并在設(shè)計(jì)初期有針對(duì)性地制訂風(fēng)險(xiǎn)管理方案，從而避免地質(zhì)災(zāi)害對(duì)工程進(jìn)度和安全性的不利影響。未來(lái)，相關(guān)人員將繼續(xù)研究地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用，以推動(dòng)公路隧道工程事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。