中铁二院（成都）建设发展有限公司地勘岩土处 四川 610000
摘要：近年来，国内基础交通尤其是城市地铁轨道交通建设发展迅速，在地铁施工前需进行地质勘查工作，查明不良地质现象以保障施工安全。施工过程中以及施工完成后同样有必要对相关部位进行探测，以便查明施工扰动对周围岩土体或构筑物的影响，为进行相应加固处理措施提供科学依据。本文将基于雷达检测技术的基本概述和原理，以实际的工程案例为背景，就其探测地铁病害的具体应用进行探讨阐述，以期能够为相似工程提供必要帮助，促进工程质量的提升。
关键词：雷达检测；地铁病害；探测；应用
前言：目前，随着人们生活水平的提高，国内许多城市都需要建设地铁，建设过程中安全事故时有发生，隧道建设安全形势严峻。地铁在建设的过程中，往往会由于许多不良的地质灾害给工程带来事故灾害。在修建过程中也经常发生一些比较大的事故，例如隧道地下突涌水、甚至还有因为地质不良造成塌方。为了避免由于地质不良而给工程带来事故，造成财产和生命的损失，对地铁隧道进行不良地质的深度预报的将越发重要，也很有实际意义。雷达在工程探测中有许多优点，它使用比较方便而且快捷，并且不扰动土层，在处理结果中分辨率也很高，除此之外，最大的优点就是在探测过程中不影响施工，以及处理数据速度快、，因此在地质探测预报中被广泛应用。
1、雷达检测技术
1.1技术简介
雷达检测技术利用的是电磁波的物理性质，通过不断的发射和接收电磁波来完成检测工作。电磁波的发射是使用雷达内的固体共振腔来完成的，经雷达向地面发射后，电磁波传入地下，在传播途中电磁波被反射回来，经接收后运用分析仪器对反射信号进行分析，得到地层中的信息。雷达检测所发射的电磁波频率较高，可达到吉赫（GHz）级别，而用于采样的电磁波频率也要在兆赫（MHz）以上。在地铁工程中应用雷达监测技术时，无需对待测土体或结构进行破坏即可完成检测，操作步骤简单，可直接成像观察，检测结果更直观；使用计算机技术进行检测分析，而通过电磁波的反射可以精准的获取目标物体的坐标，精度更高，我国自上世纪九十年代开始，已经应用该技术进行工程检测，效果良好。
1.2检测过程分析
成套的雷达检测仪器主要包括有：雷达天线及发射器、电磁波接收装置、计算机及信号处理系统。在使用探地雷达时，发射器产生一定频率的电磁波并由天线发射向地面，电磁波在地面传播时，如果地层中有不均匀介质，在其介质边界的介电常数会发生变化，电磁波由此回射，回射的电磁波被接收装置捕捉，捕捉后的电磁波在信号处理系统中被转化为电信号并输入到计算机，同时应用滤波、去噪、增益等技术在计算机中获得雷达检测剖面图，人们通过雷达检测剖面图即可获知地下的情况。
1.3检测原理
地质雷达探测是地球物理探测的一部分，它属于地下不同介质发射的宽屏带波不同的电磁的方法。地质雷达的使用原理是它通过天线向地层下面以宽频短脉冲的形式发射高频电磁波，当电磁波向下传播过程中遇到目的物就会返回到地面，最后被雷达上的接受天线接受。假设电磁波在地层中传播的时间为t，并且地下介质的波速在可知的情况下，就可以精确算出反射物的深度。因此可以由发射和接受波时间t，以及一些波形资料，就可以推断出地下地质情况，雷达系统的基本部分如图1所示。
2、应用实例
2.1工程概况
某市的地铁轨道交通1号线隧道工程以低山地貌为主，洞身穿越区域植被茂盛，地层内存在破碎带且富含大量地下水。隧道区地下水补给方式主要为大气降水补给、地表水入渗等。根据现场的施工情况及前期的勘察结果，现场地层岩性主要有风化较严重的凝灰岩、卵石、黏土等，围岩等级为Ⅴ级围岩。隧道前方掌子面揭露围岩存在风化情况，围岩红褐色，围岩整体性较差，局部围岩风化严重，呈砂土状，节理裂隙稍较发育，结构面延展性较差，含水量较高。以出场线中的一段(WCDK+747～WCDK+727)及入场线的一段(WＲDK+065～WＲDK+035)为探测对象进行研究分析。该标段地下地铁土建施工己基本完工，探测目的主要是为了查明施工扰动对上方土体的影响以及有无存在软弱层及空洞，防止后期产生沉陷对路面造成危害。
2.2仪器设备以及具体操作
对工程所在区域采用地质雷达探测过程中采用的仪器主要有型号为LTD-2100的地质雷达、400MHz天线、皮尺、数码照相机等。上述仪器设备的选择主要考虑到工程区域探查中的探测深度、分辨率以及操作便捷性等要求，400MHz屏蔽天线在数据采集过程中能够探测多种金属、非金属管线，其中土质情况下最大探测深度可达到10m，粘土下最大探测深度为6～8m；对于出现的下沉、高含水区域、不密实等相关问题均有较好的检测效果。在确定和各项仪器设备后，根据工程的各类条件，设计出实际的地基雷达探测线路。在测线布置方面，6条为东西测线，5条为南北测线，共有测线11条，东西向和南北向测线呈垂直状态，综合地形地物后确定出测线长度，不同测线剖面长度不一。
2.3数据分析以及地层分析
采用地质雷达探测技术对相关区域探测完成后可得到原始雷达波，通过对原始雷达波的一系列处理，可最终得到雷达探测图像，具体的包括静校正、去直流漂移、增益、背景去除、巴特沃斯带通一维滤波及滑动平均等二维滤波处理，压制和剔除干扰波，突出有效波。根据地质雷达异常区域内空洞发育图获得的雷达图像能看出该区域内的界面反射信号较弱，出现的主要是弱反射信号，其中同相轴不连续，存在错断现象，具有一般区域化分布特点。
2.4探测结论
通过探地雷达的综合应用，最终得出异常地段主要有以下几种形式：①填土厚度不同的交界地段。雷达波形呈倾斜状，与原地形产状一致；②松散不密实塌落地段。雷达波形同相轴不连续，杂乱，存在绕射波，反射振幅强；③外界扰动破坏土体，局部脱空。雷达波同相轴不连续，反射较强。
3、地铁工程中地质雷达技术探测应用的注意事项
现场数据采集是探测工作的关键，数据质量几乎决定探测质量。采集高质量的数据需注意以下几个方面：满足探测深度前提下，尽量选择高频天线；时窗、增益、采样率、扫描率等参数要根据现场实际情况合理设置；如条件允许，尽量选择高密度网格状测网。因为地下岩溶、空洞等不良地质体往往是不规则的孤立体，测网过于稀疏容易漏掉异常。另外现场探测需注意记录地表干扰，并熟悉既有资料以便后期成果解译。
结语
综上所述，地质雷达技术作为电磁波勘探方法具有无损、快速、结果直观、探测精度高等优点，是浅层勘探和质量检测重要方法之一。通过对比分析地质雷达图像，可探知地铁施工整体性，是否存在不良地质。能够为后期实际开挖过程施工提供有力的地质预报，从而可以更加有针对性的采取相应的施工措施，有效避免了灾害的发生。总而言之，地质雷达检测技术在地铁病害探测中有着良好的应用效果和前景。
参考文献：
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[3]李金奎，吴凯.地质雷达在地铁隧道深度探测中的应用[J].水利与建筑工程学报，2017，15(03):134-137.
论文作者:贺凡
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/25
标签：电磁波论文; 地质论文; 地铁论文; 围岩论文; 工程论文; 隧道论文; 反射论文; 《基层建设》2018年第6期论文;