地质雷达在轨道交通工程地质探测中的局限性探讨

地质雷达在轨道交通工程地质探测中的局限性探讨

余全宝

广西祥明工程检测咨询有限责任公司

摘要：随着城市化水平不断提升，轨道交通工程建设规模不断扩大，极大满足了人们出行要求。为了保证轨道交通工程安全，避免出现安全事故，施工单位需要充分利用地质雷达探测技术，做好地质探测，重点做好施工区域内不良地质的位置、范围、性质探测，为工程建设施工提供重要的参考依据。但是受到各种不良因素的影响，地质雷达在轨道交通工程地质探测中存在一定的局限性，需要施工单位结合现场实际情况，进行全面的分析，从而保证工程建设顺利进行。

关键词：地质雷达；轨道交通工程；地质探测；探讨

在进行城市轨道工程施工过程中，为了有效避免潜在的问题，施工单位要重点做好超前地质预报工作，结合具体的地质情况，制定完善的施工组织计划，合理安排施工工序，保证施工质量，防止出现安全事故。随着地质探测技术的发展，地质雷达作为中短距离探测技术在轨道交通施工中得到了广泛的应用，获得了很好的效果。但是受到地质内的重金属、地下水以及其他地下建筑物的硬性，地质雷达在实际探测中也存在不确定性的问题，无法满足实际生产施工的基本要求。因此，本文主要针对地质雷达在轨道交通工程地质探测中的局限性进行分析与探讨。

一、地质雷达的应用背景及原理

早在二战期间，雷达技术作为军事探测技术得到了快速发展。二战结束以后，世界局势趋于稳定，无论在理论上，还是在技术，雷达发展水平不断提升，性能不断完善，应用领域也不断拓展，比如交通运行管理、气象观测、大地测量以及卫星跟踪等。从目前来看，雷达技术在地质地面和空间探测中得到了广泛的应用。

地质雷达属于利用高频电磁波探测地下介质分布的物理探测方法。在进行质勘察过程中，主要利用雷达脉冲宁中心频率，大约为10兆赫到数百兆赫之间。宽频带短脉冲电磁波主要利用天线向地下发射，结合实际地质情况，不同介质的地质存在不同的物理性质，比如导电性和导磁性，因此，地质对电磁波波阻抗性能也就不同。在地下电磁波穿过地下各底层时，电介质的电性就会存在很大的差异，相应的反射回波的能量也存在较大的差异。其中反射回地面的电磁波脉冲在传播路径、电磁场强度等会随着介质的典型值呈现出几何形态的变化。与雷达发射天线的同步移动天线接收到达地面的电磁波，在通过的雷达主机以后，会精确记录下反射回波达到的振幅、时间以及波长等，再通过一系列处理手段，从而形成下断面的扫描图像，通过阅读和判断图象，可以有效得到地下土质分布情况。

二、地质雷达在轨道交通中的实际应用

基于地质雷达技术的性能，下面就结合具体的案例，分析地质雷达在轨道交通实际应用，并提出相应的解决措施和建议。

（一）地质概况

在某轨道交通工程建设过程中，周围桥基平、图层以及临近的地下障碍物存在一定的电差异性。根据上文论述的结果，在地下介质内部分段存在比较大的差异时，雷达波的幅度、波长以及相位也会出现不同程度的变化。在实际探测过程中，雷达反射波与地质内部的埋深形态有着很大的关系。因此，技术人员通过雷达反射波的形态，可以分析和判断出地下介质的基本形态和空间布置。由于桥基平台、地下防护桩等，在一定程度上阻碍了雷达探测的正常进行。但是通过分析地下障碍物与周围土层介电常数，可以满足地质雷达探测的基本要求。

（二）野外施工

根据轨道工程建设的实际要求，探测人员需要结合实际情况，分析具体的场地情况，明确地下桥基平台位置对地面的要求。通过实际的观察与调研，在施工现场，一共有6处桥基，主要按照纵横的方向，布设两组相互垂直的测量线，其中每组测线为3条，测点距离为0.1到0.2米之间。如下图所示：

桥基测线布置图

在实际布置过程中，探测线一共37条，主要利用中心频率为100MHz和200MHz的天线。并且在桥基附近，针对临近施工现场的无建筑物点，布置21条探测线，其中剖面线的距离为1——2m之前。不同探测点距离为0.5米，采用中心频率为100MHz和50MHz的天线，发射器峰值电压为1千伏，垂向叠加次数为512次/道，探测深度大约为5到14米之间。根据现场剖面法标定计算出的结果，电磁波速度为0.06m/ns。

（三）数据处理

在进行数据处理过程中，技术人员主要采用低通滤波、振幅以及道平均等处理数据，提升信号质量，降低实际的噪音，控制好噪音比。具体包括以下流程：整体调平——调节时间——低通滤波——振幅恢复——点平均——道平均——地形校正——增益调节——图像分析——得出结果。

（四）资料分析

根据地质雷达探测图像，2条雷达探测线都位于同一桥基，并且保持相互垂直的关系，因此，可以确定桥基地下平台的准确位置以及长宽度。在实际探测过程中，探测频率主要为200MHz。根据地质雷达实际探测的结果，在位于地下3m左右，雷达反射波振幅在右侧比较强，并且与相轴呈现明显错开趋势。在0.95m左右点位下约3m及以下，反射出的雷达波形比较杂乱，存在扰动的痕迹，根据实际情况分析，在这个深度的位置，存在含金属的异常体。

通过实际探测和调查的情况，这个高架桥主要通过钢筋混凝土浇筑而成。因此，根据推测，含金属异常体应该在桥基平台顶面。通过相关部门提供的数据，桥基平台长和宽均为4.8m，南北向剖面探测的桥基平台宽比提供的数据宽0.1m，东西向剖面探测数据比提供的数据长0.2米，由此可知，桥基平台长和宽都在5m左右。因此，地质雷达探测的结果比较符合实际情况，满足了实际施工精度的要求。

（四）地质雷达在城市地铁空洞异常探测及其局限性

地质雷达属于广谱电磁波技术，在进行地铁空洞异常探测过程中，探测人员需要广泛搜集相关的水文地质材料，结合探测沿线的基本情况，做好安全防护工作。探测人员要做好雷达探测实验，重点确定探地雷达天线中心的频率和范围，确定实际的采样间隔、滤波参数、增益参数以及叠加此时。在进行测线布置过程中，需要结合地铁工程的特点，明确基坑周边范围，沿着隧道走向的方向布置。雷达探测采用连续测量为主、点测为辅的方式。针对受干扰较大的区域，可以采用分段探测的方式。在本次探测过程中，主要对不密实异常、土层松散异常、富水异常、脱空异常等，可以获得良好的效果。但是根据实际探测的情况，存在一定的局限性。第一，地质雷达探测主要利用电磁波原理进行探测，但是由于地下管线繁多，这对信息采集和信号探测产生一定的不利影响。第二，地质雷达探测一般选择1000MHz左右的屏蔽电线，具有较高的探测精度，但是探测深度比较浅，很难做好地铁隧道顶部的探测。第三，由于地质雷达技术的电磁波理论非常复杂，在实际探测过程中会受到不同介质、周围环境以及性能的影响，一旦探测人员综合素质不高，就会影响探测的精度。

综上所述，地质雷达在实际测量过程得到了广泛的应用，可以较为精确地探测地下浅层和中深层介质内的异常体等小构造。在实际探测过程中，主要利用地下介质电性差异对不同的介质进行识别。如果两个介质电性差异越大，就会越容易识别；反之，则识别难度不断加大。根据实际探测的结果，金属与含金属异常体很容易被识别，需要技术人员利用两介质交界处的扰动和波形错动等进行识别，可以满足实际生产施工的基本要求。虽然地质雷达在进行轨道工程探测过程中具有多方面的优越性，但是也存在一定的局限性，很容易受到周围各种因素的干扰与影响。作为探测单位，需要结合实际情况，选择合理的探测技术，从而满足实际轨道交通施工建设的基本要求。

参考文献：

[1]戴亦军，陈霞.地质雷达技术在地铁病害探测中的应用[J].华北国土资源，2017（05）：15-16.

[2]智刚，杨志斌.地质雷达在贵阳轨道交通工程地质探测中的局限性探讨[J].铁道勘察，2017，43（05）：35-38.

[3]刘伟，叶文.地质雷达在地铁车辆段综合工程隧道中的应用[J].山西建筑，2017，43（28）：169-171.

[4]马利平，沈传义，刘元生.地质雷达方法在上海市轨道交通明珠线工程中的应用[J].华北地震科学，2004（04）：47-49.