60
路与 汽运
总第179期
Highways & Automotive Applications
探地雷达在溶岩地区不良地质勘探中的
应用分析
苏炳远S宋文2
(1.海南省公路管理局澄迈分局，海南澄迈 571900;.湖南理大交通科技发展有限公司，湖南长沙 410007)
摘要：溶岩地区的高速公路会经常穿越不良地质路段，为保证施工安全，开展地质勘探是非常 必要的。探地雷达作为一种应用较广泛、理论较成熟的物探方法，可用于不良地质路段的补勘作 业。文中利用探地雷达对张花（张家界一花垣）高速公路某不良地质路段进行地质勘探，根据勘探 结果结合工程实际情况，对该地区地质情况进行了分析，研究了地质构造对路基施工的影响，为后期路基处治方案制订提供参考。
关键词：公路；探地雷达；溶岩地区；工程勘探
中图分类号：U416.1
文献标志码：A
文章编号：1671 — 2668 (2017)02 — 0060 — 03
中国西南山区溶岩分布广泛，以广西、四川、云 南、贵州最为发育（广西碳酸盐地区面积达全区面积
的41%)。在溶岩分布较广的地区施工，突水突泥、 坍塌、不均勻沉降等现象时有发生，针对不良地质区 域开展详细的地质勘探对于后期专项处治方案制订 很有必要。现有勘探方法中，钻探勘测应用最广泛； 坑探工程勘探所得结果较精确，可重现地质学细节， 但勘探周期长且成本高；地球物理勘探是一种间接 的勘探手段，可便捷地探测地下地质情况，但使用限 制较大。随着CT电磁波透视技术、地质雷达分析 技术等精度的日益提高，利用这类设备可查明隐藏 型、覆盖型岩溶场的规模、形貌特征和生长概况，成 为目前应用广泛的一类勘探方法。
用于不良地质区域勘测时的工作原理见图1。
2张花高速某不良地质段勘探实例分析
2.1 工程概况
张花（张家界一花垣）高速公路是湖南省高速公 路规划网“五纵七横”中第二横浏阳（赣湘界）至花垣
(湘渝界）高速公路的组成部分，主线全长146.848 km，沿线地形、地质复杂，岩溶等不良地质发育。该 地区岩溶发育严重，其规模、结构具有相当大的不确 定性，且岩溶区主要隐伏于地下，施工前期的工程地 质勘察难以完全查明。利用地质雷达对其中K76 + 095—200路段（见图2)进行勘探。该段属切方路基 段，最大切深位于K76 + 140右侧边坡，为8.262 m，
1探地雷达工作原理
探地雷达系统根据电磁脉冲反射原理设计，主
要由发射机、接收机、天线、分离器、信号处理机和终 端设备等组成。其原理是通过高频无线电波确定介 向地下介质发射一定强度的 质内部物质分布规律：
高频电磁脉冲，电磁脉冲遇到不同电性介质的分界 面时产生反射或散射，根据电磁波双程走时的长短 差别确定探测目标的埋藏深度，通过多测线的综合 解译分析探测目标的形态，通过分析电磁波波形变 化特征确定目标体的属性，再结合理论分析达到对 埋藏目标的探测域判断。实际应用时常采用的探测 方法为剖面法，即在地面上利用一对间距固定不变 的天线，沿测线以一定的点距移动进行测量。其应
图2张花高速公路K76 + 09S_200勘测路段全貌
2017年第2期苏炳远，等：探地雷达在溶岩地区不良地质勘探中的应用分析61
路基已基本开挖至设计标高。路基开挖过程中揭露
洞分布情况。选取R1 — R1、R2 — R2'两组成像最 多处溶沟、溶槽、落水洞，其中K76 + 175左9 m处 有一塌陷落水洞，洞口直径约2m，洞口周边岩体破 碎，深度不明。
2.2水文地质情况分析2.2.1 地形、地貌
勘探路段原始地貌单元属构造剥蚀低山丘陵 区，以溶蚀、侵蚀型构造为主。小里程为一垂直于路 基方向发育的岩溶沟谷，大里程方向基本沿低山坡 脚前展，地形起伏较大，地面标高为490〜570 m,左 低右高。场地覆盖层较薄，斜坡多为人工开垦。路 基已基本开挖至设计标高，场地受开挖影响原始地 貌改变较大。
2.2.2 地质构造与地层岩性
勘探主要针对新华夏系武陵山二级隆起带中 段一喀斯特地貌严重发育的区段，该段具有北东、北 北走向的地质构造线，两者在永顺一保靖一带呈逐 渐过渡关系。场地内的区域地质构造主要发生在燕 山期。路基右侧开挖边坡的岩层产状为160°Z15°， 场地发育两组优势节理，其走向分别为240°Z：75°及 305°Z：62°，密度均为5〜10条/m。根据地质调查及 前期勘察资料，勘探路段分布的地层主要为第四系 全新统(Qh)黏土，下伏基岩为奥陶系下统（01)白 云质灰岩，地表黏土已经切去，裸露出基岩。基岩主 要为白云质灰岩（〇ln + f+h)，呈灰色、中风化、隐 晶质结构、中厚层状构造，岩质坚硬，节理裂隙发育， 岩溶发育，以竖向形式发育为主。
2.2.3 水文地质
勘探路段处在相对较高位置，地表水不甚发育， 附近未见明显水源。地下流体为基岩裂隙水和岩溶 水。场地基岩裂隙发育，基岩裂隙水受季节变化影 响明显，在雨季水量较大。
2.2.4 不良地质
探测路段基岩浅埋，经切方后基岩已出露。基 岩为白云质灰岩，属可溶岩，不良地质主要为岩溶。
23岩溶区勘探方案
勘探的主要工具为探地雷达，采用探地雷达为 主的地球物理勘探手段，辅以工程地质调查。地表 地质调查数量为0.02 km2。探地雷达测线布置为 顺路基方向，测线间的距离基本在3 m左右。雷达 的技术参数及测点分布见表1、表2。
24勘探结果分析
通过对物探区图像进行分析，可得到底层的溶
为明显的实测图像进行分析。
表1 勘探用GSSISIR-3000型、IR-20型高分辨率
探地雷达的技术参数
项目技术参数
天线外置，兼容所有GSSI天线数据储存内部储存器：12内存储存卡
接受行业标准的闪存方式或ffiM微处理 闪存端口
器，内存高达2GB
32—bit 英特尔 StrongArm RISC 处理
处理器
器，206 MHz
天线接口、直流电源、RS232串行口（GPS
输人/输出接口）USB接口工作温度/C
—10 〜40
传输率/kHz 0〜100
表2
探地雷达测点分布
测线长度/ 测点数/ 测线长度/测点数/编号m个编号m个R1 — R11001 001R5 — R5,1001 001R2 — R2，1001 001R6 — R6’1001 001R3 — R3’1001 001R7 — R7’
100
1 001
R4 — R4’
100
1 001
2.4.1 R1-R1测线勘探结果及分析
R1 — R1测线起点位于K76 + 096.8左13.4 m， 终点位于K76 + 197.2左13.7 m。其地质雷达扫描 结果见图3。
里程/m
图3 R1-R1测线探地雷达勘探结果
由图3可知：整条测线雷达反射信号整体较强， 同相轴连续性较差，局部雷达波振幅较大，局部存在 干扰信号。推测测线探测深度范围内岩体总体较完 整，溶蚀裂隙较发育，局部岩体较破碎，测线起点沿
大里程方向67〜68 m深度9 m左右处及96〜97 m
62
公路与 汽运
2017年3月
深度9 m左右处发育溶洞。2.4.2 R2 — R2'测线勘探结果及分析
R2 — R2'测线起点位于K76 + 096.55左10.45 m，终点位于K76 + 197左10.54 m。地质雷达扫描 结果见图4。
里程/m
25
50
75
100
图4 R2 — R2'测线探地雷达勘探结果
由图4可知：整条测线雷达反射信号整体较强， 同相轴连续性稍差，局部振幅较大。推测测线探测 深度范围内岩体总体稍完整，溶蚀裂隙较发育，局部
岩体较破碎，测线起点沿大里程方向80〜82 m处 发育溶洞，溶洞发育深度超过探测深度。
2.4.3 勘探路段地质情况分析
通过对各测线扫描图像的分析，结合地质调查
及前期地质勘察资料，对K76 + 095—200路段地质 情况分析如下：
(1)该路段覆盖层厚度薄，基岩基本出露，挖方 至设计标高后，路基面所现均为基岩[奥陶系下统 (Oln+f+h)白云质灰岩]。该岩石强度较高，基本 呈单斜产出，节理裂隙较发育，岩溶发育，一般发育 形式为溶沟、溶槽、溶蚀裂隙、落水洞等，溶蚀裂隙发 育受节理控制明显；路基面下岩石完整性一般。
()根据开挖面观察与物探结果，场地发育两 组优势节理，其走向分别为240°Z75°及305。久62°， 密度均为5〜10条/m，场地发育的溶蚀裂隙受这两 组节理控制明显，具有较好的方向性与延伸性。
()除施工开挖所揭露岩溶洞穴外，根据雷达 扫描图像，大部测线雷达反射信号较强，同相轴连续 性均为一般或较好，局部振幅较大;探测深度范围内 岩体总体较完整，岩溶发育，以溶蚀裂隙、落水洞、溶 洞为主。根据物探探测情况，路基基底以下深度附 近对路基具较大影响的岩溶形态主要有测线R2 — R2'于80〜82 m位置发育竖向溶洞，与K76 + 175 左9 m位置揭露的落水洞位置吻合较好，推测为同 一溶洞。勘察的岩溶区现场见图5、图6。
图5边坡上溶蚀裂隙
图6 K76 + 175左9 m落水洞
3结论
()溶岩地区的地质勘察仅凭前期的施工勘察
还不能满足高速公路的施工要求，探地雷达作为一 种应用较广泛、理论较成熟的物探方法，可用于不良 地质路段的补勘。
()根据张花高速公路K76 + 095—200不良地 质段雷达勘探结果，该路段工程地质条件较复杂，地 基岩石为奥陶系下统白云质灰岩，岩性较单一，岩石 强度较高；场地岩溶发育，以溶沟、溶槽、溶蚀裂隙、 落水洞为主。岩溶作为特殊地质不良体对路基影响 较大，必须立即进行适当处治，以免对路基整体稳定 性造成灾难性影响。参考文献：
[1]胡业林，王祖访，王仁哲.工程电测CT仪系统研究[].
煤炭工程，2004(7).
[]芦晴晴.探地雷达图像处理及其在探测地下空洞中的
应用[D].洛阳：河南科技大学，2015.
[]杨磊，张志勇，周峰，等.探地雷达在路基勘查中的应用
[J].公路，2015(5).
[]杨峰.岩溶地区路基病害勘察技术及处理方案研究
[D].长沙：中南大学，2004.
[5]阿发友.高密度电法和地质雷达在断层及溶洞探测中
的应用[D].贵阳：贵州大学，2008.
[]温这文.纳黔路岩溶区路基稳定及处治技术研究[D].
重庆：重庆交通大学，2011.
[7]赵翠荣，施兴华，于景兰.探地雷达在公路检测中的适
用性研究[J].公路交通科技：应用技术版，2014(12).
收稿日期：2016 — 04 —11
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容