探地雷达和高密度电法在既有隧道内浅部破碎带探测中的应用

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1、全国工程物探与岩土工程测试学术会议论文集探地雷达和高密度电法在既有隧道内 浅部破碎带探测中的应用贾辉张辉苏兆峰肖敏陈昌彦白朝旭（北京市勘察设计研究院有限公司100038）摘要：本文介绍了探地雷达与高密度电法的工作原理、工作方法和工作特点，简要概述了两种方法的应用现状；针对本文所给出的隧道工程实例，分析了常规物探方法的适用性和最终选择上述两种方法的原因；采用预钻浅孔安置高密度电法电极，克服了高密度电法在岩石地层中无法安置电极的困难；最终采用探地雷达和高密度电法探测结果综合进行地质解释，提高了物探结果的准确性，取得了良

2、好的应用效果。关键词：探地雷达，高密度电法，既有隧道，浅部，破碎带地雷达的方法，同时为了保证探测结果的可靠性，1前言1在相同探测区域实施了高密度电法，采用预钻浅孔安置电极，克服了高密度电法在岩石地层中无法安置电极的困难。在山区隧道工程中，岩体内部破碎带的分布和发育情况关系到施工安全、工期控制等关键环节，是施工之前必须要查明的问题。工程勘察中传统的钻探手段具有以点代面的局限性，在对目标岩体区2工作原理和方法介绍域地质发育情况不清楚的前提下进行钻探，并试图（1）探地雷达工作原理［６］查明破碎带的分布和发育显然具有很大的

3、偶然性。在这种情况下，需要借助物探的手段。对于未施工的拟建隧道区域，查明这一问题可以采用的物探方法较多，在目标区域地面可以采用高密度电法、直流激电测深法等，地形条件好的区域可以采用地震波的方法，如果具备钻探条件可以采用地震波或电磁波层析成像（CT）等；但是对于已经开挖的既有隧道，上述方法在应用上却存在一定的局限性。地球物理CT的方法需在钻孔内实施，既有隧道内地面虽然相对比较平整，但是由于位于隧道岩体内部，因此不具备钻探的空间和条件；地震波法实施中会受到隧道侧壁绕射波的严重干扰；传统的高密图1探地雷达剖面记录示意图度

4、电法需要在地面安置电极，通常适合在表层为松探地雷达技术属于电磁勘探方法的一种，主要软土的地层中进行。因此，上述方法对既有隧道内是基于地下介质电性差异，利用高频电磁波进行无浅部破碎带的探测均存在一定的问题。损检测。岩体内部的破碎带与完整岩体之间由于在近年来，探地雷达法在道路下方病害［１］、空孔隙度、含水量以及介质组成方面存在差异，因此洞［２］以及路基均匀性［３］检测中得到广泛应用，该 在电性上也表现出明显差异，从而具备探地雷达探方法实施快捷、成果直观，在城市道路探测中，受测的物理前提。探地雷达天线发射的高频电磁波在到

5、诸多电磁干扰以及复杂地层条件的影响，探测深地下介质传播过程中遇到电性差异界面时形成电度相对较浅［４］，而对于单一介质的岩石地层环境 磁反射波，被探地雷达天线接收，并被数据采集系下，其探测效果及探测深度均有大幅提高［５］。因统记录下来形成探地雷达剖面（图1），由于目前此本文在既有隧道的浅部破碎带探测中选择了探大部分探地雷达的发射与接收天线合二为一，在地169万方数据全国工程物探与岩土工程测试学术会议论文集层倾角不大的情况下，反射电磁波的全部路径几乎度3.8-5.0m，洞顶高5.0m，隧道地面浇筑有一层垂直地面，因此探

6、地雷达所记录的剖面形态变化就厚度约20-30cm的混凝土。洞身主体位于石英砂岩反映了地下地层的构造形态变化，通过对探地雷达地层中，为保证改扩建过程的安全并合理控制工剖面的处理和分析，即可推断岩体破碎带的分布和期，需要查明局部范围内的破碎带发育情况。发育情况。3.2工作方法（2）高密度电法工作原理［７］根据工作条件和探测目的，本工程选用了探地高密度电法属于直流电法的一种，其工作原理雷达法和高密度电法。探地雷达法实施时采用了主要基于地下不同介质（岩层）的导电性差异。在SIR-20型探地雷达系统搭配200MHz高性能地面

7、耦施加电场作用下，由于介质的电性差异导致地下传合屏蔽天线；高密度电法采用DUK-2A电法测量系导电流的分布也存在差异，高密度电法采用视电阻统，电极间距2.0m，采用温纳装置。率来反映这种电性差异的分布，然后通过对视电阻由于隧道地面为浇筑的混凝土，无法直接安置率的分布规律进行分析来寻找各种地质目标体。电极，因此采用了预钻浅孔（孔深20-30cm），然该方法在传统电法的基础上，通过采用先进的后在孔内填满粘土再安置电极的方式。电法测试时自动控制理论和大规模集成电路，可以轻易实现同在安置电极的浅孔内注少量水以增加电极耦合。

8、一排列中不同电极之间的快速转换，从而实现剖面为使两种方法探测的结果进行有效对比，电法法和测深法的功能。因此该方法在运用中具有成本测线与探地雷达测线基本重合。低、效率高、处理简单方便、结果直观等优点，在3.3探地雷达探测结果解决100m深度范围的浅部地质问题中具有良好的图2、图3分别为探测区域0-115m和110-225m应用效果。探地雷达图像。由图2可知，在