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【摘 要】 随着科技的发展，我国的工程建设的复杂程度也越来越高，对于施工技术以及设备的挑战性也不断加大。地质雷达技术是地质勘查中的一种较为常见的技术，在不良地质体的探测中具有明显的作用。文章通过对地质雷达技术进行了全面的分析，并通过实际的工程建设例子来对其进行分析，以期为地质雷达技术在不良地质体的探测中提供一个有效的借鉴。
【关键词】 地质雷达技术；不良地质体探测；应用
引言：
随着我国经济的飞速发展，基础设施建设也得到了迅猛发展。为了进一步提高工程质量，扼杀工程隐患，采用高效、经济、合理的方法和技术来检测工程质量已成为新时代不可回避的重大话题。地质雷达探测具有高效率、无损害、高精度、抗干扰、操作便捷等优点，能很好的应用在路基探测工程中。
一、地质雷达技术
（一）雷达测量原理
雷达测量原理是基于电磁波在不同的介质中因传播速度不同导致反射产生的电磁波具有不同的振幅和能量。当通过发射天线发射具有一定中心頻率的电磁波，接收天线接收了在介质传播过程中遇到分界面反射回来的电磁波，并反映出接收到的电磁波的振幅，能量等情况予以不同颜色的波谱标定，如图1所示。
根据电磁波理论，当雷达脉冲在地下传播过程中，遇到不同电性介质交界面时，由于上下介质的电磁特性不同而产生折射和反射。
根据如下式（1），对地层探测深度进行计算。此公式是基于地层分界面为水平分界面，入射波与反射波遵循光学几何原理而得出，然而鉴于实际的土层界面较为复杂，仅作为参考使用。
（二）图像特征
地质雷达探测桩基持力层地质缺陷的雷达记录与其他探测时的记录基本一致。只是在进行在对异常定性分析时要充分考虑桩基特殊的工作环境。其典型地质缺陷与地质雷达图像波形特征关系见表1。
（三）地质雷达技术参数
地质雷达的技术参数主要包括地质雷达的探测深度和雷达探测的分辨率，其中技术参数主要由地质雷达方程所决定的。
1.雷达方程
2.探测距离
由此式可知，衰减系数W与电磁波的频率f成正比，即频率越高，衰减越快，探测距离越短；当频率一定时，导电率和相对介电常数越大，衰减越快，探测距离越短；反之，同理。
3.分辨率
分辨率是指地质雷达探测时能够分辨最小障碍物的能力，可分为横向分辨率和垂向分辨率。
对单个障碍物的横向分辨率远小于第一菲涅尔带半径rr，因此要区分出横向方向上两个相邻障碍物的最小横向距离要比第一菲涅尔带半径rr大.
垂向分辨率是指地质雷达要区分雷达剖面上一个以上反射界面的能力。一般垂向分辨率的下限取为b=λ/4，为地层厚度。当b<λ/4，无法确定地层厚度。
二、地质雷达的工作方法
地质雷达工作之前需充分调查测区的工作环境，收集相关的地质、地球物理、钻探资料，了解背景场（围岩）的特性，目标体的深度、几何形态、电性等情况，建立合理的测区坐标，针对目标体布置测线、测网。在此基础上，对天线的中心频率、时间窗口、采样率、测点点距、天线间距等进行合理的选择。
（一）观测系统
要得到理想的原始数据，应慎重选择采集仪器以及合理选择采集参数。本次测试选择美国劳雷公司生产的SIR3000及其配套的100M收发一体式天线作为测试系统。目前常用的地质雷达测量方式主要有宽角法和共偏移距测量法。共偏移距测量法主要用来进行剖面测量，发射天线和接收天线的间距固定不变，以一定的间距（Piont）或速度（Time）沿剖面移动测量，对地质目标体进行有效的识别。收发一体式天线只能以这种方式进行测量。
（二）相对介电常数的测定
现场媒质的相对介电常数的主要测定方法有：
已知目标深度法、点源反射体法、共中心点（CMP）法及层状反射体法。本文中论述的探测区域中相对介电常数的测定采用已知目标深度法。在工区内选取10余处具有典型代表的大理岩墙体，作为测量相对介电常数的试验对象。根据试验结果，最终选取该区域内大理岩的平均相对介电常数为9.0。图2为典型的相对介电常数测量的波列图。
（三）数据处理
在地质雷达探测过程中，为了得到更多的反射波特征，利用宽频带进行记录，在记录到各种有效波的同时，不免记录下了许多干扰噪声。因此，数据处理之前，必须认真复核现场记录，观察识别雷达图像上的反射波波形、能量强度、反射波初始相位等特征，判断识别和筛选异常。
地质雷达方法的数据处理包括数据传输、坏道剔除、零点校正、地形校正、滤波、反褶积、偏移、增益等处理。其目的是压制干扰、突出异常、方便解释，最后绘制出探地雷达波形图或彩色剖面成果图，在此基础之上进行异常的解释。
三、工程应用实例
（一）工程概况
隧道区地处扬子淮地台区西南部，为第一隆起带与第二沉降带之间的过渡性区域，发育有较多的短轴状背斜和向斜，为新华夏系晚期构造。区域岩性主要为寒武系上统白云岩%白云质灰岩，倾向近于水平，中厚层，弱风化，裂隙发育。可溶性岩和非可溶性岩接触地带断层褶皱及节理裂隙极度发育。围岩等级为III级以上。
隧道沿线有河流分布，存在地下水径流排泄条件，且隧道出口处沟谷通过断裂破碎带，强降雨时会透水入洞。地下水以岩溶裂隙水和基岩裂隙水为主。由于存在岩溶发育的物质基础，隧道开挖时可能会有溶洞出现。
（二）现场探测及结果分析
根据掌子面现场情况，在距离隧道拱顶1m处沿水平方向布置了1条测线，分别以水平方向，向上倾斜30°，向上倾斜45°及向上倾斜70°对前方进行探测，以推断预测前方拱顶上方的溶洞范围。由于掌子面的特殊情况，现场探测时对探测剖面进行了重复测试，以提高探测的准确性。
总体来说，探测范围内围岩等级综合定为V级。当隧道掘进一个循环后，掌子面上出现约3m高的溶洞。经过扩大洞口勘测探明，该溶洞为隧道底板下伏壶状溶洞，沿线路方向长38m，宽26m，最大高度达47m，溶腔体积约1.5×104m3，溶腔下部被粘土块石充填。隧道开挖实际揭示情况与超前地质预报情况吻合。结束语
在一些较为复杂的不良地质体的探测上，地质雷达技术充分发挥了其重要的作用，为施工探测提供了极大的帮助。地质雷达技术具有直观、高效、连续性以及无破坏性等特点，尤其是在一些岩溶地区隧道的施工中，为其提供更好的服务，保障工程能够安全施工。但因其探测时受周围环境影响因素较多，因此，数据处理时，要做到具体情况具体分析，根据不同类型的地质异常体会出现不同的雷达波特征，尽量消除各种干扰因素。
参考文献：
[1]何磊，孙家宁，孙祥鑫.地质雷达在井巷掘进超前地质预报中的应用[J].现代矿业，2013，01：78-80.
[2]王立乾.地质雷达技术在公路路基质量检测中的应用[J].长沙铁道学院学报（社会科学版），2013，02：192-194.
[3]李勃.地质雷达在工程中的应用[J].西部探矿工程，2013，09：151-152+156.
[4]陈亚乾，陈铭.地质雷达技术与岩土勘察技术相互补充的应用研究[A].中国建筑学会工程勘察分会.工程勘察2013年增刊第1期[C].中国建筑学会工程勘察分会，2013：8.
【关键词】 地质雷达技术；不良地质体探测；应用
引言：
随着我国经济的飞速发展，基础设施建设也得到了迅猛发展。为了进一步提高工程质量，扼杀工程隐患，采用高效、经济、合理的方法和技术来检测工程质量已成为新时代不可回避的重大话题。地质雷达探测具有高效率、无损害、高精度、抗干扰、操作便捷等优点，能很好的应用在路基探测工程中。
一、地质雷达技术
（一）雷达测量原理
雷达测量原理是基于电磁波在不同的介质中因传播速度不同导致反射产生的电磁波具有不同的振幅和能量。当通过发射天线发射具有一定中心頻率的电磁波，接收天线接收了在介质传播过程中遇到分界面反射回来的电磁波，并反映出接收到的电磁波的振幅，能量等情况予以不同颜色的波谱标定，如图1所示。
根据电磁波理论，当雷达脉冲在地下传播过程中，遇到不同电性介质交界面时，由于上下介质的电磁特性不同而产生折射和反射。
根据如下式（1），对地层探测深度进行计算。此公式是基于地层分界面为水平分界面，入射波与反射波遵循光学几何原理而得出，然而鉴于实际的土层界面较为复杂，仅作为参考使用。
（二）图像特征
地质雷达探测桩基持力层地质缺陷的雷达记录与其他探测时的记录基本一致。只是在进行在对异常定性分析时要充分考虑桩基特殊的工作环境。其典型地质缺陷与地质雷达图像波形特征关系见表1。
（三）地质雷达技术参数
地质雷达的技术参数主要包括地质雷达的探测深度和雷达探测的分辨率，其中技术参数主要由地质雷达方程所决定的。
1.雷达方程
2.探测距离
由此式可知，衰减系数W与电磁波的频率f成正比，即频率越高，衰减越快，探测距离越短；当频率一定时，导电率和相对介电常数越大，衰减越快，探测距离越短；反之，同理。
3.分辨率
分辨率是指地质雷达探测时能够分辨最小障碍物的能力，可分为横向分辨率和垂向分辨率。
对单个障碍物的横向分辨率远小于第一菲涅尔带半径rr，因此要区分出横向方向上两个相邻障碍物的最小横向距离要比第一菲涅尔带半径rr大.
垂向分辨率是指地质雷达要区分雷达剖面上一个以上反射界面的能力。一般垂向分辨率的下限取为b=λ/4，为地层厚度。当b<λ/4，无法确定地层厚度。
二、地质雷达的工作方法
地质雷达工作之前需充分调查测区的工作环境，收集相关的地质、地球物理、钻探资料，了解背景场（围岩）的特性，目标体的深度、几何形态、电性等情况，建立合理的测区坐标，针对目标体布置测线、测网。在此基础上，对天线的中心频率、时间窗口、采样率、测点点距、天线间距等进行合理的选择。
（一）观测系统
要得到理想的原始数据，应慎重选择采集仪器以及合理选择采集参数。本次测试选择美国劳雷公司生产的SIR3000及其配套的100M收发一体式天线作为测试系统。目前常用的地质雷达测量方式主要有宽角法和共偏移距测量法。共偏移距测量法主要用来进行剖面测量，发射天线和接收天线的间距固定不变，以一定的间距（Piont）或速度（Time）沿剖面移动测量，对地质目标体进行有效的识别。收发一体式天线只能以这种方式进行测量。
（二）相对介电常数的测定
现场媒质的相对介电常数的主要测定方法有：
已知目标深度法、点源反射体法、共中心点（CMP）法及层状反射体法。本文中论述的探测区域中相对介电常数的测定采用已知目标深度法。在工区内选取10余处具有典型代表的大理岩墙体，作为测量相对介电常数的试验对象。根据试验结果，最终选取该区域内大理岩的平均相对介电常数为9.0。图2为典型的相对介电常数测量的波列图。
（三）数据处理
在地质雷达探测过程中，为了得到更多的反射波特征，利用宽频带进行记录，在记录到各种有效波的同时，不免记录下了许多干扰噪声。因此，数据处理之前，必须认真复核现场记录，观察识别雷达图像上的反射波波形、能量强度、反射波初始相位等特征，判断识别和筛选异常。
地质雷达方法的数据处理包括数据传输、坏道剔除、零点校正、地形校正、滤波、反褶积、偏移、增益等处理。其目的是压制干扰、突出异常、方便解释，最后绘制出探地雷达波形图或彩色剖面成果图，在此基础之上进行异常的解释。
三、工程应用实例
（一）工程概况
隧道区地处扬子淮地台区西南部，为第一隆起带与第二沉降带之间的过渡性区域，发育有较多的短轴状背斜和向斜，为新华夏系晚期构造。区域岩性主要为寒武系上统白云岩%白云质灰岩，倾向近于水平，中厚层，弱风化，裂隙发育。可溶性岩和非可溶性岩接触地带断层褶皱及节理裂隙极度发育。围岩等级为III级以上。
隧道沿线有河流分布，存在地下水径流排泄条件，且隧道出口处沟谷通过断裂破碎带，强降雨时会透水入洞。地下水以岩溶裂隙水和基岩裂隙水为主。由于存在岩溶发育的物质基础，隧道开挖时可能会有溶洞出现。
（二）现场探测及结果分析
根据掌子面现场情况，在距离隧道拱顶1m处沿水平方向布置了1条测线，分别以水平方向，向上倾斜30°，向上倾斜45°及向上倾斜70°对前方进行探测，以推断预测前方拱顶上方的溶洞范围。由于掌子面的特殊情况，现场探测时对探测剖面进行了重复测试，以提高探测的准确性。
总体来说，探测范围内围岩等级综合定为V级。当隧道掘进一个循环后，掌子面上出现约3m高的溶洞。经过扩大洞口勘测探明，该溶洞为隧道底板下伏壶状溶洞，沿线路方向长38m，宽26m，最大高度达47m，溶腔体积约1.5×104m3，溶腔下部被粘土块石充填。隧道开挖实际揭示情况与超前地质预报情况吻合。结束语
在一些较为复杂的不良地质体的探测上，地质雷达技术充分发挥了其重要的作用，为施工探测提供了极大的帮助。地质雷达技术具有直观、高效、连续性以及无破坏性等特点，尤其是在一些岩溶地区隧道的施工中，为其提供更好的服务，保障工程能够安全施工。但因其探测时受周围环境影响因素较多，因此，数据处理时，要做到具体情况具体分析，根据不同类型的地质异常体会出现不同的雷达波特征，尽量消除各种干扰因素。
参考文献：
[1]何磊，孙家宁，孙祥鑫.地质雷达在井巷掘进超前地质预报中的应用[J].现代矿业，2013，01：78-80.
[2]王立乾.地质雷达技术在公路路基质量检测中的应用[J].长沙铁道学院学报（社会科学版），2013，02：192-194.
[3]李勃.地质雷达在工程中的应用[J].西部探矿工程，2013，09：151-152+156.
[4]陈亚乾，陈铭.地质雷达技术与岩土勘察技术相互补充的应用研究[A].中国建筑学会工程勘察分会.工程勘察2013年增刊第1期[C].中国建筑学会工程勘察分会，2013：8.