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探地雷达在探测岩溶方面的应用地质雷达能够利用高频电波、脉冲技术对地下介质进行有效的探测。
由于我国各个地区地层分布存在一定的差异性，且岩溶地区分布广泛具有极大的不确定性，盲目的工程开展会威胁工作人员的生命安全和生产损失。
探地雷达作为地下异常情况的探测手段之一，在岩溶地区探测中有着重要的作用。
文章对探地雷达的工作原理进行了分析，并结合工程实例进行了分析，以对探地雷达在岩溶探测方面的应用进行论述。
标签：探地雷达；岩溶地区；技术应用一、地质雷达工作原理地质雷达是应用高频脉冲电磁波探测隐蔽介质的分布，向被測物发射高频宽带短脉冲电磁波，当电磁波遇到不同介电特性的介质就会有部分返回，接收反射波并记录反射的时间。
根据接收到波的旅行时间（双程走时）、幅度频率与波形变化资料，可以推断介质内部结构以及目标体的深度、形状等特征参数（图1）。
脉冲波走时：式中：x值在剖面探测中是固定的，v值（mns-1）可以利用现成数据或测定获得，由上式可得目标体的深度值Z（m）。
当发射和接收天线沿物体表面逐点同步移动时，就能得到其内部介质剖面图像。
图2是地质雷达检测混凝土质量的原理和记录示意图。
记录图像中呈弧状的同相轴为混凝土缺陷对电磁波的反射所引起。
地质雷达基本参数如下：（1）电磁脉冲波旅行时间式中：Z—勘查目标体的埋深；x—发射、接收天线的距离（式中因Z>x，故x可忽略）；V—电磁波在介质中的传播速度。
（2）电磁波在介质中的传播速度式中：C—电磁波在真空中的传播速度（0.29979m/ns）；—介质的相对介电常数，—介质的相对磁导率（一般）（3）电磁波的反射系数电磁波在介质传播过程中，当遇到相对介电常数明显变化的地质现象时，电磁波将产生反射及透射现象，其反射和透射能量的分配主要与异常变化界面的电磁波反射系数有关：式中：r —界面电磁波反射系数；—第一层介质的相对介电常数；—第二层介质的相对介电常数。
二、实例分析2.1 工程概况某单位拟在河堤旁新建一条城市道路，因该地区为岩溶发育地区，且临近河流，溶蚀作用较强，地质情况复杂。
Engineering Technology and Application | 工程技术与应用 |·83·2019年第12期地质雷达技术在岩土工程勘察中的应用荆智辉（中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司，河南 郑州 450007）摘 要：随着我国社会经济的快速发展，建筑领域获得了前所未有的发展机会，在进行岩土工程施工前地质勘察尤为重要。
由于我国很多地方的地质结构复杂，一些传统的地质勘察方法无法有效地对岩土工程进行勘察，很难反映出地质的实际情况。
现在进行岩土工程勘察主要应用地质雷达勘察技术，采用地质雷达对岩土工程进行勘察，可以快速掌握工程基础范围内的实际地质情况，不仅可以提升岩土工程的勘察进度，而且可以为岩土工程施工提供有价值的技术参数以及信息，在很大程度上提高岩土工程的安全性、稳定性。
关键词：地质雷达技术；岩土工程；勘察应用中图分类号：P631.3 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）12-0083-02作者简介：荆智辉（1988—），男，工程师，研究方向：工程物探。
在我国的大部分区域地质结构都比较复杂，尤其是存在石灰岩分布的地区，经常会出现岩溶的问题。
如果在这些地方进行工程建设，很可能会出现岩溶坍塌的现象，岩溶坍塌在建筑工程中是常见的地质灾害。
在工程施工过程中，只有对岩溶坍塌的情况进行准确的预测，才能确保工程顺利施工，这样不仅能保证工程施工的进度，而且可以确保工程的安全性。
但是在实际工程建设过程中，很多时候人们无法进行准确的预算，因此，在石灰岩分布的地区，选择一种适合此地区的勘察方法，对工程基础范围内地质情况进行研究，不仅可以保证工程的顺利施工，而且可以有效降低工程的施工成本，在工程建设中起着非常重要的作用。
目前，我国进行地质勘察的方法有很多种，在这些方法中地质雷达勘察技术虽然起步比较晚，但是经过科学研究已经成为最先进的勘察方法，在建筑工程中得到了广泛应用，而且成果显著。
浅谈探地雷达法和地震映像法在隧底岩溶探测中的应用[摘要]由于隧道岩溶地段施工环境复杂，有的岩溶在施工中就被开挖发现，有的却处于隐伏状态。
因此施工中必须对已开挖和隐伏岩溶进行处理。
对于已发现的隧底岩溶，处理好坏情况必须进行必要的探测，以判断是否到达设计要求。
同时必须探明岩溶处理未达到设计要求地段的岩溶位置和空间规模，为进一步处理提供探测资料。
对于隐伏的隧底岩溶，必须探明岩溶发育位置和规模，以指导施工处理。
因此对隧底岩溶探测资料的可靠性和精确度的要求非常高，单一的探测方法可能无法同时满足探测深度和精度的要求。
本文针对探地雷达法和地震映像法，将二者的原理进行阐释，同时，以某工程中隧底岩溶和裂隙带的探测为例。
说明二者在隧底岩溶探测中的综合应用。
[关键词]隧底岩溶探地雷达法地震映像法0 引言对于现代工程质量要求的提高和施工环境的复杂，单一的物探方法已经不能满足隧道工程对隧底岩溶探测的高要求。
使用两种或两种以上的综合物探方法，能够减少单一物探方法的探测资料多解性和探测深度局限性，同时将每种探测方法的优点进行互补和探测结果相互印证，以使提供的资料更为可靠真实，为施工提供更精确的数据，指导工程施工，提高施工进度。
本文在对探地雷达法和地震映像法两种探测方法进行阐述后，以实际工程为例，论证探地雷达法和地震映像法在隧底岩溶探测中综合应用的可靠性。
1 两种地质探测法的介绍1.1 探地雷达法探地雷达法是使用探地雷达利用高频电磁波来探测地底介质的分布规律的探测方法，具有分辨率高、无损勘察、操作简便、图像直观的有点，在衬砌检测和隧道超前预报等方面有着广泛应用。
1.1.1 探地雷达法的发展探地雷达法的雏形应用是在1904年，德国人用电磁波信号探测远距离的地面上的金属体，二十年之后，德国人提出了用电磁波技术来探查地下的目标体的理念，同时还提出了电池波会在介电常数不同的介质的界面上发生电磁波反射的说法，这个说法也成为了探地雷达理论研究的基础，到二十世纪七十年代以后，数据处理技术大力发展起来，仪器的信噪比也有了极大的提高，电子技术以及现代信息处理技术等因素的共同作用下，探地雷达技术得到了飞速的提高，实现了地下浅层的目标探查，其探查范围也是在逐渐增大，同时其应用也在朝着多方面发展，土木工程、地质调查、环境监测、狂插勘查等都有应用，电子工程和地球物理学科领域的进一步拓展、分析软件的不断更新都带给了探地雷达技术新的发展空间。
浅谈探地雷达在探测墩下隐伏岩溶中的应用摘要:岩溶的空间分布和物性特征为探地雷达进行岩溶地球物理探测提供了基本前提条件。
在已有的探测实例中应用探地雷达方法基本查明了岩溶的分布范围和充填性质，本文介绍了探地雷达工作原理、工程物探仪器设备及工作方法。
从而为岩溶区的岩土工程勘察和评价提供了有效手段及依据。
关键词: 探地雷达；岩溶；灰岩abstract: provide the basic premise condition characteristics of spatial distribution and physical properties of karst for ground penetrating radar karst geophysical exploration. application of gpr to identify the distribution and filling characteristic of karst in the case of detecting existing is introduced in this paper, the principle of radar work of engineering geophysical equipment and methods of work. this provides an effective means and basis for geotechnical engineering prospecting and evaluation in karst area.keywords: ground penetrating radar; karst; limestone中图分类号：tn95 文献标识码：a文章编号：一、引言岩溶(又称喀斯特)是可溶性岩层在水的化学和物理溶(浸)蚀作用下，产生沟槽、裂隙和空洞，以及由于空洞顶板塌落使地表产生陷穴、洼地等现象和作用的总称。
岩溶勘察宜采用工程地质测绘和调查、物探、钻探等多种手段结合的方法, 查明工程范围及有影响地段的各种岩溶洞隙和土洞的位置、规模、埋深, 以及岩溶堆填物性状和地下水特征。
就单个洞体本身来说, 洞体的形态、大小、堆填物性质以及顶板厚度常常是岩土工程评价中最关心的要素。
由于岩溶发育区的洞(缝、隙)与其围岩(灰岩等)及围岩与其上覆地层之间往往具有明显的物理性质, 且洞(缝、隙)的发育往往具有一定的规律性，所以物探技术可以在岩溶的勘察中发挥作用。
二、探地雷达工作原理探地雷达方法是一种用于确定地下介质分布的光谱(1mhz~1ghz)电磁技术。
它是利用高频电磁脉冲波的反射来探测目标体的，通过发射天线向地下或目标体发射高频宽频带短脉冲电磁波，当电磁波向地下介质传播过程中遇到不同的波阻抗界面时，将产生反射波和透射波。
反射和透射遵循反射与透射定律。
反射波能量大小取决于反射系数r，反射系数的数学表达式为r=[(ε1)1/2-(ε2)1/2/(ε1)1/2+(ε2)1/2](1)式中:ε1和ε2分别表示反射界面两侧的相对介电常数。
由式(1)可知: 反射系数的大小主要取决于反射界面两侧介质的相对介电常数的差异。
差异越大反射系数越大，反射波信号越明显。
经过地下地层界面或目标体的表面反射后返回地面，为接收天线所接收。
电磁波在介质中传播时,其路径、电磁场强度与波形将随所通过的介质电磁性质及目标体的几何形态变化而变化，因此，根据接收到波的旅行时间、波幅与波形等信息，即可探测地下介质或目标体的结构、构造及目标体的埋藏深度等(见图1)。
图1 雷达探测过程示意图三、工程物探仪器设备及工作方法1、仪器设备本次物探勘察属于浅层工程地质精细测量,对工作布置不但要求作详细的安排, 测量仪器的精度、分辨率和稳定性等也同样有较高的要求. 本研究使用当今世界上技术领先的地质雷达——瑞典mala公司ramac系列cuii型主机，配以50mhz 超强地面耦合天线。
该雷达的主要特点有：①高集成化，真数字式，高速，轻便；②天线与主机之间采用光纤连接，频带宽，速度快，数据质量好，抗干扰能力强，因此发射机、接收机及主机之间不会相互干扰；③由于采用高压窄脉冲技术，其发射脉冲源与天线一一对应，因此穿透能力强。
2、工作方法探地雷达具有不同的野外工作方法，根据实际工区地质、地形条件的不同，测量方式可以选择剖面法、多次覆盖法及宽角法等。
实际工作中，测量参数如分离距、时窗及天线中心频率等也可以根据不同要求进行选择。
选择不同的参数可以得到不同分辨率及不同探测精度的雷达图形。
一般情况下，在正式进入工区以前，应有目的地进行前期参数选择试验，以达到最佳探测效果。
在进入工区探测后，应根据实际需要布置测线与测点，并且测线与测点尽可能地通过所测目的物。
在不明显的目的物上方进行测量时，线距与点距应尽可能地加密，以利于后面的资料解释与处理。
一般情况下,除个别墩台特殊考虑，每个墩位各布置3或5条物探测线，其中c测线通过左右桩中心点。
5条测线中，a、b测线与d、e测线以c测线呈对称布置，线距0.5m，测点间距0.25m,使用天线沿每条测线进行逐点探测(见图2)。
根据现场试验资料结合钻孔数据对比试验校对采集参数(采样范围、采样点数、扫描率、迭加次数等)，并精确确定各层介质的介电常数或电磁波速。
本次勘探，采用50mhz rta天线和点测方法,采样率选574mhz，时窗范围为0~ 1000 ns.图2 测线布置示意图四、资料处理与异常推断解释1、资料处理运用欧洲经典物探软件reflexw对采集的数据进行分析。
数据处理流程如图3所示, 最后输出雷达实时波形剖面。
图3 数据处理流程2、异常推断解释在完整灰岩上雷达实时波形剖面反射波同相轴振幅较小，在溶洞上雷达实时波形剖面反射波同相轴振幅明显增大，且反射波同相轴的形态会发生变化。
当溶洞规模相对其埋深较小，呈三度体形态，或岩溶为二度体形态。
当雷达测线近于垂直其长轴方向时，雷达波形剖面反射波呈双曲线形态的绕射波特征。
当岩溶规模较大时，雷达波形呈层状或不规则强反射特征。
当遇到体积较大的溶洞(大于2m×2m×2m)，溶洞内充填有水或充填物含水率较高时，雷达波被强烈吸收，振幅急剧衰减，出现速度陷阱。
五、应用实例1、地层岩性本次勘察查明，在钻探所达深度范围内，场地上部松散层除局部为第4系填筑土外，均为第4系全新统冲积层，下伏基岩为二叠系孤峰组, 构造为角砾岩、硅质页岩和灰岩及少量粉砂岩，局部呈互层状。
受构造影响，下伏基岩地层分布较零乱，详细见各桥墩桩位勘探资料。
2、地质构造从大地构造位置来看，桥位区地处扬子准地台、下扬子台坳、沿江拱断褶带的安庆凹断褶束。
区内褶皱构造主要为铜陵到贵池一带的“s”型复式褶皱, 断裂构造中除发育与褶皱相伴生的断层外，燕山期形成的北东向断裂、南北向断裂、北西向断裂也很发育，长江的河道就是循这几组断裂而伸展。
该区域第四纪以来新构造运动主要以振荡式差异升降运动为主。
早更新世地壳相对稳定，并略有升降, 末期发生不等量的上升运动；中更新世地壳表现为缓慢上升运动，末期地壳渐趋稳定;晚更新世早中期略有沉降，而末期则普遍略有上升，总体地壳趋向稳定；全新世早期地壳以沉降为主，中晚期略有抬升，地壳总体相对稳定。
3、地球物理特征从物理性质来看，灰岩常表现为高阻(低导)和弱吸收，粘土表现为低阻(高导)和强吸收，粉砂和砂砾地层则介于两者之间。
此外，水的介电常数高( 阻止电磁波传播能力强)，空气的介电常数低(阻止电磁波传播能力弱)。
由钻探揭露可知，溶洞内充填物为粘土，部分呈流塑状，溶洞与完整围岩的物性差异十分显著。
影响雷达电磁波传播的主要物性参数是介质的相对介电常数和电导率，这主要决定于岩土层的含水率。
本区具备用地质雷达探测溶洞的地球物理前提条件。
图4~图8为各剖面雷达图像。
图4a 剖面的雷达图像图5 b 剖面的雷达图像图6 c 剖面的雷达图像图7 d 剖面的雷达图像图8 e 剖面的雷达图像结合地质雷达图像特征，得出的综合勘察结果表明，场地和地基稳定，适宜进行本工程的建设。
施工图圈定的4段(含水域)岩溶区岩溶、溶洞普遍发育，其中最发育区域主要有2段，分别是:里程k94+676.5~ k94+ 721.5的10#、11# 墩和k95+ 226.5~k95+298.5的27~ 30#墩，其溶洞发育具有以下特点: 空间上溶洞规模大，深度大,呈串珠状，平面上分布呈蜂窝状，总体上为溶洞群，溶洞一般为未充填或半充填，少数为全充填，充填物为软塑状粘性土，钻探中漏水、漏浆严重,已探明的溶洞最大发育深度达77.6m。
例如左线29-1#桩，第四系覆盖层厚17.5m，溶洞发育从18.0~ 77.60m，呈串珠状,溶洞间岩层厚1.45m，单洞最大高度达43.20m, 溶洞为充填状,充填物为软塑粘性土。
左线29- 2# 桩，第四系覆盖层厚14. 10 m, 溶洞发育从14.20~71.85m，呈串珠状,溶洞间岩层厚0.10~0.60m,单洞最大高度达25.15m，溶洞为充填状，充填物为软塑状或硬塑状粘性土。
六、结论1、理论与实践证实，探地雷达因其使用宽频带、短脉冲电磁波为震源，具有比其他的地球物理方法更高的分辨率，不但具有快速、非破损、经济等优点，而且还可形象地揭示溶蚀异常的空间展布形态，在岩溶地质勘察中能够取得较好的应用效果，适宜覆盖层较薄或裸露岩层，埋藏于地表以下20~30m以上范围内的目标体的探测。
2、在雷达剖面中，岩溶地质异常的波阻特征与围岩之间差异较大，从雷达剖面上不但可以识别如溶洞、溶沟或溶槽这样的单个目标体，而且对溶蚀现象也有不同的反映。
3、对于岩溶探测来说，灰岩内部岩性不均匀或脉冲充填体，以及节理、裂隙、破碎带等结构面产生的反射波实际上构成了干扰异常波组。
但必须注意的是这些结构面处往往又是岩溶发育带。
这正决定了应用探地雷达进行岩溶探测的复杂性和困难性。
