王鵬禹 李 磊

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，西安 710016）

近年來(lái)，地質(zhì)雷達(dá)在工程勘察、質(zhì)量檢測(cè)和地質(zhì)與工程病害的預(yù)報(bào)和診斷等環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要作用。在解決工程疑難問(wèn)題的能力方面有明顯提高。一些無(wú)法解決的工程檢測(cè)問(wèn)題，現(xiàn)在有了較為成熟的技術(shù)和技術(shù)設(shè)備。

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)用于土建隱患的探測(cè)，通過(guò)掌握不同隱患類(lèi)型在雷達(dá)圖像上的反映特征，提高異常的判斷能力和精度，較確切地推斷工程隱患的性質(zhì)和位置，以便指導(dǎo)工程施工和管理。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)基本部分組成

本文以某抽水蓄能電站下水庫(kù)進(jìn)/出水口邊坡在 1409平臺(tái)邊坡爆破施工中，邊坡出現(xiàn)兩處明顯的開(kāi)裂為例，進(jìn)行了地質(zhì)裂縫探測(cè)調(diào)查。為工程提供了比較準(zhǔn)確的地質(zhì)裂縫分布，提出了地質(zhì)預(yù)報(bào)的結(jié)論和建議，為地質(zhì)災(zāi)害處理和建筑物設(shè)計(jì)修改提供了依據(jù)。

1 地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備系統(tǒng)及工作原理

1.1 地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)

地質(zhì)雷達(dá)是一種寬帶高頻電磁波信號(hào)探測(cè)方法，它是利用電磁波信號(hào)在物體內(nèi)部傳播時(shí)電磁波的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)的。地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)的基本部分如圖1所示。

（1）控制單元：控制單元是整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的管理器，計(jì)算機(jī)（32位處理器）對(duì)如何測(cè)量給出詳細(xì)的指令。系統(tǒng)由控制單元控制著發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，同時(shí)跟蹤當(dāng)前的位置和時(shí)間。

（2）發(fā)射機(jī)：發(fā)射機(jī)根據(jù)控制單元的指令，產(chǎn)生相應(yīng)頻率的電信號(hào)并由發(fā)射天線(xiàn)將一定頻率的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁波信號(hào)向地下發(fā)射。其中電磁信號(hào)主要能量集中于被研究的介質(zhì)方向傳播。

（3）接收機(jī)：接收機(jī)把接收天線(xiàn)接收到的電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并以數(shù)字信息方式進(jìn)行存貯。

（4）電源、光纜、通訊電纜、觸發(fā)盒、測(cè)量輪等輔助元件。

（5）專(zhuān)用設(shè)備：目前在工程檢測(cè)中常用的地質(zhì)雷達(dá)主要為國(guó)外一些公司生產(chǎn)的地質(zhì)雷達(dá)及配置不同頻率范圍的雷達(dá)天線(xiàn)。

1.2 地質(zhì)雷達(dá)工作原理

地質(zhì)雷達(dá)依據(jù)電磁波脈沖在地下傳播的原理進(jìn)行工作。發(fā)射天線(xiàn)將高頻（106～109Hz或更高）的電磁波以寬帶短脈沖形式送入地下，被地下介質(zhì)（或埋藏物）反射，然后由接收天線(xiàn)接收見(jiàn)圖2。

圖2 雷達(dá)的測(cè)試原理及其探測(cè)方法

根據(jù)電磁波理論，當(dāng)雷達(dá)脈沖在地下傳播過(guò)程中，遇到不同電性介質(zhì)交界面時(shí)，由于上下介質(zhì)的電磁特性不同而產(chǎn)生折射和反射。

使用相應(yīng)雷達(dá)資料處理軟件，進(jìn)行資料處理。對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行了預(yù)處理、增益調(diào)整、濾波和成圖等方法的處理。最終得到各測(cè)線(xiàn)的成果圖，以此進(jìn)行分析評(píng)價(jià)工作。

2 地表裂縫情況

該抽水蓄能電站下水庫(kù)進(jìn)/出水口邊坡在 1409平臺(tái)邊坡1429～1409m高程爆破施工中邊坡出現(xiàn)兩處明顯的開(kāi)裂。由于1429m高程以下開(kāi)挖石渣尚未清理，開(kāi)裂情況尚不完全清楚。邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移不僅沒(méi)有收斂，反而有變大的趨勢(shì)。初步判斷可能為沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)所致。

邊坡裂縫分布情況：在下水庫(kù)進(jìn)/出水口邊坡一共有長(zhǎng)大裂縫2條。其中1#裂縫分布在1449高程并向下延伸，地表出露長(zhǎng)度25m左右；2#裂縫分布在1469高程并向下延伸至1429高程，地表出露長(zhǎng)度70m左右。裂縫分布見(jiàn)圖3。

圖3 地表裂縫分布示意圖

3 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)調(diào)查成果及分析

3.1 探測(cè)調(diào)查內(nèi)容

（1）探測(cè)下水庫(kù)出水口邊坡裂縫的深度。

（2）探測(cè)下水庫(kù)出水口f905-14斷層分布情況。

3.2 探測(cè)調(diào)查成果及分析

（1）采用地質(zhì)雷達(dá)在該區(qū)域共布置了 5條測(cè)線(xiàn)，分別在1429高程布置1條，1449高程布置1條，1469高程布置3條。

（2）在邊坡高程1429處布設(shè)1#測(cè)線(xiàn)，對(duì)高程1429馬道以下是否存在軟弱夾層進(jìn)行探測(cè)，雷達(dá)探測(cè)圖見(jiàn)圖4。

由圖 4黑色方框區(qū)域可以明顯看出：在 1429高程以下存在一條層位分界面，最淺處埋深4m，最深處埋深8m（在深度10～60m未發(fā)現(xiàn)異常值），初步判斷為一軟弱夾層，厚約50～60cm。

結(jié)合地勘資料，判斷可能是F905-14斷層。白色方框1、2區(qū)域?yàn)槔走_(dá)過(guò)裂縫2及旁邊裂縫時(shí)產(chǎn)生的反射，由于裂縫之間有塊石等填充物，產(chǎn)生一定寬度的空腔，導(dǎo)致雷達(dá)信號(hào)反復(fù)震蕩，不能判斷裂縫的深度。白色方框3為過(guò)夾層時(shí)產(chǎn)生的反射。

（3）在下水庫(kù)進(jìn)/出水口邊坡高程1469，布設(shè)3#測(cè)線(xiàn)、4#測(cè)線(xiàn)和5#測(cè)線(xiàn)對(duì)裂縫2進(jìn)行探測(cè)，雷達(dá)檢測(cè)圖分別見(jiàn)圖5～6。

由圖5可以看出，裂縫2在5#測(cè)線(xiàn)位置上口充填少，裂縫較寬，深度在43m左右。由圖6可以看出：裂縫2在4#測(cè)線(xiàn)位置有4處裂縫，且上口充填不密實(shí)，裂縫較寬，裂縫深度在11～23m。

圖4 測(cè)線(xiàn)1雷達(dá)檢測(cè)圖

圖5 測(cè)線(xiàn)3雷達(dá)檢測(cè)圖

圖6 測(cè)線(xiàn)4雷達(dá)檢測(cè)圖

3.3 探測(cè)調(diào)查結(jié)論

據(jù)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)成果，下水庫(kù)進(jìn)/出水口邊坡裂縫探測(cè)結(jié)論如下。

（1）在1429高程以下存在一條層位分界面，其分布為中部深、兩端淺的弧形，最淺處埋深4m，最深處埋深8m。初步判斷為一軟弱夾層，厚約50～60cm。結(jié)合地勘資料，判斷可能是F905-14斷層。

（2）裂縫1地表寬度約30～40cm，1449高程深部未發(fā)現(xiàn)裂縫。

（3）裂縫2上部地表最大寬度為130cm，充填不密實(shí)，充填物主要為碎石，探測(cè)到裂縫2在測(cè)線(xiàn)3位置最大深度為43m；裂縫2在測(cè)線(xiàn)4位置深度為11～23m；測(cè)線(xiàn)5位置深部未發(fā)現(xiàn)裂縫。

（4）根據(jù)邊坡裂縫出現(xiàn)的位置，推斷可能滑坡體輪廓線(xiàn)見(jiàn)圖7。

3.4 建議

（1）建議對(duì)軟弱夾層（可能是地質(zhì)勘探時(shí)的F905-14斷層）取原狀樣做抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。如不取軟弱夾層原狀樣進(jìn)行抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，參考地質(zhì)資料。軟弱夾層穩(wěn)定演算參數(shù)建議指標(biāo)：Φ=20，C=0.05MPa；根據(jù)裂縫探測(cè)調(diào)查結(jié)論，建議軟弱夾層傾角按45°；合理選取計(jì)算參數(shù)后，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行演算。

（2）因滑動(dòng)體體積不大，建議部分挖除，并采用抗滑樁和錨索對(duì)邊坡進(jìn)行抗滑加固處理，保證邊坡穩(wěn)定，確保下水庫(kù)庫(kù)區(qū)安全和電站的安全運(yùn)行。

（3）為保證下水庫(kù)進(jìn)/出水口構(gòu)筑物的安全，建議根據(jù)工程構(gòu)筑物的布置情況，適當(dāng)調(diào)整下水庫(kù)進(jìn)/出水口建筑物的位置，避免裂縫可能對(duì)其造成的危害。

圖7 邊坡裂縫深度及滑坡體示意圖

4 實(shí)際處理措施

根據(jù)對(duì)該開(kāi)裂體的調(diào)查結(jié)果，設(shè)計(jì)單位基本采納了我們的建議，對(duì)開(kāi)裂體提出了專(zhuān)項(xiàng)處理方案。

主要是將邊坡開(kāi)挖面整體向山體方向推移近20m，將整個(gè)開(kāi)裂體挖除，坡腳最低開(kāi)挖高程基本保持原設(shè)計(jì)高程 1408.3m。邊坡支護(hù)除保持原設(shè)計(jì)方案外，另增加了30m深的預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)邊坡支護(hù)。并對(duì)水庫(kù)進(jìn)/出水口建筑物的位置和走向進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整。

5 結(jié) 語(yǔ)

地質(zhì)雷達(dá)最早用于工程場(chǎng)地的勘查，包括重要工程場(chǎng)地、鐵路與公路路基，用于解決松散層分層和厚度分層、基巖風(fēng)化層分布、以及節(jié)理斷帶層等問(wèn)題。應(yīng)用該技術(shù)選用 RTA50MHZ屏蔽天線(xiàn)，對(duì)淺地表裂縫進(jìn)行探測(cè)調(diào)查，取得了比較理想的效果。

地質(zhì)雷達(dá)以其非破壞性實(shí)時(shí)檢測(cè)、抗干擾性強(qiáng)、分辨率高，操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、工程檢測(cè)、工程勘察中被迅速推廣應(yīng)用。

[1]李大心.地質(zhì)雷達(dá)方法及應(yīng)用.北京:地質(zhì)出版社,1994.[4]

[2]李大心.地球物理方法綜合應(yīng)用與解釋[M].武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué),1999

[3]曾昭發(fā),劉四新,王者江,等.探地雷達(dá)方法原理及應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2006