探地雷達(dá)(GPR)是利用超高頻脈沖電磁波(106～109Hz)探測(cè)地下介質(zhì)的一種地球物理方法。由于其分辨率較高，已成為諸多地球物理勘探方法中進(jìn)行淺層或超淺層精細(xì)無(wú)損檢測(cè)的一種最有效手段。

地質(zhì)雷達(dá)測(cè)量方法為剖面法，是基于高頻電磁波理論，以寬頻帶、短脈沖的電磁波形式，由地面通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)射入地下，經(jīng)地下地層或目的體的電磁性差異反射回地面，反射波由另一天線(xiàn)接收，通過(guò)分析接收的信號(hào)探測(cè)地質(zhì)體，即利用一個(gè)天線(xiàn)(T)發(fā)射高頻率寬頻帶短脈沖電磁波，另一個(gè)天線(xiàn)(R)接收來(lái)自地下介質(zhì)界面的反射波，發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)以固定間距沿測(cè)線(xiàn)同步移動(dòng)，得到該測(cè)線(xiàn)的地質(zhì)雷達(dá)時(shí)間-平距剖面圖像，如圖5-25所示。

圖5-25地質(zhì)雷達(dá)工作布置示意圖

在宜萬(wàn)鐵路隧道這樣復(fù)雜的工程環(huán)境中，大規(guī)模地使用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)隱伏巖溶問(wèn)題，必須根據(jù)所要研究的各個(gè)隧道中隱伏巖溶問(wèn)題的特性，以及隧道中具體的環(huán)境干擾因素，采用合適的觀測(cè)方式，正確選擇測(cè)量參數(shù)，才能采集到合格的數(shù)據(jù)記錄，用于后期的數(shù)據(jù)處理。

根據(jù)前述隧底隱伏巖溶所處的特殊場(chǎng)地條件，對(duì)于地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)主要分為以下兩類(lèi)情況進(jìn)行。

一、無(wú)軌運(yùn)輸出碴

這種情況相對(duì)較為簡(jiǎn)單，單線(xiàn)情況下，在隧道中線(xiàn)上布置一條雷達(dá)剖面即可，雙線(xiàn)情況下在左右中心線(xiàn)上各布置一條雷達(dá)剖面，采用剖面法進(jìn)行探測(cè)。根據(jù)探測(cè)成功經(jīng)驗(yàn)，使用加拿大Pulse-EKKO42型雷達(dá)儀或美國(guó)SIR-20型雷達(dá)儀均可，天線(xiàn)中心頻率100MHz，采樣時(shí)間不小于450ns。前者采用點(diǎn)測(cè)方式，點(diǎn)距不應(yīng)大于0.5m;后者采用連測(cè)方式。每米掃描道數(shù)不應(yīng)小于20道，32～64次疊加。

二、有軌運(yùn)輸出碴

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，有軌運(yùn)輸出渣大多使用在單線(xiàn)長(zhǎng)大隧道中，如八字嶺、高陽(yáng)寨、野三關(guān)、大支坪、馬鹿箐幾座隧道中。在這種情況下采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)，就要相對(duì)變得復(fù)雜。

根據(jù)野三關(guān)隧道進(jìn)口實(shí)地踏勘調(diào)查，施工期間隧道內(nèi)軌道分布情況如圖5-26及圖5-27所示。

圖5-26軌道分布示意圖

圖5-27軌道分布示意圖

圖5-28平行軌道一側(cè)無(wú)軌段連續(xù)掃描雷達(dá)剖面圖

針對(duì)有軌不同地段，我們進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)雷達(dá)測(cè)試，測(cè)線(xiàn)布置按以下兩種方式對(duì)比進(jìn)行：?jiǎn)尉�(xiàn)軌道地段，一般鐵軌靠隧底一側(cè)平鋪，在平行于軌道線(xiàn)的另一側(cè)無(wú)軌地段進(jìn)行雷達(dá)數(shù)據(jù)采集，采用連測(cè)方式，雷達(dá)天線(xiàn)裝置方向垂直于鐵軌延伸方向。圖5-28為連續(xù)掃描雷達(dá)剖面。

直接將測(cè)線(xiàn)布置于鐵軌上，在軌道中間進(jìn)行雷達(dá)數(shù)據(jù)采集，如圖5-27所示。因軌道間鋪有枕木，無(wú)法進(jìn)行連續(xù)掃描的采集方式，只能采用點(diǎn)測(cè)方式進(jìn)行，雷達(dá)天線(xiàn)裝置方向平行于鐵軌延伸方向。圖5-29為其點(diǎn)測(cè)雷達(dá)剖面。

圖5-29軌道間點(diǎn)測(cè)雷達(dá)剖面圖

從圖5-28與圖5-29相同地段的雷達(dá)不同采集方式所得記錄剖面對(duì)比圖可以看出，除了掃描道數(shù)的稀疏與緊密造成的雷達(dá)時(shí)間剖面圖的差異外，兩幅圖的記錄形態(tài)、異常展布形態(tài)與范圍都是一致的。據(jù)此，我們可以認(rèn)為，在軌道之間同樣可以開(kāi)展地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)方法，只是探測(cè)方式只能采用點(diǎn)測(cè)，且雷達(dá)天線(xiàn)裝置方向需平行于鐵軌延伸方向。但是不能選用分離式非屏蔽收發(fā)天線(xiàn)裝置進(jìn)行探測(cè)，而應(yīng)選用性能更優(yōu)越、收發(fā)天線(xiàn)裝置集成式、屏蔽性稍強(qiáng)的雷達(dá)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

但是，施工期間，軌道電瓶車(chē)往來(lái)頻繁作業(yè)，其相對(duì)于鐵軌軌道是一個(gè)孤立、運(yùn)動(dòng)、介電常數(shù)大的干擾體。如圖5-30所示，當(dāng)與圖5-28相同地段電瓶車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)對(duì)雷達(dá)探測(cè)帶來(lái)極強(qiáng)的干擾異常。

圖5-30軌道電瓶車(chē)運(yùn)動(dòng)干擾

綜上所述，有軌出碴隧道進(jìn)行雷達(dá)探測(cè)時(shí)，影響探測(cè)效果較大的干擾因素不是來(lái)自隧底鋪設(shè)的鐵軌，而是來(lái)自繁忙運(yùn)輸?shù)能壍离娖寇?chē)。因此，當(dāng)在有軌段進(jìn)行雷達(dá)探測(cè)時(shí)，若遇電瓶車(chē)駛來(lái)，距離雷達(dá)天線(xiàn)至少50m就應(yīng)該暫停數(shù)據(jù)采集，電瓶車(chē)駛離雷達(dá)天線(xiàn)至少50m遠(yuǎn)，方可繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

另外，在有軌地段進(jìn)行探測(cè)時(shí)，因軌道及隧道邊墻所造成的雷達(dá)回波反射均為線(xiàn)狀干擾，表現(xiàn)在雷達(dá)剖面中為間隔出現(xiàn)的水平強(qiáng)振幅雷達(dá)波，由于這一環(huán)境條件在相同情況段內(nèi)基本固定不變，我們可以在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，對(duì)具有這種相同環(huán)境性質(zhì)的里程段，首先進(jìn)行一次背景采集，然后在正式采集過(guò)程中設(shè)置“背景去除”采集參數(shù)，予以消除環(huán)境背景所帶來(lái)的水平狀強(qiáng)振幅干擾。為了達(dá)到較好的去除效果，最好在環(huán)境背景發(fā)生變化的每個(gè)拐點(diǎn)處進(jìn)行一次背景采集，然后設(shè)置“背景去除”參數(shù)繼續(xù)進(jìn)行正式數(shù)據(jù)采集。