結合宜萬鐵路隧道實際探測情況,對巖溶異常的雷達波形特征實例分析如下。

一、隧底典型巖溶異常特征

(一)大型非充填巖溶空洞

圖5-32和圖5-33為長鷹壩隧道進口DK238+770~+870雷達時間剖面圖。在DK238+795~+810發育有一大型巖溶空洞,溶腔橫切線路中線,在線路中線下溶腔頂板最淺處埋深僅6.5m左右。圖5-32為開挖揭示溶腔未進行工程處理時采用加拿大雷達進行探測得到的雷達圖像,明顯反映出該大溶腔形態,溶腔頂板及底板反射面在圖中形成的雙曲線弧形清晰可見,反射波能量極強。

圖5-32+770~+870EKKO42-100MHz雷達剖面

圖5-33為該溶腔經施工處理后再次進行的雷達探測剖面圖,探測時已鋪隧底,并設置鋼筋混凝土仰拱。從圖中可以看出,溶腔頂底板反射面仍然清晰可辨,表明施工處理填筑的混凝土碎石層與完整灰巖層介電常差異較明顯。

圖5-33+775~+825SIR-20-100MHz雷達圖像

(二)充填型串珠狀隱伏巖溶

圖5-34為高坪1#隧道某段的雷達圖像,可以清楚地看出隧底隱伏巖溶的雷達反射波波形特征,后經鉆探驗證為發育串珠狀、充填型溶洞。

圖5-34高坪1#隧道某段雷達圖像

從雷達圖像分析看出,溶洞雷達圖像特點是被溶洞側壁、頂板的強反射所包圍的弱反射空間,溶洞底界面的反射則不太明顯,當溶洞為空洞(或充水)時,洞體內雷達波幾乎是沒有反射的直達溶洞的底界面;當溶洞充填沉積物時,其溶洞內的充填物根據物性差異的不同,也會產生不同的雷達波形式,大多數情況下其充填物為塊石夾粘土等不均勻體時,也會導致穿過其中的雷達波形雜亂無章,若粘土或細密型碎顆粒狀物含量較大,也可見一組較短周期的細密的弱反射,甚或導致雷達波損失殆盡,這也是判定充填型空洞存在的主要標志之一。

(三)溶蝕裂隙

隧底溶蝕裂隙發育與巖溶發育兩種情況在二者規模都不大的情況下,有時是難以準確區分的,圖5-35為高橋壩隧道DK227+520~+571段雷達剖面圖,從圖中可看出+550附近雷達異常明顯,經鉆探驗證該處僅為溶蝕裂隙發育。

圖5-35高橋壩隧道DK227+520~+571段雷達剖面圖

可見,規模較小時溶蝕裂隙和溶洞并沒有本質上的差異,當溶蝕裂隙僅僅是充水裂隙時,由于裂隙周圍巖石破碎、充水,因此在裂隙上形成雷達波的強反射。發展到近隧底頂部的溶蝕裂隙,也會造成雷達波同相軸的錯亂。

二、隧道中典型干擾異常的特征

識別干擾波及目標體的地質雷達圖像特征是進行地質雷達圖像解釋的核心內容。地質雷達在探測環境條件理想的情況下,可得到清晰、易于解釋的雷達記錄,但在環境條件干擾因素較多的情況下,地質雷達在接收有效信號的同時,也不可避免地接收到各種干擾信號,產生干擾信號的原因很多,常見的干擾有地面上四周的金屬物體、地面上的架空電線、地面礫石或疏松體、地下異常的多次波等,干擾波一般都有特殊形狀,有的易于辨別和確認,而對于隧道中雷達探測來說,由于干擾源更為復雜,辨別也相對較難,具體有如下幾種情況。

(一)隨機放置金屬臺架

圖5-36為隧道內襯砌臺車干擾雷達圖像。從圖中可看出其雷達反射波呈雙曲線狀,多次反射波極強,雙曲線兩支延續寬度很大,拖著很長的尾巴,在臺車正下方雷達反射波能量最強,振幅達到最大。可見,在襯砌臺車處的雷達干擾波足以掩蓋中小型地質異常體產生的有效反射波。

圖5-36隧道內襯砌臺車干擾雷達圖像

(二)連續測量中地面不平

隧底雷達探測時,有些地段沒有鋪底,有些地段不太平整,采用連續采集方式,有時會在一定程度上影響數據質量。測量過程中由于天線的晃動、轉向、停步及經過鋪底與未鋪底地段的連接處,都會在淺部產生一些不規則的雷達圖像。因此,資料解釋中對一些不確切的雷達“異常”或明顯由于淺部產生的“異常”,應在采集中注意記錄這種情況發生的位置及地表環境條件,以排除虛假異常。

(三)襯砌非連續性施作

該種異常主要對應有兩種情況:一種情況為局部較小范圍內未襯砌而兩邊均已襯砌引起的異常,其異常形式表現為在未襯砌段出現典型的弧狀繞射波,未襯砌段中心位置為弧狀繞射的頂點向下凹陷,兩邊對稱;另一種情況為大段未襯砌環境與大段已襯砌環境的分界線,其異常形式表現為在分界線處出現典型的弧狀繞射波,分界點中心位置為弧狀繞射的頂點,分界點后未襯砌段雷達反射波同相軸整體向下凹陷,與分界點前已襯砌段同相軸形成一個臺階式錯斷,兩邊不對稱。

(四)鋼筋砼鋪底

圖5-37為隧底素砼仰拱鋪底與鋼筋砼鋪底的典型雷達圖像。其中,DK60+088~DK60+105為素仰拱鋪底,DK60+105~DK60+130為鋼筋砼鋪底,可以看出二者雷達圖像差異極大,表明隧底淺層所埋鋼筋對雷達電磁波的多次反射極為明顯,能量大振幅強,該種地段對地質雷達的干擾就較為嚴重,探測效果也要大打折扣。如果數據處理效果不明顯時,不要勉強解釋,必須結合地震單點反射等其他資料進行共同分析解釋。