基于高精雷达探测的穿越工程上覆土体变形研究

随着城市交通压力的增大，受限于有限的空间，市内各类交通设施在位置上相互叠加，之间的相互影响也越来越大，尤其在项目实施过程中，因其各种加固措施的临时性，对周边建筑物结构的危害不容 忽视。

1??工程概况

商城大道隧道工程全长西起雪峰东路西，东至春风大道东，依次穿越雪峰东路、西城北路、福田路、国贸大道、工人北路、稠州北路、福田路、商博路、春风大道（S310省道）、浙四路，全长约6?km，隧道全长5?750?m。隧道等级为一类城市交通隧道，采用明挖法施工，结构底板埋深0~19.2?m，基坑开挖最大深度27.9?m。由于施工现场位于市中心，考虑隧道开挖对周边道路及建筑物产生的影响，采用探地雷达分别对施工前后周边影响范围区域进行探查、 对比。

2??探地雷达类型及实施方案

2.1??探地雷达参数

在雷达探测作业中，根据现成情况及工程需求对雷达各项参数进行科学合理的设置是保证探测结果有效精确的重要条件。

影响雷达探测的主要因素分别为雷达波所穿介质的电导率和介电常数，以及所选雷达天线的中心频率。其中介电常数影响着传播速度、反射信号的强弱和电磁波的传播范围，电磁波的穿透深度则取决于介质的电导率大小；而雷达天线的选择取决于雷达探测物类型及深度，表1和表2分别给种出了不同种类天线所对应的不同工况和有效探测深度。

表1??不同频率天线适用对象

表2??不同频率天线最大探测深度

由于探测区域主要为受开挖影响的周边道路，考虑到穿透介质主要为路基下的各类土体，结合雷达的探测深度与精度相互影响关系，以前期现场试验效果为依据，本次探测选用瑞典MALA-ProEx型探地雷达，雷达天线选用250?MHz屏蔽式天线，道间距为0.03?m，雷达选用的主机与天线如图1、图2所示。

图1??ProEx主机

图2??250?MHz中心天线

2.2??雷达测线布置及方案

为了保证探测的全面性，避免雷达探测的疏漏，测线布置应遵循一下原则。

（1）测线布设应覆盖整个探测区域。

（2）布置测线时，应根据工程探测需要和环境因素进行布设，测线密度应保证异常的连续、完整和便于追踪。

（3）布置测线时，测线方向应避开地形及其他干扰的影响，应垂直或大角度相交于探测对象或已知异常的走向，测线长度应保证异常的完整和具有足够的异常背景。

（4） 天线移动的速度应能反映探测对象的异常。

（5）当检测区域内发现可疑异常时，需对可疑异常区域的测线加密，或采用不同频率的天线重复、重点进行探测。可疑异常位于边界附近时，应把测线适当扩展到测区外追踪异常。

为保证探测结果的全面性和时效性，雷达探测分别于施工前期、施工中期、施工后期三时段开展，每次探测测线保持相同，通过分析对比相同区域随时间线变化趋势，探究深穿开挖对上覆及周边土体影响规律，对病害土体进行评价、预警。

雷达探测目标为隧道横穿的雪峰东路、西城北路等9条马路，区域为邻近开挖区10?m范围内，测线横穿马路，平行于隧道开挖主线，测线间距3?m。

3??探测结果及对比分析

3次作业的探测有效深度为0~8?m，每次探测作业时首先对探测区域进行雷达普查（测线间距3?m），现场标识雷达图谱异常对应的实际位置，而后对初次普查雷达图谱异常区域进行二次复查，复查并标识具体位置；将前、中、后三期同位置雷达图谱进行对比，对变化明显区域进行分析。通过筛选，分别在福田路、工人北路、高博路3条道路选出3处变化明显区域，分别对应图3（A区域）、图4（B区域）、图5（C区域）。

图3??福田路A处土体变化对比（计算机截图）

图4??工人北路B处土体变化对比（计算机截图）

图5??高博路A处土体变化对比（计算机截图）

图3中A1, A2, A3分别为同一区域不同工期时段雷达探测结果，由雷达图谱可得知，施工前期A1处同相轴出现微断、不连续，能量信号波动稍显异常，可判定A1为病害土体；到施工中期A2处同相轴与能量信号异常现象稍显加重；到施工后期A3处同相轴表现为大幅错动，波形混乱，能量信号值不稳定现象有较大幅度加重。

图4中B区域施工前、中、后期雷达图谱变化情况与A区域相同，均为前期以出现病害土体，随着施工进程的推进，该区域雷达图谱同相轴错动与断开及能量信号值不稳定现象进一步加深，土体病害程度进一步趋于严重。

图5中C区域雷达图谱变化与A, B两区域大体相同，均为区域病害情况随着工程扰动的时间增长，损坏程度进一步加深；差异性在于施工前期C1处病害不明显，即工程开始时该处土体状态基本完好，C2, C3处病害情况较之相对加深，但病变程度 较小。

综合A, B, C 3处土体受下穿施工隧道影响变化规律可知：下穿隧道施工对上覆及周边土体会产生一定影响，导致土体出现疏松、空洞等病害；病变程度又基于初始土体状况而不同，当土体初始以出现病害状况，施工导致病害变化程度较严重，当初始土体无明显病害时，土体受开挖影响变化不明显，病变程度较轻。

4??结论

本文通过雷达探测对义乌商城隧道项目下穿的道路进行了工前和工后雷达探测，通过对比前后雷达图谱得出以下结论。

（1）本次探测共筛选出3处变化明显区域，通过雷达图谱解译，变化后雷达反射信号、波形、同相轴均出现异常，可判定为缺陷土体。

（2）下穿隧道施工对上覆及周边土体影响受初始土体状况不同而产生差异，病变土体受开挖影响程度更剧烈。

（3）缺陷土体均分布于地下0.7?m左右，且范围较小，对道路危害性低，可推断开挖隧道边坡加固支护有效。

（4）探地雷达在城市道路病害探查方面在保证探测方案和作业科学性的基础上，结果能满足工程 要求。