应用技术 ｌ■ 探地雷达在道路地下空洞探测中的应用 葛志广 宋俊杰１ （１．中国地质大学 北京 １０００８３： ２．教育部“地下信息探测技术与仪器”重点实验室 北京 １０００８３） ［摘 要］本文介绍了探地雷达工作原理，地下空洞的物性特征，并以实例阐述了该方法的应用效果，分析了探地雷达探测地下空洞的应用意义。 ［关键词］探地雷达 电磁波空洞 中图分类号：０４４１．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９ ９１４Ｘ（２０１０）０９ ０２８８—０１ １探地叠达工作原理 探地雷达是一种使用高频电磁波探测地下介质分布的无损探测仪器。由 一个天线发射高频宽带电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波， 通过雷达主机精确地记录下反射回波的时间、相位、振幅、波长等特征。由 于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介质的电 性质及几何形态而变化，因此通过对探地雷达图像的处理、分析，可推断异 常体的位置、埋深及空间形态。 ２地下空洞的物性特征 随着国民经济的快速增长，我国公路事业得到了长足的发展。公路的 施工质量和运行质量问题越来越引起人们的重视。 通常，路面结构层由面层，基层，垫层等组成。…面层材料一般为沥 青，基层材料为无机材料，垫层为粘土 空洞一般出现在桥涵两侧和基层与 垫层之间。而介电常数是研究路面材料性能的最重要参数之一。表１给出常 见路面材料介电常数的实部和虚部范围值。 表１常见路面材料介电常数的实部和虚部范围值【。 路面材料 舟电常数 实部 虚部 空气 ．０ ００１ 球 ８１ －０ ５ 沥青 ４ ５－－６ ．０ ０ ３５ 千熏性塾鼷 ＜Ｓ ０ ２０ 湿囊性基层 ＞Ｉ ２ ．０ ８０ 涅牯士 ＞２０ １ Ｓ０ 图１探地雷达探测图像 图２ 开挖验证的地下空洞 ２８８ ｊ科技博览 道路地下存在空洞，可引起明显的介电性差异，为探地雷达探测工作 提供了前提条件。通常，空洞较之周围介质的电阻率值高，相对介电常数小， 电磁波传播速度高，电磁波强度衰减较慢。含水空洞表现为低电阻率特征，相 对介电常数较大，电磁波传播速度较低，电磁波强度衰减较快，当空洞塌陷 后，在洞内形成破碎，疏松的堆积物，与周围介质的导电性，介电常数及地 震波传播及衰减特性同样具有不同程度的差异。 ３应用实倒 本次探地雷达探测道路区段，地下土层主要为卵石堆积物，由于前期 多次进行暗挖施工，且地下水发育，易形成空洞。 本次探测工作，采用美国ＧＳＳＩ公司研发的ＳＩＲ一２０型探地雷达。天线 主频：ＩＯＯＭＨｚ。仪器参数：分辨率为５ｐｓ，记录长度为１５０ｎｓ，输出数据格式 为８位，扫描样点数为５１２个，扫描速率范围为６４扫描／秒，增益范围为一 ２０￣＋ｌＯＯｄＢ可调，滤波高通为２５ＭＨｚ、低通为２００删Ｚ。 数据采集过程中，发现异常均打下标记，记录现场位置。在室内将野 外测量数据传输到计算机中，数据处理采用美国ＧＳＳＩ公司专门研发的地质雷 达数据处理软件ＲＡＤＡＮ６．０，进行了数据编辑、能量均衡、数字滤波、偏移处 理，展后输出探地雷达时间剖面图。 本区段道路，结构层为１８ｃｍ路厩沥青、４０ｃｍ灰石路基、３０ｃｍ灰土层。通 常根据雷达反射同相轴的变化来判断地下空洞。探地雷达剖面，纵轴显示时 间，横轴显示道路位置。探地雷达图像显示，在９７５￣９８５ｍ区段出现异常。纵 轴２５￣５０ｎｓ段出现强反射波，回波能量明显增强，８０～１２０ｎｓ出现双曲线反 射波（图１）。白色圆圈区为异常区域。依据探地雷达图像，推测本区段存在 较大规模的空洞。 在道路实际位置圈定异常区域，钻孔验证时，出现钻头下坠，经测 量，钻孔下方有空洞６ｍ深，该洞由于不断的内部塌陷，直径约为３ｍ，洞内没 有任何结构和管线，全部是由松散的沙粒和卵石组成，洞的上方距离地面已 经只有５０ｃｍ（图２），非常危险。工作人员对洞口进行了扩宽，共管注了约１２ｍ 的混凝土，随后进行沥青面层摊铺，再开展探地雷达复测，确认道路安全后， 恢复了交通正常通行。 开挖验证的地下空洞，证明了探地雷达探测道路地下空洞具有良好效 果。 结语 道路地下空洞具有隐蔽性强、突发性强、危害性大特点，已成为道路 能否安全运行的主要隐患，易引发重大交通事故。地下空洞的探测工作已 得到各地的高度重视。探地雷达技术特点：仪器简便、工作效率高、 分辨率高、抗干扰能力强、探测剖面连续、效果明显、对场地和目标无 破坏性。 因此，采用探地雷达技术，对城市主干道路，在不破坏路面和影响交 通的情况下进行快速无损探测，对保证城市道路和市政基本设施的顺利、安 全运营，保证人民群众的正常生产生活，维护城市的秩序，具有非常重要的 意义。 参考文献 ［１］粟毅，黄春琳，雷文太．探地雷达理论与应用．科学出版社．２００６． ［２］耿玉玲，贾学民等．公路路面无损检测中的探她雷达技术研究．地震 出版社．２００７． ［３］崔攀．地质雷达在市政道路地下空洞探测中的应用．科技促进发展． ２００８年． －
