探地雷達在城市工程勘察中的應用研究

劉建峰

摘要：城市建設工作快速推進的過程中，地下新老管線錯綜復雜經常對施工工作的開展產生一定程度的影響，但是城市勘測過程中常用的高密度電法以及淺層地震勘測都很容易受到場地和周圍工業的影響，因而文章從這一點出發，分析了探地雷達的應用。

關鍵詞：探地雷達;城市工程;工程勘察

探地雷達屬于原位淺層的地球物理探測技術，實際應用的過程中可以獲取較高的分辨率，獲取的信號無損，而且可以清晰實時的獲取圖像，因而在地下管線的探測以及防空洞建設中有著十分廣泛的應用，可以為后續的工程設計工作提供地球物理證據。

1 探地雷達

探地雷達也稱為地質雷達，實際應用的過程中通過地下介質可以對光譜電磁波產生不同響應，進而確定介質的分布特征，屬于地球物理技術。實際應用的過程中，探地雷達以高頻電磁理論為基礎，使用高頻寬帶短脈沖的電磁波形式作為工作方式，通過發射天線射入地下，反射回地面之后由接收天線進行接收。探地雷達要對地下介質進行有效的探索是有前提的，需要目標介質和周圍的介質之間有著明顯的介電常數差異。由于探地雷達實際應用的過程中是使用高頻電磁波在不同介質界面之間產生的反射波來進行目標探測的，所以反射脈沖的強與弱就會直接影響到地質解釋的精準度，高頻電磁波的反射系數由公式可以確定，介電常數的對比度越大，反射系數也會越大，探測效果也會更加明顯。

2 探測雷達應用

2.1 地下管線的探測

探地雷達的天線頻率對于分辨率有著最直觀的影響效果，所以開展工作之前選擇天線的具體種類就有著重要的意義。選擇天線時，電磁波頻率和介電常數越大，波長越短，分辨率就會越大。所以針對不同目標體和不同的勘探目標，也需要選擇不同的天線以獲取更好的探測效果。路基施工之后需要首先對導水溝進行切割，而路基的下面埋藏有水管，所以需要在對路基不產生負面影響的基礎上，確定水管的具體位置。地下管線探測過程中，勘測中水管和路基之間垂直，打小為0.1米，深度為0.4米，混凝土介電常數為6.5，水管介電常數中，金屬水管為300，或非金屬導管內有水和空氣，水的介電常數為81，空氣介電常數為1。數據處理的過程中，對于野外數據需要首先進行異常增強處理和信號去噪處理，然后結合雷達剖面wiggle圖以及相位等數據內容，對異常體進行篩選，最終確定管線位置。

2.2 防控洞探測

湖南某樓房的地基施工過程中發現基坑的底部出現了嚴重的灌裝漏漿以及開裂之類的問題，經調查后顯示地基下存在了防空洞，且防空洞深度為十米，且走向和位置都難以探明，因而需要首先確定防空洞的位置和走向，為后續的工作提供良好的基礎條件。當地的地基表層為一層濕土壤，介電常數為8，防空洞充滿了空氣和水，空氣介電常數為1，水的介電常數為8，可以認為存在了明顯的介電常數差，可以使用探測雷達進行探測。數據處理的過程中認為是野外探測，所以需要進行異常增強和信號去噪，根據獲取的數據圖像進行分析，進而確定地下防空洞的結構和走向。實際測量的過程中，距離測量線的起點30米處，在深度12.5米的位置發現異常，反射弧的曲線明顯增加，起點位置13米深5米處也存在夜場，推測為掩埋垃圾堆，同時存在豎直異常體推測為鋼筋籠，和防空洞結構吻合。

3 常用圖像判別法

3.1 直接解釋

直接解釋法就是指對雷達的探測原始材料進行如放大濾波之類的預處理，隨后根據資料的基本特征例如相位和反射強度等內容，結合鉆探的資料進行佐證，進而進行定量定性解釋。這一方式實際應用的過程中，獲取的資料相對更加形象直觀，因而可以有效的分析地質環境單一或者介質層面十分明顯的地質異常體。但是這一技術實際應用的過程中，如果是在復雜的地質環境下，就很容易出現資料特征復雜的問題，進而導致資料存在多解性。與此同時，這一方式的應用對于相關工作人員的經驗水平以及資料的精確性有著很高的要求和依賴性，復雜的條件下進行探測的話，不同的人經常會得出不同的結論，這樣的主觀性也限制了解釋結果的準確性。

3.2 間接解釋

間接解釋方法相對直接解釋方法來說，是使用數學物理的方法，深入的分析雷達探測資料的結構和資料，進而找出能夠充分體驗出差異的參數和特征，進而在目標識別中作為有力的依據。資料解釋的過程中，抑郁是能夠充分的反映出目標屬性的相關參數內容，這一解釋方法可以有效的解決直接解釋方法應用時的多解性和主觀性問題，針對環境復雜條件下的判別和勘測有著直觀的應用效果。但是這也僅僅停留在理論層面，實際應用的過程中周圍的環境有著多邊性，因而也需要根據條件的不同找出更加合適的分析方式。綜合來看，地下的探測目標有著十分復雜的特性，實際進行解釋的過程中局限性十分顯著，主流解釋都存在了特定的條件。而要有效的提高資料解決的可靠性，還是需要結合鉆探工作和物探工作，綜合進行解釋，進而盡量降低探測資料解釋的不確定性。

4 介質的特性特征

4.1 電學特征

建筑材料進行地質雷達測量的過程中，材料的含水量會顯著影響到測量的質量和結果，而如果通過實驗來分析介電常數和含水率之間的影響關系的話，則可以通過已得到的含水率來對介電常數進行判斷，進而進行高精度的雷達測量工作。任何的地球物理方法進行探測的過程中，都是利用介質物理性質探測性質的，探地雷達實際應用的過程中主要是以高頻電磁波作為傳播毆打基礎，進而可以通過介質中電磁波的反射折射來對介質進行有效的測量工作，最常見的物理參數是指磁導率電阻率和介電常數。不同的介質之間參數差異通常較大，即使是相同的介質，在電磁場不同的條件下也很容易表現出不同的參數性質。雷達波在地下介質中傳播的過程中，介電常數電導率和磁導率都會影響到傳播效果，因而介質的電性參數是探地雷達的主要影響因素，而決定傳播速度的主要是介電常數，電導率則要考慮電磁波衰減以及可能存在的損耗。介質磁性變化通常較小，在干擾條件下難以有效分辨，因而探地雷達實際應用的過程中多數不考慮磁導率的影響。

4.2 介電常數和含水率之間的關系

介質的含水率對于雷達信號有一定的影響，這種影響通常被認為是一種干擾，但是有時候也可以對其加以利用。水具有特殊性質，有著較高的介電常數，而同時其附加電導率又較高，所以含水介質中電磁波的傳播十分復雜，可以認為介質含水率模型是均勻的介質當中在有著較高的介電常數的基礎上加入了有著較高電導率的雜質。介質的孔隙度會決定其含水量的相對打小，如果介質飽和，則孔隙度越大含水率越高，而不飽和時介質中同時含有大量的水和空氣。隨著含水量的進一步提升，介電常數會出現遞增趨勢，而這種趨勢是非線性的，在含水量在1-4%時介電常數的變化不夠明顯，而含水量超過4%之后介電常數會隨著含水量的增加而迅速增加。含水量對于實際檢測過程有著十分直觀的影響，所以實際探測的過程中提前精確測算介電常數有著重要的意義。

5 結語

探測雷達實際進行城市工程勘察的過程中能夠有效的對防空洞的空間位置走向，以及地下管線的數量和埋深進行精準測量，測量過程是非破壞性的。實際測量的過程中，使用的天線頻率不同，也會導致分辨率不同，因而需要根據實際情況選擇天線。這一技術在城市建設工程中的應用，可以有效的避免傳統測量方法中存在的破壞性和精確性問題，對于工業干擾以及場地限制有著良好的規避效果，因而值得推廣應用。

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