探地雷达在地下防空洞勘察中的应用

赵 龙

（1.新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院，新疆 乌鲁木齐830006；2.新疆交通职业技术学院，新疆 乌鲁木齐830000）

0 引言

我国许多大中城市都设有防空地道，且多分布在人口和建筑稠密区。随着国家经济建设全面开展，国家和社会对基础设施建设的关注度不断提高，工程地质勘察也做得越来越详细和全面，防空洞对工程建设及环境的影响愈来愈明显。目前探地雷达技术在国内道路无损检测；板后有无脱空的质量检测；市政管线位置、埋深探测；堤坝、建筑场地空洞探测；地下埋设物探测、抛填体厚度、边坡滑动面检测得到了广泛应用。

1 探地雷达特点及工作原理

探地雷达是利用高频、甚至高频或超高频电磁波的反射来探测有电性差异的界面或目标体的一种非接触式无破损物探技术。具有快捷、方便、高精度、高分辨率，且不破坏探测目标体等特点。

地质雷达的探测原理与大家所熟悉的探空雷达相似，即从T点向地下发射一定强度的高频电磁脉冲波，如图1，电磁波在地下传播的过程中遇到电阻率和介电常数的差异分界面时，就会产生反射波，被接收天线R所接受，电脑和仪器控制并接收传回的地下反射波的信息，在电脑中存储每一测点上波形序列的振幅及波的传播时间t=其中z为反射深度(m)，v为波速(m/ns)，x为收发距(m))。通过对接收的反射波进行校正、叠加、滤波和偏移等处理；根据介质的介电常数和电导率不同确定介质中电磁波传播速度。由于不同的地质介质之间存在电磁性差异，这种电磁性差异不仅会引起电场波的反射，而且还会使电磁波发生衰减并引起相位等特征发生变化。根据所获得的地质雷达剖面的反射波同相轴特征、能量衰减、相位变化等信息，便可查明目的体的位置和形状。

图1 探地雷达工作原理示意图

2 应用实例

2.1 测区概况

该测区拟建建筑，在前期的工勘察中发现一条20世纪70年代的地下防空洞位于拟建建筑物场地的中部靠近东北边缘范围内，顶板埋深2-17m，可见洞口，全长约200m，洞体主要由砖砌而成。整个地下洞室主要由主洞及支洞组成，主要分为三段。主洞高度、宽度基本一致，前半段皆为单洞，支洞主要分布在后半段，沿主洞左右开挖，延伸在10-25m之间，当前洞室基本稳固。本次勘探的目的是查明本场地地下防空洞的空间分布特征，以便为工程设计提供详尽的科学依据。

第一段：入洞口渐深段，基本呈单一缓坡，平均坡度10度，坡长28.0m，水平距离27.6m，起终点相对高差5m，终点处洞顶距地面2.8m，洞底距地面5m；

第二段：同上为下降坡段，但从纵向变化上分为两小部分：第一部分为单一缓坡，坡长28m，平均坡度25度左右，水平距离25.4m，起终点相对高差12m；终点处洞顶距地面14.8m，洞底距地面17m；第二部分为水平洞，长度8m；

第三段：水平直洞段，直至拟建场地边缘，长50.0m，洞顶距地面14.8m，洞底距地面17.0m。

图2 防空洞地质雷达平面布置示意图

根据场地钻探和实地观察，拟建区域深度20m范围内均为圆砾地层，处于稍湿状态，地表地形相对较为平整，20m深度范围内无地下水。由于不同介质的介电常数不同，也就具有了不同的电磁波传播特性；基于此，地下防空洞与其周围介质存在的明显的介电常数的差异就为地质雷达探测提供了有利的前提条件。

2.2 雷达探测成果

地质雷达是一种较为先进的物探仪器，其原理是通过多频段反射的原理探测地表以下不同介质的分布和差异性。我们所使用的是美国劳雷公司提供的SIR-2000型探地雷达，天线主频为40~20MH。

由于防空洞上方有大量的建筑物存在，地质雷达作业存在一定的困难，基于现场实际情况，在地表共布置了三条地质雷达剖面P1、P2、P3。

从P1、P2、P3三剖面图中均可以明显看出地下防空洞的存在和相对位置，洞体大部分埋藏相对较深，形状相对规则，深度与实际测量结果较吻合（剖面图中红色圆圈圈定部位为防空洞），达到了既定的目的要求。

图3 P1地质雷达剖面

图4 P2地质雷达剖面

图5 P3地质雷达剖面

3 结论

地质雷达勘探具有使用方便、高精度等优点，是国内外得到十分广泛的应用，从文中的应用实例来看利用探地雷达可以取得较好的探测效果，综合本次研究，得出以下结论。

（1）本次地质雷达的探测范围子啊25m的范围以内，对于地下硐室探测精度较高，对于深层的探测结果还需进一步研究。

（2）探地雷达具有易于操作和抗干扰能力强等特点，此次勘察场地中未见高压线等强磁物体，雷达的探测结果未受干扰。

（3）从后期施工单位开挖的基础基坑内对本次的雷达探测结果进行了比对，地下硐室的实际状况与此次勘探结果基本吻合，进一步验证了探地雷达在地下硐室方面的有效性。

［1］交通部第一公路勘察设计院.JTGC20-2011公路工程地质勘察规范[S].北京:人民交通出版社,2011.

［2］赵龙,冯哲.地质雷达在国道314线桥位地质勘探中的应用[J].山西建筑,2009.

［3］常士彪,主编.工程地质手册[M].4版.北京:中国建筑工业出版社,2007..