探地雷达在城市工程勘察中的应用研究

刘建峰

摘要：城市建设工作快速推进的过程中，地下新老管线错综复杂经常对施工工作的开展产生一定程度的影响，但是城市勘测过程中常用的高密度电法以及浅层地震勘测都很容易受到场地和周围工业的影响，因而文章从这一点出发，分析了探地雷达的应用。

关键词：探地雷达;城市工程;工程勘察

探地雷达属于原位浅层的地球物理探测技术，实际应用的过程中可以获取较高的分辨率，获取的信号无损，而且可以清晰实时的获取图像，因而在地下管线的探测以及防空洞建设中有着十分广泛的应用，可以为后续的工程设计工作提供地球物理证据。

1 探地雷达

探地雷达也称为地质雷达，实际应用的过程中通过地下介质可以对光谱电磁波产生不同响应，进而确定介质的分布特征，属于地球物理技术。实际应用的过程中，探地雷达以高频电磁理论为基础，使用高频宽带短脉冲的电磁波形式作为工作方式，通过发射天线射入地下，反射回地面之后由接收天线进行接收。探地雷达要对地下介质进行有效的探索是有前提的，需要目标介质和周围的介质之间有着明显的介电常数差异。由于探地雷达实际应用的过程中是使用高频电磁波在不同介质界面之间产生的反射波来进行目标探测的，所以反射脉冲的强与弱就会直接影响到地质解释的精准度，高频电磁波的反射系数由公式可以确定，介电常数的对比度越大，反射系数也会越大，探测效果也会更加明显。

2 探测雷达应用

2.1 地下管线的探测

探地雷达的天线频率对于分辨率有着最直观的影响效果，所以开展工作之前选择天线的具体种类就有着重要的意义。选择天线时，电磁波频率和介电常数越大，波长越短，分辨率就会越大。所以针对不同目标体和不同的勘探目标，也需要选择不同的天线以获取更好的探测效果。路基施工之后需要首先对导水沟进行切割，而路基的下面埋藏有水管，所以需要在对路基不产生负面影响的基础上，确定水管的具体位置。地下管线探测过程中，勘测中水管和路基之间垂直，打小为0.1米，深度为0.4米，混凝土介电常数为6.5，水管介电常数中，金属水管为300，或非金属导管内有水和空气，水的介电常数为81，空气介电常数为1。数据处理的过程中，对于野外数据需要首先进行异常增强处理和信号去噪处理，然后结合雷达剖面wiggle图以及相位等数据内容，对异常体进行筛选，最终确定管线位置。

2.2 防控洞探测

湖南某楼房的地基施工过程中发现基坑的底部出现了严重的灌装漏浆以及开裂之类的问题，经调查后显示地基下存在了防空洞，且防空洞深度为十米，且走向和位置都难以探明，因而需要首先确定防空洞的位置和走向，为后续的工作提供良好的基础条件。当地的地基表层为一层湿土壤，介电常数为8，防空洞充满了空气和水，空气介电常数为1，水的介电常数为8，可以认为存在了明显的介电常数差，可以使用探测雷达进行探测。数据处理的过程中认为是野外探测，所以需要进行异常增强和信号去噪，根据获取的数据图像进行分析，进而确定地下防空洞的结构和走向。实际测量的过程中，距离测量线的起点30米处，在深度12.5米的位置发现异常，反射弧的曲线明显增加，起点位置13米深5米处也存在夜场，推测为掩埋垃圾堆，同时存在竖直异常体推测为钢筋笼，和防空洞结构吻合。

3 常用图像判别法

3.1 直接解释

直接解释法就是指对雷达的探测原始材料进行如放大滤波之类的预处理，随后根据资料的基本特征例如相位和反射强度等内容，结合钻探的资料进行佐证，进而进行定量定性解释。这一方式实际应用的过程中，获取的资料相对更加形象直观，因而可以有效的分析地质环境单一或者介质层面十分明显的地质异常体。但是这一技术实际应用的过程中，如果是在复杂的地质环境下，就很容易出现资料特征复杂的问题，进而导致资料存在多解性。与此同时，这一方式的应用对于相关工作人员的经验水平以及资料的精确性有着很高的要求和依赖性，复杂的条件下进行探测的话，不同的人经常会得出不同的结论，这样的主观性也限制了解释结果的准确性。

3.2 间接解释

间接解释方法相对直接解释方法来说，是使用数学物理的方法，深入的分析雷达探测资料的结构和资料，进而找出能够充分体验出差异的参数和特征，进而在目标识别中作为有力的依据。资料解释的过程中，抑郁是能够充分的反映出目标属性的相关参数内容，这一解释方法可以有效的解决直接解释方法应用时的多解性和主观性问题，针对环境复杂条件下的判别和勘测有着直观的应用效果。但是这也仅仅停留在理论层面，实际应用的过程中周圍的环境有着多边性，因而也需要根据条件的不同找出更加合适的分析方式。综合来看，地下的探测目标有着十分复杂的特性，实际进行解释的过程中局限性十分显著，主流解释都存在了特定的条件。而要有效的提高资料解决的可靠性，还是需要结合钻探工作和物探工作，综合进行解释，进而尽量降低探测资料解释的不确定性。

4 介质的特性特征

4.1 电学特征

建筑材料进行地质雷达测量的过程中，材料的含水量会显著影响到测量的质量和结果，而如果通过实验来分析介电常数和含水率之间的影响关系的话，则可以通过已得到的含水率来对介电常数进行判断，进而进行高精度的雷达测量工作。任何的地球物理方法进行探测的过程中，都是利用介质物理性质探测性质的，探地雷达实际应用的过程中主要是以高频电磁波作为传播殴打基础，进而可以通过介质中电磁波的反射折射来对介质进行有效的测量工作，最常见的物理参数是指磁导率电阻率和介电常数。不同的介质之间参数差异通常较大，即使是相同的介质，在电磁场不同的条件下也很容易表现出不同的参数性质。雷达波在地下介质中传播的过程中，介电常数电导率和磁导率都会影响到传播效果，因而介质的电性参数是探地雷达的主要影响因素，而决定传播速度的主要是介电常数，电导率则要考虑电磁波衰减以及可能存在的损耗。介质磁性变化通常较小，在干扰条件下难以有效分辨，因而探地雷达实际应用的过程中多数不考虑磁导率的影响。

4.2 介电常数和含水率之间的关系

介质的含水率对于雷达信号有一定的影响，这种影响通常被认为是一种干扰，但是有时候也可以对其加以利用。水具有特殊性质，有着较高的介电常数，而同时其附加电导率又较高，所以含水介质中电磁波的传播十分复杂，可以认为介质含水率模型是均匀的介质当中在有着较高的介电常数的基础上加入了有着较高电导率的杂质。介质的孔隙度会决定其含水量的相对打小，如果介质饱和，则孔隙度越大含水率越高，而不饱和时介质中同时含有大量的水和空气。随着含水量的进一步提升，介电常数会出现递增趋势，而这种趋势是非线性的，在含水量在1-4%时介电常数的变化不够明显，而含水量超过4%之后介电常数会随着含水量的增加而迅速增加。含水量对于实际检测过程有着十分直观的影响，所以实际探测的过程中提前精确测算介电常数有着重要的意义。

5 结语

探测雷达实际进行城市工程勘察的过程中能够有效的对防空洞的空间位置走向，以及地下管线的数量和埋深进行精准测量，测量过程是非破坏性的。实际测量的过程中，使用的天线频率不同，也会导致分辨率不同，因而需要根据实际情况选择天线。这一技术在城市建设工程中的应用，可以有效的避免传统测量方法中存在的破坏性和精确性问题，对于工业干扰以及场地限制有着良好的规避效果，因而值得推广应用。

参考文献：

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