探地雷達(dá)對地下防空洞的探測研究

谷 松

（遼寧地質(zhì)工程職業(yè)學(xué)院，遼寧丹東 118008）

探地雷達(dá)對地下防空洞的探測研究

谷 松

（遼寧地質(zhì)工程職業(yè)學(xué)院，遼寧丹東 118008）

本文簡述了探地雷達(dá)技術(shù)的基本原理及其在阜新高德東山探測防空洞的應(yīng)用。

地質(zhì)雷達(dá)；防空洞；介電常數(shù)

較大規(guī)模防空洞洞體頂部介質(zhì)承載能力相對較弱，在上部荷載作用下，通常會形成局部下沉，甚至塌陷，給工程帶來隱患。要有效治理防空洞隱患，就必須從研究防空洞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造入手。

1 防空洞特征

防空洞結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：（1）洞徑較大，在洞中心部位一般為較大洞室，而洞體通道截面不小于0.5m 0.5m。（2）穴道密布，防空洞通常密集分布于某一區(qū)域。（3）穴道走向變化頻繁，當(dāng)探測線距較大時，則很難推斷異常之間的連續(xù)關(guān)系。（4）防空洞的地下通道網(wǎng)絡(luò)狀分布，增加了探測難度。（5）防空洞實(shí)際上是充滿空氣的近于水平的不規(guī)則柱狀體，空氣的物性參數(shù)與土體物性參數(shù)存在明顯差異。如防空洞通道有部分崩塌，其內(nèi)部土體也很疏松、含水量極低，原地道上覆土層被擾動跡象明顯。

當(dāng)前應(yīng)用于是探測防空洞的檢測方法主要有：常規(guī)視電阻率測深法、高密度電法、自然電場法、淺層地震方法、探地雷達(dá)方法等。其中電法勘探、淺層地震勘探等常受到干擾和場地條件的制約,應(yīng)用范圍和精度等存在不足。根據(jù)防空洞介質(zhì)、防空洞結(jié)構(gòu)特征和探測防空洞場地作業(yè)條件等綜合考慮，首選探地雷達(dá)進(jìn)行地下防空洞無損檢測。

2 探地雷達(dá)探測原理及方法

2.1 探地雷達(dá)探測原理

探地雷達(dá)利用主頻為數(shù)十至數(shù)千MHz高頻電磁波,以寬頻帶短脈沖形式由地面發(fā)射天線送入地下，又被地下介質(zhì)界面反射后返回地面，由另一天線接收。電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強(qiáng)度與波形將隨著所能過的介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化。因此根據(jù)接收到的旅行時（雙程走時）、幅度與波形資料，通過圖像處理和分析，可推斷地下界面或目標(biāo)體的空間位置或結(jié)構(gòu)［1］。

探地雷達(dá)測量的是地下界面反射波的走時，為了獲取地下界面的深度,必須要有介質(zhì)的電磁波傳播速度v值為：

式中c為真空中電磁波傳播速度，c=0.3m/ns；εr為相對介電常數(shù)。上式表明大多數(shù)非導(dǎo)電、非磁性介質(zhì)電磁波傳播速度 主要取決于介質(zhì)的介電常數(shù)[2]。

如果知道介質(zhì)的介電常數(shù)，從雷達(dá)剖面圖上可以直接讀出電磁波的雙程走時，就可以利用公式（3）求得反射界面的深度D，確定地下界面的空間分布及分層情況。

2.2 探地雷達(dá)探測方法

(1)使用儀器

本次探測選用意大利出產(chǎn)的IDS-2Ka型探地雷達(dá)探測系統(tǒng)。

(2)天線選擇

本次勘查目標(biāo)體深度不確定，根據(jù)電磁波理論可知探地雷達(dá)的探測分辨率以及探測的深度與天線的主頻率有關(guān)，即在相同的地質(zhì)條件下主頻率越高，探測的分辨率愈高,其探測深度也愈淺,而且只有當(dāng)被探測目標(biāo)體的尺寸不小于所激發(fā)主頻率的電磁波半個波長時才能夠分辨出來[2～7]。為排除場地高壓線的干擾,根據(jù)場區(qū)的地質(zhì)條件、探測目的和臨場試驗(yàn)，探測采用主頻率為400MHz。

(3)參數(shù)設(shè)置

時窗選擇：160ns、300ns

采樣率：512

軟件：IDSGRESWIN2.0

野外的布線：探地雷達(dá)對建筑地基進(jìn)行橫向和豎向掃描，把掃描所獲得的信息去除開始時間和背景噪聲；進(jìn)行頻率域的帶通濾波，線性增益和平滑增益等圖像處理，得到清晰的雷達(dá)剖面圖。

3 工程實(shí)例與分析

阜新高德東山擬建住宅樓，開槽過程中，發(fā)現(xiàn)了地下防空洞。由于無任何圖紙資料可查，防空洞的分布范圍、規(guī)模、延伸方向不明。通過探地雷達(dá)探測，找到了防空洞所在的具體位置，為建筑施工提供了所需的資料。

經(jīng)開挖驗(yàn)證：地下防空洞埋藏于地面以下約0.5 m處，周圍介質(zhì)均為土體,通道寬約1.2m，基本完好，部分防空洞被土回填。證明探地雷達(dá)能夠有效找到地下空洞，查明其分布位置，為工程建設(shè)提供可靠地下信息。

4 結(jié)語

地質(zhì)雷達(dá)作為一種新型勘測手段，越來越多地應(yīng)用于各工程領(lǐng)域。地質(zhì)雷達(dá)探測廢舊地下防空洞有明顯的應(yīng)用效果。地質(zhì)雷達(dá)的地質(zhì)解釋模型需進(jìn)一步完善。

［1］劉傳孝.探地雷達(dá)空洞探測機(jī)理研究及應(yīng)用實(shí)例分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2000，19(2)：238～241.

[2]李大心.探地雷達(dá)方法及應(yīng)用[M].北京:地質(zhì)出版社, 1994: 27～63.

[3]李偉和，邱慶程.地質(zhì)雷達(dá)在不同巖性介質(zhì)中的應(yīng)用[J].物探與化探，2001，25(4): 312～315.

[4]葉 琛. RIS-K2型探地雷達(dá)系統(tǒng)及應(yīng)用[J].市政技術(shù)，2005，23(6): 362～370.YE Chen.

[5]胡曉光.探地雷達(dá)在工程地質(zhì)勘察中查尋土洞的應(yīng)用效果[J].物探與化探, 1994，18(6).

[6]蘭樟松，張虎生，張炎孫等.淺淡地質(zhì)雷達(dá)在工程勘察中的干擾因素及圖像特征[J].物探與化探，2000，24(5): 387～390.

Study on the Ground Penetrating Radar Detecting Air-raid Shelter

GU Song
(Liaoning Geology Engineering Vocational College; Dandong, Liaoning 118008)

Based on Ground Penetrating Radar (GPR) technology application, the paper summarizes the basic working principle of the GPR and its application on detecting the air-raid shelter in the Gaode Dongshan, Fuxin City. By positioning the goal body, the GPR technology can survey air-raid shelter accurate position. Furthermore, the GPR technology can provide the technical support to effectively safeguard underground constructs.

Ground Penetrating Radar;Air-raid shelter;Dielectric constant

P631.2+22

A

1007-1903（2011）03-0047-02

谷 松，女(1970—)，工程師，主要從事礦產(chǎn)普查與勘探和工程物理勘探的教學(xué)和科研工作。Email：gusong1818@163.com