探地雷達(dá)在地下防空洞勘察中的應(yīng)用

趙 龍

（1.新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊830006；2.新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊830000）

0 引言

我國許多大中城市都設(shè)有防空地道，且多分布在人口和建筑稠密區(qū)。隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)全面開展，國家和社會(huì)對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)注度不斷提高，工程地質(zhì)勘察也做得越來越詳細(xì)和全面，防空洞對工程建設(shè)及環(huán)境的影響愈來愈明顯。目前探地雷達(dá)技術(shù)在國內(nèi)道路無損檢測；板后有無脫空的質(zhì)量檢測；市政管線位置、埋深探測；堤壩、建筑場地空洞探測；地下埋設(shè)物探測、拋填體厚度、邊坡滑動(dòng)面檢測得到了廣泛應(yīng)用。

1 探地雷達(dá)特點(diǎn)及工作原理

探地雷達(dá)是利用高頻、甚至高頻或超高頻電磁波的反射來探測有電性差異的界面或目標(biāo)體的一種非接觸式無破損物探技術(shù)。具有快捷、方便、高精度、高分辨率，且不破壞探測目標(biāo)體等特點(diǎn)。

地質(zhì)雷達(dá)的探測原理與大家所熟悉的探空雷達(dá)相似，即從T點(diǎn)向地下發(fā)射一定強(qiáng)度的高頻電磁脈沖波，如圖1，電磁波在地下傳播的過程中遇到電阻率和介電常數(shù)的差異分界面時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反射波，被接收天線R所接受，電腦和儀器控制并接收傳回的地下反射波的信息，在電腦中存儲(chǔ)每一測點(diǎn)上波形序列的振幅及波的傳播時(shí)間t=其中z為反射深度(m)，v為波速(m/ns)，x為收發(fā)距(m))。通過對接收的反射波進(jìn)行校正、疊加、濾波和偏移等處理；根據(jù)介質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率不同確定介質(zhì)中電磁波傳播速度。由于不同的地質(zhì)介質(zhì)之間存在電磁性差異，這種電磁性差異不僅會(huì)引起電場波的反射，而且還會(huì)使電磁波發(fā)生衰減并引起相位等特征發(fā)生變化。根據(jù)所獲得的地質(zhì)雷達(dá)剖面的反射波同相軸特征、能量衰減、相位變化等信息，便可查明目的體的位置和形狀。

圖1 探地雷達(dá)工作原理示意圖

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 測區(qū)概況

該測區(qū)擬建建筑，在前期的工勘察中發(fā)現(xiàn)一條20世紀(jì)70年代的地下防空洞位于擬建建筑物場地的中部靠近東北邊緣范圍內(nèi)，頂板埋深2-17m，可見洞口，全長約200m，洞體主要由磚砌而成。整個(gè)地下洞室主要由主洞及支洞組成，主要分為三段。主洞高度、寬度基本一致，前半段皆為單洞，支洞主要分布在后半段，沿主洞左右開挖，延伸在10-25m之間，當(dāng)前洞室基本穩(wěn)固。本次勘探的目的是查明本場地地下防空洞的空間分布特征，以便為工程設(shè)計(jì)提供詳盡的科學(xué)依據(jù)。

第一段：入洞口漸深段，基本呈單一緩坡，平均坡度10度，坡長28.0m，水平距離27.6m，起終點(diǎn)相對高差5m，終點(diǎn)處洞頂距地面2.8m，洞底距地面5m；

第二段：同上為下降坡段，但從縱向變化上分為兩小部分：第一部分為單一緩坡，坡長28m，平均坡度25度左右，水平距離25.4m，起終點(diǎn)相對高差12m；終點(diǎn)處洞頂距地面14.8m，洞底距地面17m；第二部分為水平洞，長度8m；

第三段：水平直洞段，直至擬建場地邊緣，長50.0m，洞頂距地面14.8m，洞底距地面17.0m。

圖2 防空洞地質(zhì)雷達(dá)平面布置示意圖

根據(jù)場地鉆探和實(shí)地觀察，擬建區(qū)域深度20m范圍內(nèi)均為圓礫地層，處于稍濕狀態(tài)，地表地形相對較為平整，20m深度范圍內(nèi)無地下水。由于不同介質(zhì)的介電常數(shù)不同，也就具有了不同的電磁波傳播特性；基于此，地下防空洞與其周圍介質(zhì)存在的明顯的介電常數(shù)的差異就為地質(zhì)雷達(dá)探測提供了有利的前提條件。

2.2 雷達(dá)探測成果

地質(zhì)雷達(dá)是一種較為先進(jìn)的物探儀器，其原理是通過多頻段反射的原理探測地表以下不同介質(zhì)的分布和差異性。我們所使用的是美國勞雷公司提供的SIR-2000型探地雷達(dá)，天線主頻為40~20MH。

由于防空洞上方有大量的建筑物存在，地質(zhì)雷達(dá)作業(yè)存在一定的困難，基于現(xiàn)場實(shí)際情況，在地表共布置了三條地質(zhì)雷達(dá)剖面P1、P2、P3。

從P1、P2、P3三剖面圖中均可以明顯看出地下防空洞的存在和相對位置，洞體大部分埋藏相對較深，形狀相對規(guī)則，深度與實(shí)際測量結(jié)果較吻合（剖面圖中紅色圓圈圈定部位為防空洞），達(dá)到了既定的目的要求。

圖3 P1地質(zhì)雷達(dá)剖面

圖4 P2地質(zhì)雷達(dá)剖面

圖5 P3地質(zhì)雷達(dá)剖面

3 結(jié)論

地質(zhì)雷達(dá)勘探具有使用方便、高精度等優(yōu)點(diǎn)，是國內(nèi)外得到十分廣泛的應(yīng)用，從文中的應(yīng)用實(shí)例來看利用探地雷達(dá)可以取得較好的探測效果，綜合本次研究，得出以下結(jié)論。

（1）本次地質(zhì)雷達(dá)的探測范圍子啊25m的范圍以內(nèi)，對于地下硐室探測精度較高，對于深層的探測結(jié)果還需進(jìn)一步研究。

（2）探地雷達(dá)具有易于操作和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，此次勘察場地中未見高壓線等強(qiáng)磁物體，雷達(dá)的探測結(jié)果未受干擾。

（3）從后期施工單位開挖的基礎(chǔ)基坑內(nèi)對本次的雷達(dá)探測結(jié)果進(jìn)行了比對，地下硐室的實(shí)際狀況與此次勘探結(jié)果基本吻合，進(jìn)一步驗(yàn)證了探地雷達(dá)在地下硐室方面的有效性。

［1］交通部第一公路勘察設(shè)計(jì)院.JTGC20-2011公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2011.

［2］趙龍,馮哲.地質(zhì)雷達(dá)在國道314線橋位地質(zhì)勘探中的應(yīng)用[J].山西建筑,2009.

［3］常士彪,主編.工程地質(zhì)手冊[M].4版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007..