探地雷達(dá)在城市工程勘察中的應(yīng)用研究

劉建峰

摘要：城市建設(shè)工作快速推進(jìn)的過(guò)程中，地下新老管線錯(cuò)綜復(fù)雜經(jīng)常對(duì)施工工作的開(kāi)展產(chǎn)生一定程度的影響，但是城市勘測(cè)過(guò)程中常用的高密度電法以及淺層地震勘測(cè)都很容易受到場(chǎng)地和周?chē)I(yè)的影響，因而文章從這一點(diǎn)出發(fā)，分析了探地雷達(dá)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：探地雷達(dá);城市工程;工程勘察

探地雷達(dá)屬于原位淺層的地球物理探測(cè)技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中可以獲取較高的分辨率，獲取的信號(hào)無(wú)損，而且可以清晰實(shí)時(shí)的獲取圖像，因而在地下管線的探測(cè)以及防空洞建設(shè)中有著十分廣泛的應(yīng)用，可以為后續(xù)的工程設(shè)計(jì)工作提供地球物理證據(jù)。

1 探地雷達(dá)

探地雷達(dá)也稱(chēng)為地質(zhì)雷達(dá)，實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中通過(guò)地下介質(zhì)可以對(duì)光譜電磁波產(chǎn)生不同響應(yīng)，進(jìn)而確定介質(zhì)的分布特征，屬于地球物理技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，探地雷達(dá)以高頻電磁理論為基礎(chǔ)，使用高頻寬帶短脈沖的電磁波形式作為工作方式，通過(guò)發(fā)射天線射入地下，反射回地面之后由接收天線進(jìn)行接收。探地雷達(dá)要對(duì)地下介質(zhì)進(jìn)行有效的探索是有前提的，需要目標(biāo)介質(zhì)和周?chē)慕橘|(zhì)之間有著明顯的介電常數(shù)差異。由于探地雷達(dá)實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中是使用高頻電磁波在不同介質(zhì)界面之間產(chǎn)生的反射波來(lái)進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)的，所以反射脈沖的強(qiáng)與弱就會(huì)直接影響到地質(zhì)解釋的精準(zhǔn)度，高頻電磁波的反射系數(shù)由公式可以確定，介電常數(shù)的對(duì)比度越大，反射系數(shù)也會(huì)越大，探測(cè)效果也會(huì)更加明顯。

2 探測(cè)雷達(dá)應(yīng)用

2.1 地下管線的探測(cè)

探地雷達(dá)的天線頻率對(duì)于分辨率有著最直觀的影響效果，所以開(kāi)展工作之前選擇天線的具體種類(lèi)就有著重要的意義。選擇天線時(shí)，電磁波頻率和介電常數(shù)越大，波長(zhǎng)越短，分辨率就會(huì)越大。所以針對(duì)不同目標(biāo)體和不同的勘探目標(biāo)，也需要選擇不同的天線以獲取更好的探測(cè)效果。路基施工之后需要首先對(duì)導(dǎo)水溝進(jìn)行切割，而路基的下面埋藏有水管，所以需要在對(duì)路基不產(chǎn)生負(fù)面影響的基礎(chǔ)上，確定水管的具體位置。地下管線探測(cè)過(guò)程中，勘測(cè)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(shù)為6.5，水管介電常數(shù)中，金屬水管為300，或非金屬導(dǎo)管內(nèi)有水和空氣，水的介電常數(shù)為81，空氣介電常數(shù)為1。數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，對(duì)于野外數(shù)據(jù)需要首先進(jìn)行異常增強(qiáng)處理和信號(hào)去噪處理，然后結(jié)合雷達(dá)剖面wiggle圖以及相位等數(shù)據(jù)內(nèi)容，對(duì)異常體進(jìn)行篩選，最終確定管線位置。

2.2 防控洞探測(cè)

湖南某樓房的地基施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)基坑的底部出現(xiàn)了嚴(yán)重的灌裝漏漿以及開(kāi)裂之類(lèi)的問(wèn)題，經(jīng)調(diào)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(xù)的工作提供良好的基礎(chǔ)條件。當(dāng)?shù)氐牡鼗韺訛橐粚訚裢寥?，介電常?shù)為8，防空洞充滿了空氣和水，空氣介電常數(shù)為1，水的介電常數(shù)為8，可以認(rèn)為存在了明顯的介電常數(shù)差，可以使用探測(cè)雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)。數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中認(rèn)為是野外探測(cè)，所以需要進(jìn)行異常增強(qiáng)和信號(hào)去噪，根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行分析，進(jìn)而確定地下防空洞的結(jié)構(gòu)和走向。實(shí)際測(cè)量的過(guò)程中，距離測(cè)量線的起點(diǎn)30米處，在深度12.5米的位置發(fā)現(xiàn)異常，反射弧的曲線明顯增加，起點(diǎn)位置13米深5米處也存在夜場(chǎng)，推測(cè)為掩埋垃圾堆，同時(shí)存在豎直異常體推測(cè)為鋼筋籠，和防空洞結(jié)構(gòu)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(duì)雷達(dá)的探測(cè)原始材料進(jìn)行如放大濾波之類(lèi)的預(yù)處理，隨后根據(jù)資料的基本特征例如相位和反射強(qiáng)度等內(nèi)容，結(jié)合鉆探的資料進(jìn)行佐證，進(jìn)而進(jìn)行定量定性解釋。這一方式實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，獲取的資料相對(duì)更加形象直觀，因而可以有效的分析地質(zhì)環(huán)境單一或者介質(zhì)層面十分明顯的地質(zhì)異常體。但是這一技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，如果是在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下，就很容易出現(xiàn)資料特征復(fù)雜的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致資料存在多解性。與此同時(shí)，這一方式的應(yīng)用對(duì)于相關(guān)工作人員的經(jīng)驗(yàn)水平以及資料的精確性有著很高的要求和依賴(lài)性，復(fù)雜的條件下進(jìn)行探測(cè)的話，不同的人經(jīng)常會(huì)得出不同的結(jié)論，這樣的主觀性也限制了解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2 間接解釋

間接解釋方法相對(duì)直接解釋方法來(lái)說(shuō)，是使用數(shù)學(xué)物理的方法，深入的分析雷達(dá)探測(cè)資料的結(jié)構(gòu)和資料，進(jìn)而找出能夠充分體驗(yàn)出差異的參數(shù)和特征，進(jìn)而在目標(biāo)識(shí)別中作為有力的依據(jù)。資料解釋的過(guò)程中，抑郁是能夠充分的反映出目標(biāo)屬性的相關(guān)參數(shù)內(nèi)容，這一解釋方法可以有效的解決直接解釋方法應(yīng)用時(shí)的多解性和主觀性問(wèn)題，針對(duì)環(huán)境復(fù)雜條件下的判別和勘測(cè)有著直觀的應(yīng)用效果。但是這也僅僅停留在理論層面，實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中周?chē)沫h(huán)境有著多邊性，因而也需要根據(jù)條件的不同找出更加合適的分析方式。綜合來(lái)看，地下的探測(cè)目標(biāo)有著十分復(fù)雜的特性，實(shí)際進(jìn)行解釋的過(guò)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(jié)合鉆探工作和物探工作，綜合進(jìn)行解釋?zhuān)M(jìn)而盡量降低探測(cè)資料解釋的不確定性。

4 介質(zhì)的特性特征

4.1 電學(xué)特征

建筑材料進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)測(cè)量的過(guò)程中，材料的含水量會(huì)顯著影響到測(cè)量的質(zhì)量和結(jié)果，而如果通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)分析介電常數(shù)和含水率之間的影響關(guān)系的話，則可以通過(guò)已得到的含水率來(lái)對(duì)介電常數(shù)進(jìn)行判斷，進(jìn)而進(jìn)行高精度的雷達(dá)測(cè)量工作。任何的地球物理方法進(jìn)行探測(cè)的過(guò)程中，都是利用介質(zhì)物理性質(zhì)探測(cè)性質(zhì)的，探地雷達(dá)實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中主要是以高頻電磁波作為傳播毆打基礎(chǔ)，進(jìn)而可以通過(guò)介質(zhì)中電磁波的反射折射來(lái)對(duì)介質(zhì)進(jìn)行有效的測(cè)量工作，最常見(jiàn)的物理參數(shù)是指磁導(dǎo)率電阻率和介電常數(shù)。不同的介質(zhì)之間參數(shù)差異通常較大，即使是相同的介質(zhì)，在電磁場(chǎng)不同的條件下也很容易表現(xiàn)出不同的參數(shù)性質(zhì)。雷達(dá)波在地下介質(zhì)中傳播的過(guò)程中，介電常數(shù)電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率都會(huì)影響到傳播效果，因而介質(zhì)的電性參數(shù)是探地雷達(dá)的主要影響因素，而決定傳播速度的主要是介電常數(shù)，電導(dǎo)率則要考慮電磁波衰減以及可能存在的損耗。介質(zhì)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(dá)實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中多數(shù)不考慮磁導(dǎo)率的影響。

4.2 介電常數(shù)和含水率之間的關(guān)系

介質(zhì)的含水率對(duì)于雷達(dá)信號(hào)有一定的影響，這種影響通常被認(rèn)為是一種干擾，但是有時(shí)候也可以對(duì)其加以利用。水具有特殊性質(zhì)，有著較高的介電常數(shù)，而同時(shí)其附加電導(dǎo)率又較高，所以含水介質(zhì)中電磁波的傳播十分復(fù)雜，可以認(rèn)為介質(zhì)含水率模型是均勻的介質(zhì)當(dāng)中在有著較高的介電常數(shù)的基礎(chǔ)上加入了有著較高電導(dǎo)率的雜質(zhì)。介質(zhì)的孔隙度會(huì)決定其含水量的相對(duì)打小，如果介質(zhì)飽和，則孔隙度越大含水率越高，而不飽和時(shí)介質(zhì)中同時(shí)含有大量的水和空氣。隨著含水量的進(jìn)一步提升，介電常數(shù)會(huì)出現(xiàn)遞增趨勢(shì)，而這種趨勢(shì)是非線性的，在含水量在1-4%時(shí)介電常數(shù)的變化不夠明顯，而含水量超過(guò)4%之后介電常數(shù)會(huì)隨著含水量的增加而迅速增加。含水量對(duì)于實(shí)際檢測(cè)過(guò)程有著十分直觀的影響，所以實(shí)際探測(cè)的過(guò)程中提前精確測(cè)算介電常數(shù)有著重要的意義。

5 結(jié)語(yǔ)

探測(cè)雷達(dá)實(shí)際進(jìn)行城市工程勘察的過(guò)程中能夠有效的對(duì)防空洞的空間位置走向，以及地下管線的數(shù)量和埋深進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，測(cè)量過(guò)程是非破壞性的。實(shí)際測(cè)量的過(guò)程中，使用的天線頻率不同，也會(huì)導(dǎo)致分辨率不同，因而需要根據(jù)實(shí)際情況選擇天線。這一技術(shù)在城市建設(shè)工程中的應(yīng)用，可以有效的避免傳統(tǒng)測(cè)量方法中存在的破壞性和精確性問(wèn)題，對(duì)于工業(yè)干擾以及場(chǎng)地限制有著良好的規(guī)避效果，因而值得推廣應(yīng)用。

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