探地雷達對地下防空洞的探測研究

谷 松

（遼寧地質工程職業學院，遼寧丹東 118008）

探地雷達對地下防空洞的探測研究

谷 松

（遼寧地質工程職業學院，遼寧丹東 118008）

本文簡述了探地雷達技術的基本原理及其在阜新高德東山探測防空洞的應用。

地質雷達；防空洞；介電常數

較大規模防空洞洞體頂部介質承載能力相對較弱，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部結構、構造入手。

1 防空洞特征

防空洞結構的特點是：（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域。（3）穴道走向變化頻繁，當探測線距較大時，則很難推斷異常之間的連續關系。（4）防空洞的地下通道網絡狀分布，增加了探測難度。（5）防空洞實際上是充滿空氣的近于水平的不規則柱狀體，空氣的物性參數與土體物性參數存在明顯差異。如防空洞通道有部分崩塌，其內部土體也很疏松、含水量極低，原地道上覆土層被擾動跡象明顯。

當前應用于是探測防空洞的檢測方法主要有：常規視電阻率測深法、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,應用范圍和精度等存在不足。根據防空洞介質、防空洞結構特征和探測防空洞場地作業條件等綜合考慮，首選探地雷達進行地下防空洞無損檢測。

2 探地雷達探測原理及方法

2.1 探地雷達探測原理

探地雷達利用主頻為數十至數千MHz高頻電磁波,以寬頻帶短脈沖形式由地面發射天線送入地下，又被地下介質界面反射后返回地面，由另一天線接收。電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度與波形將隨著所能過的介質的電性質及幾何形態而變化。因此根據接收到的旅行時（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體的空間位置或結構［1］。

探地雷達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。上式表明大多數非導電、非磁性介質電磁波傳播速度 主要取決于介質的介電常數[2]。

如果知道介質的介電常數，從雷達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 探地雷達探測方法

(1)使用儀器

本次探測選用意大利出產的IDS-2Ka型探地雷達探測系統。

(2)天線選擇

本次勘查目標體深度不確定，根據電磁波理論可知探地雷達的探測分辨率以及探測的深度與天線的主頻率有關，即在相同的地質條件下主頻率越高，探測的分辨率愈高,其探測深度也愈淺,而且只有當被探測目標體的尺寸不小于所激發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,根據場區的地質條件、探測目的和臨場試驗，探測采用主頻率為400MHz。

(3)參數設置

時窗選擇：160ns、300ns

采樣率：512

軟件：IDSGRESWIN2.0

野外的布線：探地雷達對建筑地基進行橫向和豎向掃描，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，得到清晰的雷達剖面圖。

3 工程實例與分析

阜新高德東山擬建住宅樓，開槽過程中，發現了地下防空洞。由于無任何圖紙資料可查，防空洞的分布范圍、規模、延伸方向不明。通過探地雷達探測，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。

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

4 結語

地質雷達作為一種新型勘測手段，越來越多地應用于各工程領域。地質雷達探測廢舊地下防空洞有明顯的應用效果。地質雷達的地質解釋模型需進一步完善。

［1］劉傳孝.探地雷達空洞探測機理研究及應用實例分析［J］.巖石力學與工程學報，2000，19(2)：238～241.

[2]李大心.探地雷達方法及應用[M].北京:地質出版社, 1994: 27～63.

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

[4]葉 琛. RIS-K2型探地雷達系統及應用[J].市政技術，2005，23(6): 362～370.YE Chen.

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

[6]蘭樟松，張虎生，張炎孫等.淺淡地質雷達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，主要從事礦產普查與勘探和工程物理勘探的教學和科研工作。Email：gusong1818@163.com