探地雷達在地下防空洞勘察中的應用

趙 龍

（1.新疆維吾爾自治區交通規劃勘察設計研究院，新疆 烏魯木齊830006；2.新疆交通職業技術學院，新疆 烏魯木齊830000）

0 引言

我國許多大中城市都設有防空地道，且多分布在人口和建筑稠密區。隨著國家經濟建設全面開展，國家和社會對基礎設施建設的關注度不斷提高，工程地質勘察也做得越來越詳細和全面，防空洞對工程建設及環境的影響愈來愈明顯。目前探地雷達技術在國內道路無損檢測；板后有無脫空的質量檢測；市政管線位置、埋深探測；堤壩、建筑場地空洞探測；地下埋設物探測、拋填體厚度、邊坡滑動面檢測得到了廣泛應用。

1 探地雷達特點及工作原理

探地雷達是利用高頻、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體的一種非接觸式無破損物探技術。具有快捷、方便、高精度、高分辨率，且不破壞探測目標體等特點。

地質雷達的探測原理與大家所熟悉的探空雷達相似，即從T點向地下發射一定強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的差異分界面時，就會產生反射波，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，在電腦中存儲每一測點上波形序列的振幅及波的傳播時間t=其中z為反射深度(m)，v為波速(m/ns)，x為收發距(m))。通過對接收的反射波進行校正、疊加、濾波和偏移等處理；根據介質的介電常數和電導率不同確定介質中電磁波傳播速度。由于不同的地質介質之間存在電磁性差異，這種電磁性差異不僅會引起電場波的反射，而且還會使電磁波發生衰減并引起相位等特征發生變化。根據所獲得的地質雷達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 探地雷達工作原理示意圖

2 應用實例

2.1 測區概況

該測區擬建建筑，在前期的工勘察中發現一條20世紀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，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，當前洞室基本穩固。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，以便為工程設計提供詳盡的科學依據。

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，起終點相對高差5m，終點處洞頂距地面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，起終點相對高差12m；終點處洞頂距地面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 防空洞地質雷達平面布置示意圖

根據場地鉆探和實地觀察，擬建區域深度20m范圍內均為圓礫地層，處于稍濕狀態，地表地形相對較為平整，20m深度范圍內無地下水。由于不同介質的介電常數不同，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存在的明顯的介電常數的差異就為地質雷達探測提供了有利的前提條件。

2.2 雷達探測成果

地質雷達是一種較為先進的物探儀器，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，天線主頻為40~20MH。

由于防空洞上方有大量的建筑物存在，地質雷達作業存在一定的困難，基于現場實際情況，在地表共布置了三條地質雷達剖面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，形狀相對規則，深度與實際測量結果較吻合（剖面圖中紅色圓圈圈定部位為防空洞），達到了既定的目的要求。

圖3 P1地質雷達剖面

圖4 P2地質雷達剖面

圖5 P3地質雷達剖面

3 結論

地質雷達勘探具有使用方便、高精度等優點，是國內外得到十分廣泛的應用，從文中的應用實例來看利用探地雷達可以取得較好的探測效果，綜合本次研究，得出以下結論。

（1）本次地質雷達的探測范圍子啊25m的范圍以內，對于地下硐室探測精度較高，對于深層的探測結果還需進一步研究。

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

（3）從后期施工單位開挖的基礎基坑內對本次的雷達探測結果進行了比對，地下硐室的實際狀況與此次勘探結果基本吻合，進一步驗證了探地雷達在地下硐室方面的有效性。

［1］交通部第一公路勘察設計院.JTGC20-2011公路工程地質勘察規范[S].北京:人民交通出版社,2011.

［2］趙龍,馮哲.地質雷達在國道314線橋位地質勘探中的應用[J].山西建筑,2009.

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