地质雷达探测地下隐伏结构的应用

　　摘. . 要：传统方法寻找地下隐伏结构效率低下，费用较高。本文采用地质雷达方法对地下隐伏结构进行探测，与传统方法相比，具有探测效率较高，效果较好的优点。

　　关键词：地质雷达??电磁波??地下隐伏结构

　　1 前言

　　在施工工地内，经常会遇到一些废弃地下隐伏结构，如废弃的线杆底座、废弃的建筑物基础等。在正式施工之前，我们需要对这些隐伏结构进行探查，为下一步的施工设计工作提供依据。

　　传统的钻孔或钎探等方法工作效率低、费用较高，且对小型的地下结构容易遗漏。经多次试验，地质雷达法工作效率高，寻找地下隐伏结构的效果较好。

　　2 工作方法原理

　　地质雷达是一种使用超高频电磁波（脉冲频率106 ～10 9 HZ）探测地下介质分布的非破坏性方法。地质雷达主机通过天线在地面向下发射频率为数百兆赫兹的电磁波，由于地下的不同介质往往具有不同的物理特性（介电性、导电性、导磁性等）因而对电磁波具有不同的波阻抗，由于界面两侧的波阻抗不同，当电磁波遇到不同介质的界面时会发生反射与透射，反射波返回地表，被接收天线接收。此时雷达主机记录下电磁波从发射到接收的双程旅行时差△t。因此根据 求出反射面的深度，其中 V 为电磁波在介质中的传播速度。此外根据雷达图像上反射波的振幅强弱、频率特征及变化情况，可以推定地下介质的分布情况。

　　在地质雷达法勘探中，电磁波通常被近似为均匀平面波。

　　其传播速度取决于媒介的相对介电常数ε r ，即其中ε r 为媒介的相对介电常数，C 为电磁波在真空中的传播速度。

　　电磁波在传播中遇到不同媒介界面时，其反射系数为：

　　由此可知，电磁波反射系数的大小取决于界面两侧介质的相对介电常数的差异，差异越大，反射系数越大。

　　由表 1 可知，不同介质的相对介电常数均有差异，电磁波会形成反射，这正是能利用地质雷达进行探查的前提条件。当土层均匀无隐伏结构存在时，基本不存在电磁波反射界面，地质雷达反射波反射能量很弱；当土层中存在隐伏结构时，会存在明显的电磁波反射界面，此时地质雷达反射波能量很强，且相应的反射波波长、相位、曲线形态等会出现相应的变化。

　　表 1 场地常见岩石物性参数

　　介质

　　名称

　　电导率σ

　　（s/m）

　　介电常数ε r

　　（相对值）

　　电磁波速度 v

　　（m/ns）

　　衰减系数

　　β（dB/m）

　　电导率σ

　　（s/m）

　　灰岩

　　（干）

　　10 -9 7 0.11

　　0.4～1

　　10 -9

　　灰岩

　　（湿）

　　2.5×10 -2 8 2.5×10 -2

　　砂（干）10 -7 ～10-3 4～6 0.15 0.01 10 -7 ～10-3砂（湿）10 -4 ~10 -2 30 0.06 0.03～0.3 10 -4 ~10 -2粘土（湿）0.1~1 8~12 0.06 1～300 0.1~1土壤1.4×10 -4 ～5×10 -22.6～15～400.13～0.17(ε r =3～5)0.095(ε r =10)0.15(ε r =40)20～301.4×10 -4 ～5×10 -2空气 0 1 0.3 0 0纯水10 -4 ～3×10 -281 0.033 0.110 -4 ～3×10 -2混凝土 6.4 0.123 工作实例济南某工地内存在高压线塔基础，因年代久远，无图纸参考。因此选用地质雷达法对该处基础进行探查。探测工作选用GPR 反射波剖面法，仪器采用加拿大 SSI 公司 EKKO-PRO 型地质雷达，天线中心工作频率为 100MHz，天线距 1.0m，点测的方式。探测图像如图 1 图 2 所示。

　　图 1 地质雷达探测图像 图 2 地质雷达探测图像图 1 图 2 为现场地质雷达探测图像。由图 1 可知，沿测线方向约 0-3.0m（1.5-3.2m 深度范围）、约 8.0-11.5m（1.5-3.2m深度范围）存在隐伏基础。由图 2 可知，沿测线方向约 0-3.5m（1.5-4.0m 深度范围）、约 8.0-11.5m（1.5-4.0m 深度范围）存在隐伏基础。为慎重起见，对该探测结果进行了钎探验证，结果与探测结果吻合性较好。

　　4 结语

　　实践证明，用地质雷达法探测地下隐伏结构是可行的、准确度较高的，且具有价格低廉、工作效率高等优点。

　　在实际工作中建议地质雷达探测与钻探或钎探结合使用，两种方法相互印证，提高准确度。

　　参考文献：

　　[1]李大心，探地雷达方法与技术，1994

　　[2]刘勇，可溶岩地区人工挖孔桩孔底岩溶的地质雷达探测技术研究，2005作者简介：

　　王继刚（1988～），男， 山东省昌乐人，本科，主要从事工程物探工作。