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摘要：本文首先简要介绍探地雷达的基本原理、探地雷达技术的发展过程。文章重点综述探地雷达技术在国内岩土工程勘察、岩溶勘察等众多领域的应用现状，并在工程实例中应用及开展深入研究的工作。
关键词：探地雷达，电磁波，岩溶洞穴
1、前言
探地雷达（GroundPenetratingRadar，GPR）又称透地雷达，地质雷达，是用频率介于106-109Hz的无线电波来确定地下介质分布的一种无损探测方法。探地雷达方法是通过发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的分界面时发生反射，根据接收到的电磁波的波形、振幅强度和时间的变化等特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。
探地雷达理论虽然早在上世纪初就提出，但真正开展应用研究是在上世纪70年代以后，随着电子技术和现代数据处理技术的应用发展，探地雷达技术应用已从冰层、岩层等弱耗介质扩展到土层、煤层、岩层等有耗介质。其应用领域迅速扩大，现在已在岩土工程勘察、水文地质勘察、工程质量检测、地下埋藏物探测、塌陷和岩溶勘察、矿产资源勘探和考古等众多领域得到广泛应用。
2、地质雷达探测工作原理及技术指标
电磁波反射法探测即地质雷达探测，地质雷达法是利用介质对电磁波的反射特性，对介质内部的构造和缺陷（或其他不均匀体）进行探测的方法。
地质雷达探测主要用于岩溶探测，亦可用于断层破碎带、软弱夹层等不均匀地质体的探测。探测体与周围介质之间应存在明显介电常数差异，电磁波反射信号明显。探测体具有足以被探测的规模，探测体的厚度大于探测天线有效波长的1/4，探测体宽度或相邻被探测体可以分辨的最小间距大于探测天线有效波第一菲尼尔带半径。避开高导屏蔽层或大范围的金属构件。
地质雷达探测仪器技术指标
系统增益：160dB；发射脉冲重复频率可达到128kHz；
时间窗：2～5000ns，可选；
A/D模数转换：16位；
采样率：128、256、512、1024或2048样点/扫描，可选；
扫描速率：8～128扫描/秒，可选；波形叠加次数：1～4096次，可选；
水平距离标记：手动或测量轮自动标记
具有信号叠加、实时滤波、时窗、增益、点测和连续测量。
3、地质雷达探测数据采集要求
1）根据检测对象选择雷达天线的工作频率，确定介电常数。根据探测对象情况复杂程度和现场采集数据情况，宜选择两种及以上不同频率的天线。在符合探测深度要求时，宜选择频率相对较高的天线，一般宜采用100MHz屏蔽天线。
2）测网密度、天线间距和天线移动速度应适应探测对象的异常反映。
3）选择合适的时间窗口和采样间隔，并根据数据采集过程中的干扰变化和图像效果及时调整工作参数。
4）根据采集方式选择扫描速率和采样间隔。
5）探测区域不应有较强的电磁波干扰；现场应清除或避开附近金属物等电磁干扰，并记录注明或标出位置。
6）重点异常区应重复观测，具有良好的重复性，可采用其他方法验证。
4、地质雷达法探测岩溶洞穴工程实例
4.1工程概况和探测情况
7）DK198+689.9钢筋混凝土框架桥，本主体工程框架桥基底置于白云质灰岩层上，附属工程涵洞基底置于粉质黏土层，为控制涵洞沉降，涵洞基底填筑C20砼至白云质灰岩上。
8）2017年9月20日采用中国电波所生产的LTD-2100型探地雷达（100MHz天线）
9）对DK198+689.9钢筋混凝土框架桥基底，进行岩溶探测。测线沿垂直线路方向均匀布置2条。
4.2 地质雷达法探测成果及开挖验证
10）采用IDSP6.0软件对DK198+689.9钢筋混凝土框架桥基底地质雷达数据进行分析，DK198+689.9框架桥小里程测线（由左向右16-21m缺陷深度2.0-5.2m)存在异常反射信号，在边界形成强反射信号，由于基岩和充填物性质的显著差异，充填型岩溶洞穴形成中间和周围基岩反射强烈。由此推断该段岩溶裂隙发育，存在充填裂隙、溶洞。
图4.3 基底开挖验证图
5、结论
本次采用LTD-2100型探地雷达对岩溶基底情况进行了探测和描述，给工程施工提出施工建议。作为当前国内最先进的探地雷达探测仪器，地质雷达法做为目前最方便、快捷、有效的进行岩溶洞穴探测方法。在随后开挖验证过程中，证明地质雷达法的探测结果准确可靠性。结合目前地质雷达法在岩土工程勘察、水文地质勘察、工程质量检测、地下埋藏物探测、坍陷和岩溶勘察、矿产资源勘探和考古等众多领域得到广泛应用。在国内我们较早使用这台仪器并且积累了经验，但在不良地质条件较为复杂的岩体中，如何准确的辨别岩溶洞穴充填类型还有局限性。特别是施工过程中和探测对象中高导屏蔽层和金属物对电磁波的干扰，从而影响数据的判别。在对岩溶裂隙、隐伏洞穴判别中还需采用综合探测法进行验证。在以后的工作中还需进一步研究，提高地质雷达法在复杂地质条件下的应用技术。
参考文献
[1]刘志刚等.隧道隧洞施工地质技术.中国铁道出版社.
[2]汪成兵等.隧道地质超前预报技术与应用.中国学术期刊网络出版总库.
[3]何发量等.隧道地质超前预报.西南交通大学出版社.
[4]于强.地质雷达在隧道岩溶预报中的应用.物探化探计算技术.
论文作者:张雷
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第2期
论文发表时间:2018/6/19
标签：岩溶论文; 地质论文; 电磁波论文; 天线论文; 介质论文; 洞穴论文; 反射论文; 《建筑学研究前沿》2018年第2期论文;