探地雷达对地下防空洞的探测研究

谷 松

（辽宁地质工程职业学院，辽宁丹东 118008）

探地雷达对地下防空洞的探测研究

谷 松

（辽宁地质工程职业学院，辽宁丹东 118008）

本文简述了探地雷达技术的基本原理及其在阜新高德东山探测防空洞的应用。

地质雷达；防空洞；介电常数

较大规模防空洞洞体顶部介质承载能力相对较弱，在上部荷载作用下，通常会形成局部下沉，甚至塌陷，给工程带来隐患。要有效治理防空洞隐患，就必须从研究防空洞的内部结构、构造入手。

1 防空洞特征

防空洞结构的特点是：（1）洞径较大，在洞中心部位一般为较大洞室，而洞体通道截面不小于0.5m 0.5m。（2）穴道密布，防空洞通常密集分布于某一区域。（3）穴道走向变化频繁，当探测线距较大时，则很难推断异常之间的连续关系。（4）防空洞的地下通道网络状分布，增加了探测难度。（5）防空洞实际上是充满空气的近于水平的不规则柱状体，空气的物性参数与土体物性参数存在明显差异。如防空洞通道有部分崩塌，其内部土体也很疏松、含水量极低，原地道上覆土层被扰动迹象明显。

当前应用于是探测防空洞的检测方法主要有：常规视电阻率测深法、高密度电法、自然电场法、浅层地震方法、探地雷达方法等。其中电法勘探、浅层地震勘探等常受到干扰和场地条件的制约,应用范围和精度等存在不足。根据防空洞介质、防空洞结构特征和探测防空洞场地作业条件等综合考虑，首选探地雷达进行地下防空洞无损检测。

2 探地雷达探测原理及方法

2.1 探地雷达探测原理

探地雷达利用主频为数十至数千MHz高频电磁波,以宽频带短脉冲形式由地面发射天线送入地下，又被地下介质界面反射后返回地面，由另一天线接收。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随着所能过的介质的电性质及几何形态而变化。因此根据接收到的旅行时（双程走时）、幅度与波形资料，通过图像处理和分析，可推断地下界面或目标体的空间位置或结构［1］。

探地雷达测量的是地下界面反射波的走时，为了获取地下界面的深度,必须要有介质的电磁波传播速度v值为：

式中c为真空中电磁波传播速度，c=0.3m/ns；εr为相对介电常数。上式表明大多数非导电、非磁性介质电磁波传播速度 主要取决于介质的介电常数[2]。

如果知道介质的介电常数，从雷达剖面图上可以直接读出电磁波的双程走时，就可以利用公式（3）求得反射界面的深度D，确定地下界面的空间分布及分层情况。

2.2 探地雷达探测方法

(1)使用仪器

本次探测选用意大利出产的IDS-2Ka型探地雷达探测系统。

(2)天线选择

本次勘查目标体深度不确定，根据电磁波理论可知探地雷达的探测分辨率以及探测的深度与天线的主频率有关，即在相同的地质条件下主频率越高，探测的分辨率愈高,其探测深度也愈浅,而且只有当被探测目标体的尺寸不小于所激发主频率的电磁波半个波长时才能够分辨出来[2～7]。为排除场地高压线的干扰,根据场区的地质条件、探测目的和临场试验，探测采用主频率为400MHz。

(3)参数设置

时窗选择：160ns、300ns

采样率：512

软件：IDSGRESWIN2.0

野外的布线：探地雷达对建筑地基进行横向和竖向扫描，把扫描所获得的信息去除开始时间和背景噪声；进行频率域的带通滤波，线性增益和平滑增益等图像处理，得到清晰的雷达剖面图。

3 工程实例与分析

阜新高德东山拟建住宅楼，开槽过程中，发现了地下防空洞。由于无任何图纸资料可查，防空洞的分布范围、规模、延伸方向不明。通过探地雷达探测，找到了防空洞所在的具体位置，为建筑施工提供了所需的资料。

经开挖验证：地下防空洞埋藏于地面以下约0.5 m处，周围介质均为土体,通道宽约1.2m，基本完好，部分防空洞被土回填。证明探地雷达能够有效找到地下空洞，查明其分布位置，为工程建设提供可靠地下信息。

4 结语

地质雷达作为一种新型勘测手段，越来越多地应用于各工程领域。地质雷达探测废旧地下防空洞有明显的应用效果。地质雷达的地质解释模型需进一步完善。

［1］刘传孝.探地雷达空洞探测机理研究及应用实例分析［J］.岩石力学与工程学报，2000，19(2)：238～241.

[2]李大心.探地雷达方法及应用[M].北京:地质出版社, 1994: 27～63.

[3]李伟和，邱庆程.地质雷达在不同岩性介质中的应用[J].物探与化探，2001，25(4): 312～315.

[4]叶 琛. RIS-K2型探地雷达系统及应用[J].市政技术，2005，23(6): 362～370.YE Chen.

[5]胡晓光.探地雷达在工程地质勘察中查寻土洞的应用效果[J].物探与化探, 1994，18(6).

[6]兰樟松，张虎生，张炎孙等.浅淡地质雷达在工程勘察中的干扰因素及图像特征[J].物探与化探，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—)，工程师，主要从事矿产普查与勘探和工程物理勘探的教学和科研工作。Email：gusong1818@163.com