“三维一体化”探地雷达技术在道路评估中的应用研究

王瑾

（长江工程职业技术学院，湖北 武汉 430212）

0 引言

21 世纪是科学技术飞速发展的时代，新科技在道路工程领域也逐步应用。“三维一体化”探地雷达技术在很多领域得到应用，其在道路工程也展现出广阔的发展前景。

探地雷达技术的应用可以贯穿道路工程建设的各个阶段，从地质水文勘探，到施工阶段的路基路面压实及厚度情况，再到完工后的竣工验收道路工程质量的无损检测等。甚至在后期的运营维护阶段也能派上用场，我国大力兴建道路网的同时，另一方面每年有数百万公里的道路工程需要进行维修，三维探地雷达无损检测技术与传统的道路检测手段相比在效率和精度上更能够满足现代化道路建设要求，其作为近年来新兴的检测技术也极大地提高了工作效率，为相关部门进行养护与维修方案提供科学依据。

1 探地雷达介绍

探地雷达也叫做地质雷达，其主要是由发射、接收天线、控制单元的A/D 转换、控制单元的采集和显示器组成。

探地雷达的基本原理是先由位于地面上的发射天线发射一定频率的定向电磁波，电磁波遇到地下目标体反射后返回地面并由接收天线进行接收的过程。

发射天线发射的高频短脉冲（106～109Hz）电磁波在地下传播过程中，由于通过介质的阻挡，其波形、强度和路径将会不断变化，通过对波形的采集、分析，从而达到对地下目标体位置及结构形态的探测。

探地雷达一般采用剖面法、共深点反射法、宽角法进行探测，这些方法都有优缺点，具体采用的时候要因地制宜。探地雷达接收信号的强弱与目标体深度、反射特征、天线频率、衰减等有关系，一般来说要想分辨率越高，天线频率也要越高，但是探测深度就越浅，反之频率低了，分辨率低了，探测深度也越深。探地雷达是一种复杂的工具，也是一种高效率的浅层探测技术，对于探测介质的各项异性、衰减性和不均匀性，可以有效进行探测。探地雷达技术受到工程界的重视，其与传统地球物理方法不同，具有独特优势。从1970 年代，由于计算机技术的快速发展，探地雷达应用范围不断扩大，尤其在数据处理方面效率和精度得到大幅提升。

“三维一体化”探地雷达技术的高精度、高效、简便、适应性强的特点，在国民经济的发展中发挥重要作用。

2 “三维一体化”探地雷达技术在道路评估中的应用

“三维一体化”探地雷达技术的应用非常广泛，以下主要介绍几种“三维一体化”探地雷达技术在道路评估中的应用。

2.1 探地雷达探测公路结构层厚度及病害

众所周知，公路包括面层、基层、垫层、基层、路基等，是分层的结构。很早的时候探地雷达就已应用于路面厚度的检测，正是由于公路的分层构造，为探地雷达无损检测提供物理基础。

公路每一层的介电常数差异较大，主要是因为厚度、形状、材料都有所不同，电磁波在各层的界面上都可以形成比较强的反射信号。当公路的各层厚度、形状、材料基本稳定，雷达剖面上就会形成接近水平的稳定反射序列。相反，当公路的各层厚度、形状、材料由于施工或者其他原因导致发生变化，电磁波的频率、路径等也会随之变化，雷达图像也会发生变化。依据雷达剖面上的反射脉冲频率、振幅等的变化，就可以对公路结构层厚度及病害进行定性和定量评估，以便为下一步维修和加固提供数据支撑。

在工程中，一般采用400MHz～2GHz 天线进行连续测量观测，可以有效探测各层的压实度、厚度、含水量情况，还可以有效检测路面板底脱空、不均匀沉降等病害。

将地质雷达运用于道路检测中，开展道路现场测试，还应将现场测试的钻芯取样结果与地质雷达进行比对，明确各层的空间位置、厚度及病害。地质雷达受一些因素干扰，精度可能受影响，因此将地质雷达探测结果与钻芯取样进行比较，有利于校准仪器，也积累了相关经验，为后续地质雷达的大面积推广奠定基础。对比之后验证得出，地质雷达能够较好地探测各层厚度与病害，并且通过对雷达原始数据的处理，大大提高地质雷达图像的精度。

2.2 探地雷达探测公路隧道围岩

由于其结构和功能特殊，公路隧道容易出现漏水、衬砌开裂、脱空等病害，施工难度也是很大的。对这些质量问题的检测采用超声波、打孔检测法等方法有时候并没有达到预期效果，另一方面探地雷达作为一种新型的无损检测技术，对公路隧道质量的检测具有快速、准确等特点。

用探地雷达对公路隧道的勘察、施工、运营进行探测的应用是越来越广泛，公路隧道位于一般位于地下，与道路结构不一样，其检测的安全性要求也越来越高，由于效率和安全性较低，传统的检测手段不能满足公路隧道的建设需求。“三维一体化”探地雷达技术可以对隧道地质水文情况、围岩、衬砌空洞等内部缺陷进行有效检测，有利于发现导致隧道塌方、涌水等灾害，保障隧道的安全施工和稳定运营。

围岩是公路隧道组成的重要部分，围岩的分类分级、地质情况直接影响公路隧道的质量和安全。围岩与衬砌及二次衬砌与初期支护之间的空洞、不密实等缺陷，导致结构物之间存在明显的介电差异，探地雷达正好利用这个介电差异，可以对公路隧道质量进行有效检测。

在实际测试过程中，要结合不同的精度和分辨率，采用合适的天线频率。由于公路隧道工程衬砌的特殊性，可以采用500～1000MHz 收发同置天线。还要结合实测资料，测线布置要合理，采样的点数、范围、扫描率等要符合规定，以便准确获得各项参数，提高检测精度。

通过探地雷达探测出埋藏在介质中的裂隙、断层、空洞、含水层等情况，还要根据反射信号区分不同的介质分界面，以精确标定其目标方位及深度。除此之外现场的围岩实测资料也很重要，要与探地雷达结果进行对比分析，并优化探地雷达结构，以便对围岩的稳定性进行动态评估。

2.3 探地雷达探测公路地质灾害

近年来由于公路地质灾害所导致的工程事故层出不穷，出现许多车毁人亡的悲剧。在公路工程修建之前，用探地雷达技术及时发现不良地质情况，可以让线路及时避开，或者在修建过程中采用必要措施进行加固，就可以尽可能减少公路地质灾害所产生的影响。同时在公路建成之后的运营阶段，也可以用探地雷达技术定期进行监测，对突发公路地质灾害进行预警，有效保护人民群众的财产和生命安全。

公路地质灾害通常有滑坡、崩塌、泥石流、裂缝、断裂等，探地雷达技术在这些公路地质灾害中的应用越来越广，是一种科学有效的勘探方法，可以快速、准确地对常见的公路地质灾害进行探测。探地雷达技术作为一种新型探测手段，可以对公路地质灾害进行全方位分析，为防治公路地质灾害提供理论基础。探地雷达技术在工程实际过程中取得较好的效果，可以确定公路地质灾害的空间布局、形态，为进一步认识公路地质灾害和防治工作提供地球物理依据。

滑坡是比较常见的公路地质灾害之一，在山区尤为明显。滑坡是具有滑裂面的，滑坡的形成过程是复杂多样的，滑坡的过程是缓慢且持续进行的，常常会导致路基错断，而导致交通中断。运用探地雷达技术对滑坡进行探测并生成图像，可以观察出滑坡形成的规律。在探地雷达图像中，可以分析造成滑坡的原因，是岩体破碎、裂隙发展，还是含水量等因素。通常在相同的岩体性质情况下，滑坡体含水量的变化也会对探测结果产生影响。含水量大，电磁波被吸收得就强，反射自然就弱了，呈现出来的为暗色调图像；相反含水量小，电磁波被吸收得就弱，反射自然就强了，呈现出来的为亮色调图像。在探地雷达成像中，由于滑坡体和母岩的电性差别，可以确定滑坡体的形状、厚度和宽度等。

公路地质灾害重在预防，要建立起一套行之有效的预警处置体系，不仅可以避免了工程事故的发生，还可以保障行车安全。探地雷达技术的兴起，势必会对预防公路地质灾害产生积极作用，也对公路工程建设等相关部门提供科学决策，提高应对突发公路地质灾害、防灾减灾的能力。

3 结语

以上介绍了几种“三维一体化”探地雷达技术在道路评价中的应用，“三维一体化”探地雷达技术在我国道路评估中的应用越来越广泛，体现出无损伤、效率高、精度高、抗干扰强等特点，可实现连续透视扫描及三维彩色图像实时显示，极大地提高了公路工程建设过程的效率，保障了工程质量。

由于“三维一体化”探地雷达技术的潜力巨大，有着很广泛的应用前景，随着新科技的不断发展，能够在公路工程建设中更加方便、快捷地解决各种难题。