城市道路地下空洞探测的地质雷达技术摘要：城市道路下空洞探测的技术要求除了速度快、分辨率高之外，还要求仪器抗干扰能力强、机动灵活。本文从地质雷达工作原理、技术特点、参数设置和处理解释等方面着手，对地质雷达技术在城市道路地下空洞探测方面进行了归纳与总结。
关键词：地质雷达、空洞、城市道路
中图分类号：u41 文献标识码：a 文章编号：
随着城市地下空间的不断开发利用，特别是大规模的地铁建设施工，因为复杂的地质条件和多变的施工环境，不时有地面下陷和沉降过大的报道。在繁忙的城市道路上快速、准确的对存在的较大空洞提前预警并准确定位，地质雷达成为最主要的探测技术之一。
1、地质雷达工作原理
地质雷达是一种宽频带高频电磁波信号探测介质分布的无损探测仪器。它通过天线发射和接收电磁波反射信号，在测线上不断移动天线来获得相关的剖面图像。地质雷达天线的发射端向地下发射高频电磁波，电磁波信号在地下传播时遇到不同介质的界面时就会发生反射，反射的电磁波被与发射端同步移动的天线接收端接收后，通过雷达主机精确记录反射回的电磁波的波形特征，再通过相关的技术处理，得到雷达剖面图，通过对剖面图波形特征的分析，判断测线位置下是否存在空洞或异常。
介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大。由于空
地质雷达测量技术 内容提要：本文在简述地质雷达基本原理的基础上，介绍了地质雷达检测隧道衬砌质量的工作方法，通过理论分析、实际资料计算、实测效果等方面说明采用地质雷达技术检测隧道衬砌质量的必要性和可靠性。 关键词：地质雷达测量技术 1 前言 地质雷达（Geological Radar）又称探地雷达（Ground Penetrating Radar），是一项基于不破坏受检母体而获得各项检测数据的检测方法，在我国已在数百项工程中得到了应用，并取得了显著成效。同时，随着交通、水利、市政建设工程等基础设施的大力发展，以及国家对工程质量的日益重视，工程实施过程中仍急需用物理勘探的手段解决大量的地质难题，因此，地质雷达极其探测技术市场前景十分广阔。 地质雷达作为一项先进技术，具有以下四个显著特点：具有非破坏性；抗电磁干扰能力强；采用便携微机控制，图象直观；工作周期短，快速高效。它不仅用于管线探测，还可用于工程建筑，地质灾害，隧道探测，不同地层划分，材料，公路工程质量的无损检测，考古等等。 2 地质雷达技术原理 地质雷达是运用瞬态电磁波的基本原理，通过宽带时域发射天线向地下发射高频窄脉冲电磁波，波在地下传播过程中遇到不同电性介质界面时产生反射，由接收天线接收介质反射的回波信息，再由计算机将收到的数字信号进行分析计算和成像处理，即可识别不同层面反射体的空间形态和介质特性，并精确标定物体的深度（图1）。
图1 地质雷达检测原理图 3 雷达的使用特性 3.1无损、连续探测，不破坏原有母体，避免了后期修补工作，可节约大量的时间和费用。 3.2 操作简便，使用者经过2－3天培训就能掌握。 探测时，主机显示器实时成像，操作人员可直接从屏幕上判读探测结果，现场打印成图，为及时掌握施工质量提供资料，提高了检测速度和科学水平。并且通过数据分析，还可以了解道路的结构情况，发现道路路基的变化和隐性灾害，使日常管理和维护更加简单。 3.3 测量精度高，测试速度快。在车载工作方式下，测试速度大大提高，当车速达80Km/h时，系统仍能正常工作。 3.4 收、发天线离地面的探测高度可以针对不同的埋地目标进行调整，以达到最佳的探测能力和探测分辨率：同时还可以调节收发天线之间的距离寻找系统工作的最好效果。 3.5 测点密度不受限制，便于点测和普查。 工作方式的灵活使得用户可以连续普查某一段工程的质量,也可随时对异常区域进行重点探测 和分析。 3.6 便于维护与保养。 本系统采用了结构化设计，对于使用不当或其它原因造成的质量问题，简单地更换接插件即可保证雷达的正常工作。 3.7 可扩充配置。 通过选择相应的发射源和收发天线，再配上相应的处理软件，就可以在中、深层探测范围，如地下管线、地基空洞、钢筋分布、堤坝密实程度等方面扩大应用。 4 地质雷达在检测隧道衬砌质量中的应用 新建隧道施工中为确保隧道衬砌质量，采用传统“钻、看”的检测方法显然已不能满足“多断面、全方位”的检测要求，业主和施工单位都在探索采用无损检测技术有效监控和确保隧道衬砌质量的新方法。 隧道衬砌的质量检测包括1)隧道衬砌厚度，2)隧道衬砌背后未回填的空区，3)隧道衬砌的密实程度，4)施工时坍方位置及坍方的处理情况。5)有时还可检测围岩中地下水向隧道侵入的位置。4.1 工作方法
地质雷达在地下管线探测中的应用研究 发表时间：2018-09-04T14:12:30.883Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第11期作者：尹凡 [导读] 在城市建设发展速度不断加快的背景下，城市地下空间的利用率也不断提升。 上海京海工程技术有限公司 200131 摘要：在城市建设发展速度不断加快的背景下，城市建设中针对地下空间管线探测的工作量日益增多。更为关键的是，随着地下管线施工工艺的发展以及管道材质的多元化完善，地下管线探测的难度也在日益增加。地质雷达作为一种高频宽度电磁波地下管线探测技术，适用于地下浅层深度的探测作业，具有分辨率高、准确可靠、安全无损、快捷连续等一系列优势，在地下管线探测领域中具有非常确切的应用价值。本文即在分析地质雷达探测原理的基础之上，概述地质雷达技术在地下管线探测中的应用优势，并就其实际应用要点展开分析与探讨，望能够引起业内人士的高度关注与重视。 关键词：地下管线；地质雷达；探测；应用 在城市建设发展速度不断加快的背景下，城市地下空间的利用率也不断提升，地下管线类型众多且在用途、材料性质以及尺寸上均存在非常明显的差异性，因此针对不同类型地下管线需应用的探测技术也会存在一定的差异性。传统意义上所选用的地下管线探测技术无法准确针对损伤程度进行评估，地下管线的铺设质量也难以得到准确的反应，由此可能导致一系列质量安全隐患的产生，对地下管线探测质量产生非常不良的影响。地质雷达作为一种高频宽度电磁波地下管线探测技术，适用于地下浅层深度的探测作业，具有分辨率高、准确可靠、安全无损、快捷连续等一系列优势，在地下管线探测领域中具有非常确切的应用价值，本文即针对地质雷达技术在地下管线探测领域中的应用问题进行分析与探讨。 1 地质雷达探测原理 地质雷达是一种用于评估并分析地下介质分布情况的高频电磁技术。地下雷达探测以地下介质在介电性方面的差异为依据，通过天线发射或接收高频电磁波信号的方式，利用工作软件处理所接收信号并成像，从而帮助工作人员得到相应探测结果。应用地质雷达技术进行地下管线探测的基本原理如下图（见图1）所示。 图1：地质雷达的技术进行地下管线探测的基本原理示意图 在应用地质雷达技术进行地下管线探测作业的过程中，最基础的操作过程是：由放置于地面的天线面向地下待探测区域发射高频电磁脉冲信号，在高频电磁脉冲信号于地下空间内进行传播的过程当中，若遭遇相对介电常数不同（及有不同电性表现）的界面时，高频电磁脉冲信号中一部分透射界面并继续向地下空间其他区域进行传播，而另一部分信号则在该位置直接反射会地面，由地面所安装接收天线进行接收并记录至主机中。在这一操作过程当中，若地下介质波速已知或地下探测空间中介质的相对介质常数已知，则可以根据所测定反射波自发射天线发出至接收天线接受耗时（以下定义为t）的具体结果，计算所地质雷达技术所探测物体的埋深以及具体位置。在这一过程当中，假定T为发射天线，R为地面接收天线，h为地下管线目标体顶部埋设深度，r为电磁波双程走时，则可建议如下所示关系：vt＝（4h2＋x2）-1 (1) 该式中，定义屏蔽式发射体现为t，接收天线为r，两者距离为x，若两者距离高度相近，即在x无线趋近于0的情况下，可将式（1）转换为： h＝1/2vt (2) 根据上式，若电磁波在介质中的传播速度v处于已知状态，并且电磁发射博的走时的t可以加以准确计算，则就能够通过以上方式得到待测定目标物体的深度取值。 2 地质雷达技术在地下管线探测中的应用价值 第一，分辨率高。在地下管线探测过程中，应用地质雷达探测技术具有较高的分辨率，所呈现出的地下管线分布图像清晰度高，能够直接掌握所探测区域地下管线的实际分布情况，并在探测结果的辅助下展开科学有效的设计施工作业，强化地下管线设计质量，并更好的为地下管线正式施工提供服务，保障地下管线铺设的安全性与可靠性。同时，依托于地质雷达技术所提供的高分辨率图像，还能够为整个城市建设探测提供重要指导，支持对城市建设水平的综合评定与分析。 第二，准确可靠。地质雷达探测技术的准确性高，在应用地下管线探测的过程中呈现出了连续性的特点，确保所探测地下管线分布数据状态的完整性与动态性。地质雷达探测技术通过对介质介电性质以及几何形态的分析，以改变电磁场强度以及波形特征，使功能、形态以及性质存在差异的地下管线能够通过地质雷达探测图像所呈现出来，方便工作人员对地下管线进行合理的选取，确保管线铺设质量，并为后续针对地下管线的高精度探测提供指导。 第三，快捷无损。地质雷达探测技术在地下管线探测中的应用在浅层分布探测目标中有良好的适用性，检测过程安全且缺损。整个检测过程中，通过对高频宽谱无损电磁波的发射与接收，来辨别被探测区域中地下介质的分布情况，也可在现代化互联网辅助技术的支持下，转移至地面进行探测，发挥地质雷达技术高速反射的功能优势，方便相关工作人员更为及时与准确的掌握地下管线分布情况，及时对安全隐患进行识别与防控，以促进地下管线探测质量与探测效率的进一步提升与优化。 3 地质雷达技术在地下管线探测中的应用实例 在地下管线探测过程中，工作人员首先需要对探测区域内的地下管网资料进行收集与整理，展开实际调查，安排专人进入地下管线探测区域现场，寻找露头窨井，将其打开进行拍照、丈量深度、填写记录等。然后，针对现场发现的露头金属管或电力管线，应当在爱地下
地下空洞探测解决方案 发 布 于 2 1 5 - 1 - 7 1 3 : 3 4 1.地下空洞的探测目的 通过车载式雷达探测系统或便携式探地雷达，定期对道路重点区域进行地毯式普查探测，提前发现隐伏在地下的危险空洞隐患，提前预警，在灾害发生前及时采取措施处治除险，防患于未然，避免地下空洞事故的发生。
2. 地下空洞探测依据的标准规范 （1）《城市工程地球物理探测规范》(CJJ7-2007)； （2）《公路工程物探规程》（JTG/T C22-2009）； （3）《地质灾害防治工程监理规范》(Dz／10222-2006)； （4）《卫星定位城市测量规范》（CJJT73-2010）； （5）其它现行的相关规程、规范及标准。 3. 地下空洞灾害现状
近年来，随着城市建设的快速发展，各城市城区频繁发生地下空洞灾害事故，造成了重大的生命财产损失和严重的社会影响。灾害事故的调查统计表明，地下空洞主要发生在如下重点区域： （1）管线（特别是带水管线）密集区、暗渠集中区，老化管线、渗漏管线集中区； （2）深基坑施工地区及其周围影响区域。管线（特别是带水管线）密集区、暗渠集中区，老化管线、渗漏管线集中区； （3）地铁轨道交通工程施工沿线及其周围影响地区； （4）地下溶洞发育地区。 由于地下管线大多位于城市道路下方区域，并且道路交通动荷载直接加剧了坍塌灾害的发育发展，因此，绝大多数的地下空洞灾害事故都发生在上述重点区域的道路范围内。 4.地下空洞探测的原理和技术 4.1 探测技术 对于引起坍塌灾害事故的道路下方隐伏的空洞进行探测作业，由于交通繁忙，环境干扰大，常用的工程物探方法，如高密度电法、浅层地震法、瞬变电磁法等难于施展，难以避免城市地上和地下空间的各种干扰因素，应用效果较差，成本高，速度慢，难以大范围应用。 探地雷达具有现场实施方便、抗外部环境干扰、作业快速便捷、探测效率高，分辨率高、实施成本低廉等优势，成为道路塌陷灾害普查探测的首选技术手段和唯一现实可行的方法，同时探地雷达也是唯一在国内外城市地下空洞普查探测的
隧道衬砌质量地质雷达无损检测技术 1 前言 工艺概况 铁路隧道衬砌是隐蔽工程，用传统的目测或钻孔对其质量进行检测有较大的局限性；应用物理勘探的方法对隧道衬砌混凝土进行无损检测，可取得快速、安全、可靠的效果。 工艺原理 电磁反射波法（地质雷达）由主机、天线和配套软件等几部分组成。根据电磁波在有耗介质中的传播特性，当发射天线向被测介质发射高频脉冲电磁波时，电磁波遇到不均匀体(接口)时会反射一部分电磁波，其反射系数主要取决于被测介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到探测识别目标物体的目的(图1)。 图1 地质雷达基本原理示意图 电磁波在特定介质中的传播速度是不变的 ，因此根据地质雷达记录的电磁波传播时间ΔT ，即可据下式算出异常介质的埋藏深度H ： H V T =??2 (1) 式中，V 是电磁波在介质中的传播速度，其大小由下式表示： V C =ε (2) 式中，C 是电磁波在大气中的传播速度，约为×108m/s ； ε为相对介电常数，不同的介质其介电常数亦不同。 雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数可表示为： 212 1εεεε+-=r (3)
反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差越大，反射信号越强。 雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和波的频率。电导率越高，穿透深度越小；频率越高，穿透深度越小。 2 工艺特点 电磁反射波法（地质雷达）能够预测隧道施工中衬砌的各种质量问题，分辨率高，精度高，探测深度一般在～左右。利用高频电磁脉冲波的反射，中心工作频率 400MHz/900 MHz/1500 MHz； 采用宽带短脉冲和高采样率，分辨率较高； 采用可调程序高次迭加和多波处理等信号恢复技术，大大改善了信噪比和图像显示性能。 （1）操作简单，对工作环境要求不高； （2）对衬砌隐蔽工程质量问题性质判断一般精度较高，分辨率可达到2～5cm，检测的深度、结构尺寸以及里程偏差或误差小于10%，缺陷类型识别准确度达95%以上； （3）通过专业的RADAN 分析软件，专业的技术人员可以迅速的完成数据处理等。 3 适用范围 地质雷达有其适用范围和适用条件，目标体与周围介质是否存在足够的电性差异，是探测工作是否有效的前提，这种电性差异就是介电常数；应根据不同的检测对象和检测要求选用不同的天线类型；适用条件，探测的目标体与周围介质有较大的介电常数差异并具有较好的反射条件；上覆层导电性较弱；目标体具有一定的体积，引起的异常有一定的强度；具有一定的探测对比资料。 该技术适用于隧道衬砌质量施工过程控制和竣工验收的无损检测。 4 主要引用标准 《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB 10753-2010） 《铁路隧道工程施工质量验收标准》TBl0417-2003 《铁路隧道衬砌质量无损检测规程施工规范》（TB10223-2004） 《铁路工程物理勘探规程》（TB10013-2004） 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）
地质雷达在隧道超前地质预报中的应用 摘要：本文简要介绍了地质雷达基本原理及其探测深度、精度，并结合实例阐述了地质雷达的工程应用。 关键词：地质雷达；隧道超前地质预报；掌子面 引言 目前，我国修建大量穿越山岭的特长隧道。由于这些隧道大都处于地下各种复杂的水文地质、工程地质岩体中。为了摸清和预知周围的水文地质和工程地质条件，隧道地质超前预报显示出越来越重要的作用。在隧道开挖掘进过程中，提前发现隧道前方的地质变化，为施工提供较为准确的地质资料，及时调整施工工艺，减少和预防工程事故的发生非常重要。一、地质雷达基本原理及探测深度、精度 地质雷达( Ground Penetrating Radar, 简称GPR, 也称探地雷达) 是利用超高频(106Hz～109Hz)电磁脉冲波的反射探测地下目的体分布形态及特征的一种地球物理勘探方法。发射天线( T) 将信号送入地下，遇到地层界面或目的体反射后回到地面再由接收天线( R) 接收电磁波的反射信号，通过对电磁波反射信号的时域特征和振幅特征进行分析来了解地层或目的体特征(见图1)
图1 地质雷达反射探测原理图 根据波动理论，电磁波的波动方程为： P = │P│e-j（αx-αr）﹒e-βr（1）（1）式中第二个指数-βr是一个与时间无关的项，它表示电磁波在空间各点的场值随着离场源的距离增大而减小，β为吸收系数。式中第一个指数幂中αr表示电磁波传播时的相位项，α为相位系数，与电磁波传播速度V的关系为： V = ω/α（2）当电磁波的频率极高时，上式可简略为： V = c/ε1/2（3）式中c为电磁波在真空中的传播速度；ε为介质的相对介电常
三维探地雷达技术在道路塌陷空洞探测中的应用 发表时间：2018-12-24T16:51:45.220Z 来源：《基层建设》2018年第32期作者：倪国亮[导读] 摘要：近年来，随着我国城市地下空间开发利用强度不断加大，城市浅层地质稳定性造成一定程度的影响和破坏，导致我国许多城市道路地面塌陷事故不断发生，严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。 朝阳华程公路工程试验检测有限公司辽宁朝阳 122000摘要：近年来，随着我国城市地下空间开发利用强度不断加大，城市浅层地质稳定性造成一定程度的影响和破坏，导致我国许多城市道路地面塌陷事故不断发生，严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。三维探地雷达是近年来国外发展起来的一项新技术，在道路地下空洞检测、地下管线探测、工程质量检测、考古等领域应用，取得了良好的效果。文章对三维探地雷达技术在道路塌陷空洞探测 中的应用进行了研究分析，以供参考。 关键词：三维；探地雷达技术；道路塌陷；空洞探测 1前言 近年来，城市道路塌陷事件频繁发生。北京、大连、哈尔滨、深圳、广州、南京、合肥、长沙、南宁、太原等近年来都出现过城区道路塌陷事件，轻则影响交通，重则造成死伤，造成生命财产的重大损失。 2三维探地雷达探测系统 2.1工作原理 探地雷达是通过发射天线（T）向下发射超高频短脉冲电磁波，由接收天线（R）接收反射波，并根据其回波旅行时间t（又称双程走时）、幅度与波形资料，经过图像处理和解译，以确定地下界面或地下介质的空间分布。 2.2三维探地雷达 三维探地雷达是近年来发展的新技术，它采用三维阵列天线，将发射天线与接收天线分离，交错等距排列，发射和接收天线可任意组合，实现剖面间距接近天线中心频率的1/4波长这一理想状态。采集数据经专门的处理软件处理后可以实现数据的无缝拼接，保证最终成果为一个完整的三维数据体。该成果可以在任意方向上“切片”以反映异常的形态。 2.3三维探地雷达数据采集系统 三维探地雷达数据采集系统包括雷达阵列天线（集成主机）、GPS精确定位系统、控制中心、工程车等，将三维探地雷达图像、图像坐标位置、地表特征物、标记等多种数据信息同步采集，融入到原始数据中。该系统可对城市道路进行地毯式、全覆盖普查探测，得益于这种全新的数据采集模式，技术人员通过一幅幅雷达剖面，和不同方向的“切片”判断分析地下异常的位置、形态以及危害程度，并提出施工建议。 3三维探地雷达异常识别 3.1正常路面基层的标准雷达异常图像 由于路面为层状结构，每一层铺筑的材料具有一定的介电性差异，因此，对于正常路面基层的雷达异常图像的波相同相轴或色谱图将呈现为近水平线型展布，每一层内的信号强度基本一致，反映在图象上无明显变化。 3.2富水体 富水体的相对介电常数大于周边土体，随着含水量的增大，相对介电常数差异越大。雷达图谱通常为顶面反射信号能量较强，下部信号衰减明显，同相轴较连续、频率变化不明显。 3.3道路局部密实不均匀 路面基层内若存在局部密实不均（压实度，离析，湿度）必然会导致介电常数的不同，电磁波在此发生反射，地面可接收到相应的雷达剖面异常图像。这种密实不均体界面处引起的异常幅度一般变大，判断其边界的定性方法为：依据在不均匀体边界处有连续的反射波同相轴中断或弯曲分布，其波长变长，波幅明显变化，波组特征也发生明显变化。 3.4公路局部脱空或空洞 从理论上讲，在面层和基层结合密实区，层间反射弱，波形平缓、规则、无杂乱反射存在。当路面积水未及时排出时可能导致地表水下渗，使面层与基层之间逐渐疏松，局部甚至脱空或空洞。脱空、空洞的相对介电常数为1，与土体的相对介电常数（6～40）差异明显此时，层间介质的介电常数差异较大，依据雷达波反射界面与波的传播特性，反射界面明显、传播速度降低。空洞异常区雷达图谱通常为反射信号能量强，反射信号的频率、振幅、相位变化异常明显，下部多次反射波明显，边界可能伴随绕射现象。 4应用实例分析 4.1探地雷达数据采集 为全面了解上海某道路下方塌陷空洞的三维空间分布，利用三维探地雷达技术对塌陷区进行了三维探测。在道路表面布置了一个1.0m×0.5m的三维测网，平行路面布置了12条间距为0.5m的测线，垂直路面布置了11条间距为1.0m的测线，探测设备采用意大利IDS公司生产的RIS-K2型探地雷达系统；为兼顾探测深度和分辨率，本次探测采用400MHz屏蔽天线，采样点数为512个，时窗长度为100ns。为采集到高精度雷达数据，采用50m皮尺定点并采用自动叠加、连续扫描模式，每隔1m做一个标记，以修正天线移动速度不均匀引起的记录道的位置错位。 4.2数据处理 探地雷达数据处理是利用数学方法压制雷达剖面的噪声，提高电磁波信号的信噪比，获取与地下介质有关的速度、振幅、频率和相位等特征信息，从而为雷达剖面的地质解译提供高质量的雷达剖面。野外采集的原始雷达数据中来自地下塌陷位置的反射波非常微弱，加之采集现场运行的挖掘机、道路旁边的高压线使得采集的GPR数据包含大量噪声，因此需要经过处理才能压制噪声，提高反射波的信噪比，以利于雷达剖面的解释。数据处理主要采用零时校正、直流滤波、带通滤波、自动增益和时深转换。其中，零时校正主要是消除天线离地和天线延时的影响；直流滤波主要是切除电磁波中含有的直流成分；带通滤波的主要目的是消除地表环境如挖掘机、高压线工作产生的噪声影响；增益主要是补偿电磁波在地下介质中传播时衰减的能量；时深转换主要是将时间剖面转换为深度剖面。 4.3三维探测结果与分析
地铁区间隧道地下空洞的探测及处理 【摘要】城市地下由于地质及长期人类活动经常会形成部分地下空洞，地下空洞的存在可能会对地铁施工产生较大的安全隐患。本文主要介绍了采取地质雷达结合地面钻孔及隧道内超前钻孔进行地质预报对地下空洞进行探测的方法。并在探明地下空洞的位置、范围及充填状况后，采取对应的注水泥砂浆或回填混凝土处理的施工方法。有效的解决了地下空洞对工程施工及后期运营的影响。 一、地下空洞的成因及危害 城市地下空洞的形成原因较为复杂，在灰岩地段主要是由于地下水的侵蚀作用形成的岩溶空洞。在其它围岩地段主要是由于地层起伏较大加上后期的人类工程行为的多次改造处理而产生。地下工程施工引起的地层失水，在地面硬壳层与以下地层间也易形成地下空洞。此外，陈旧的地下管井、人防工事等早期废弃构筑物也是形成地下空洞的原因之一。 地铁隧道埋设在地下30m以内的中浅层空间，多属于浅埋，具备浅埋隧道的地质特点。部分空洞位于隧道的高程位置，与隧道的交叉关系分为与隧道断面交叉，在隧道断面以外（隧道底面以下）两种情况，因地质资料只能反应局部的情况，地下空洞的详细空间形状不详，也可能存在地下洞穴延展到隧道以上的情况。空洞多半为半填充、无填充状态，充填物为粉质粘土，洞穴周边裂隙发育，地下水活动频繁，是过水通道。 地下空洞的存在对地铁施工的危害巨大，施工中引起的地层损失极易引起地面下沉或坍塌，并容易发生坍塌冒顶现象，易瞬间发生重大事故，近期出现的地铁坍塌事故都或多或少的与地下空洞有关。现有的地质勘察一般较难发现，只能在工程实施过程中采取补充钻探、超前钻孔及加强工程技术措施，减小其灾害程度。 二、地下空洞的探测 地下空洞根据其充填物的状态分为水囊、气囊、球形风化的削弱带或孤石、杂物等，因其充填状态复杂，其力学性能与土力学的基本原则相去甚远，难以探测。 在部分工程实践中，曾以地质雷达进行探测，但通过钻孔检测与其进行对比，发现地质雷达对5m深度范围内的水囊、气囊可基本探明地下空洞的位置及范围，对5m以下和其它类型的地下空洞基本不具备参考价值。目前主要的技术手段仍主要是通过地质钻孔，根据探测取出的充填物的性状，根据经验来判断。
探地雷达使用提纲 1、适用范围及适用条件 2、设计规范及收费标准 3、不同地质情况的雷达波形特征 1、适用范围及适用条件 1.1适用范围： 探地雷达法适用于基岩深度、水位深度、软土层厚度与深度，断裂构造等地质工程探查，城市路面塌陷、岩溶塌陷、土洞、滑坡面等地质灾害调查，地下水污染带监测，地基加固效果评价，路面、机场跑道、洞室衬砌检测，堤坝隐患，地下泄露，地下管线及其他埋设物探测，考古探查等。 1.2适用条件： （1）探测目的体与周边介质之间应存在明显介电常数差异，电性稳定，电磁波发射信号明显； （2）目的体在探测深度或距离范围内，其尺寸应满足探测分辨率的要求； （3）测线上天线经过的表面应相对平缓，无障碍，且易于天线移动； （4）测区内不应存在大范围金属构件、无线电发射频源等较强的电磁波干扰，或通过处理无法消除的干扰； （5）不应存在极低阻屏蔽层； （6）单孔或跨孔检测时不得有金属套管； 2地质雷达测线测点设计规范及收费标准 2.1测线测点设计规范 2.1.1工程物探应根据任务要求、探测方法、目的物的规模与埋深等因素综合确定工作比例尺，测网布置应与工作比例尺一致，测网密度应能保证异常的连续、完整和便于追踪； 2.1.2布置测线时，测线方向宜避开地形及其它干扰的影响，应垂直于或大角度相交于目的物或已知异常的走向，岩溶、采空区、防空洞等走向多变体的探测宜布设两组相互正交的测线； 2.1.3测线长度应保证异常的完整和具有足够的异常背景； 2.1.4探测范围内有已知点时，测线应通过或靠近该已知点的布设；
2.1.5点测时，测点布设位置、测量应满足资料解释推断的需要； 2.1.6工作比例尺确定后，宜参照表1选择测网密度。 表1 工作比例尺与测网密度 比例尺线距（m）点距（m）点测（点/km2）1∶25000 250 25－50 10－20 1∶10000 100 10－20 80－120 1∶5000 50 10－20 300－400 1∶2000 20 5－10 2000－2500 1∶1000 10 1－5 －－ 1∶500 5 0.5－2 －－ 2.2收费标准 地质雷达探测收费参见《工程勘察设计收费标准》第7章——工程物探，收费标准见表2 表2 地质雷达收费标准 地质雷达 工作方式工程勘探路面质量点测点20 （元/点）20（元/点） 连续km 13500（元/km）6300（元/km）探淤深度>10m，附加调整系数为1.3；不足4个组日按4个组日计
第二讲国内外地质雷达技术发展状况（历史与现状） 探地雷达的历史最早可追溯到20世纪初，1904年，德国人Hulsmeyer首次将电磁波信号应用与地下金属体的探测。1910年Leimback和Lowy以专利形式在1910年的专利，他们用埋设在一组钻孔里的偶极子天线探测地下相对高的导电性质的区域，并正式提出了探地雷达的概念。1926年Hulsenbeck第一个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路，指出只要介电常数发生变化就会在交界面会产生电磁波反射，而且该方法易于实现，优于地震方法[1,2]。但由于地下介质具有比空气强得多的电磁衰减特性，加之地下介质情况的多样性，电磁波在地下的传播比空气中复杂的多，使得探地雷达技术和应用受到了很多的限制，初期的探测仅限于对波吸收很弱的冰层厚度（1951，B.O.Steenson，1963，S.Evans）和岩石和煤矿的调查（J.C.Cook）等。随着电子技术的发展，直到70探地雷达技术才重新得到人们的重视，同时美国阿波罗月球表面探测实验的需要，更加速了对探地雷达技术的发展，其发展过程大体可分为三个阶段： 第一阶段，称为试验阶段，从20世纪70年代初期到70年代中期，在此期间美国，日本、加拿大等国都在大力研究，英国、德国也相继发表了论文和研究报告，首家生产和销售商用GPR的公司问世，即Rex Morey和Art Drake成立的美国地球物理测量系统公司（GSSI），日本电器设备大学也研制出小功率的基带脉冲雷达系统。此期间探地雷达的进展主要表现在，人们对地表附近偶极天线的辐射场以及电磁波与各种地质材料相互作用的关系有了深刻的认识，但这些设备的探测精度、地下杂乱回波中目标体的识别、分别率等方面依然存在许多问题。 第二阶段，也称为实用化阶段，从20世纪70年代中后其到80年代，在次期间技术不段发展，美国、日本、加拿大等国相继推出定型的探地雷达系统，在国际市场，主要有美国的地球物理探测设备公司（GSSI）的SIR系统，日本应用地质株式社会（OYO）的YL－R2地质雷达，英国的煤气公司的GP管道公司雷达，在70年代末，加拿大A－Cube公司的Annan和Davis等人于1998年创建了探头及软件公司（SSI），针对SIR系统的局限性以及野外实际探测的具体要求，在系统结构和探测方式上做了重大的改进，大胆采用了微型计算机控制、数字信号处理以及光缆传输高新技术，发展成了EKKO Ground Penetrating Radar 系列产品，简称EKKO GPR系列。瑞典地质公司（SGAB）也生产出RAMAC 钻孔雷达系统，此外，英国ERA公司、SPPSCAN公司，意大利IDS公司、瑞典及丹麦也都在生产和研制各种不同型号的雷达。80年代全数字化的GPR问世，具有划时代的意义，数字化GPR不仅提供了大量数据存储的解决方案，增强了实时和现场数据处理的能力，为数据的深层次后处理带来方便，更重要的是GPR 因此显露出更大的潜力，应用领域得以向纵身拓展。 第三阶段，从上个世纪80年代至今，可称为完善和提高阶段。在此期间，GPR技术突飞猛进，更多的国家开始关注探地雷达技术，出现了很多探地雷达的研究机构，如荷兰的应用科学研究组织和代尔夫大学，法国_德国的Saint-Louis 研究所（ISL），英国的DERA，瑞典的FOA，娜威科技大学和地质研究所，比利时的RMA，南非的开普敦大学，澳大利亚昆士兰大学，美国的林肯实验室和Lawrence Livermore国家实验室以及日本的一些研究机构等等。同时，探地雷达也得到了地球物理和电子工程界的更多关注，对天线的改进、信号的处理、地下目标的成像等方面提出了许多新的见解。GSSI公司在商业上取得了极大的成功，
一、地下空洞、地下管线，路面裂缝探查 方法：利用探地雷达检测 仪器：SIR雷达 检测原理：如图1所示探地雷达由发射电路、发射天线、控制面板、接收天线、接受电路、笔记本电脑及光缆等组成。探地雷达的两块板式天线紧贴目的体表面，发射天线发射的电磁波遇反射层后产生反射回波信号。由接收天线接收并直接将该信号数字化。然后由笔记本电脑收集并记录，每一测点视时窗大小仅需几秒或十几秒即可完成采集任务，可以方便地实现连续采集和连续记录，易于图像解释。探地雷达图像解释的基础是研究电磁波的传播特性，因此主要是通过找寻反射界面来判断得出目的体的几何形状和物理特征介质的电性质差异和物性差异成为衡量探地雷达适用与否的主要标准，介质间的物性差异越大，二者间的界面越易于分辨。 图1 仪器技术参数如下：
检测过程：根据实际情况采用0.5m至1m不等的观测点距，采用不同的天线中心频率探测道路不同深度的空洞情况。 二、已建建筑沉降监测 在本测区内，应设5个以上基准点，相互之间距离不超过60m,以便相互校准，基准点要设置在距建筑物一定距离以外的稳定地方，且有良好的通视条件。沉降采用闭合线路二等水准测量方法进行，工作基点用作直接测定观测点的起始点或终点，利用DS1水准仪进行沉降点的沉降观测。观测点的布设：为了能够反映出建筑物的准确沉降情况，应以建筑物的大小、荷重及基础构造等因素来确定观测点的位置，沉降观测点纵、横向对称，且均匀地分布在建筑物的周围及内部。一般建筑物承重柱、转角处、沉降缝的两侧、纵横墙交接处或每隔 10～20m的承重墙上设置观测点。 三、已建建筑倾斜监测 方法：经纬仪法
仪器：经纬仪 原理：在需观测墙面上设上，下两个测点 A 、B ，其高差为H 。在该墙面垂线方向设立一个稳定的点作为测站。并选择一个稳定的后视点开始量测时测出A 、B 两点对后视点的夹角OB OA αα, (该值为初始值)及测站至A 、B 两点之间的距离B A d d ,。图 2为 A 点计算简图。 变形前建筑物 A 点为实线位置，变形后移至虚线位置，第 i 次量测相对第1次(初始 值)的角度变化值为A ?,，最后倾斜度为： 四、地下水位检测 仪器：LEVEL 检测原理：根据压力与水深成正比关系的静水压力原理，运用压敏元件作传感器的水位汁。当传感器固定在水下某一测点时，该测点以上水柱压力高度加上该点高程，即可间接地测出水位。 仪器参数： 尺寸 直径22毫米，长度154毫米 重量 179克 外壳材 质 氮化镐 压力传感器材 质 陶瓷 采样频 率 0.5秒到99小时 内存 2×40000个数据 电池寿命 8到10年
. . . . 隧道衬砌质量地质雷达无损检测技术 1 前言 1.1工艺概况 铁路隧道衬砌是隐蔽工程，用传统的目测或钻孔对其质量进行检测有较大的局限性；应用物理勘探的方法对隧道衬砌混凝土进行无损检测，可取得快速、安全、可靠的效果。 1.2工艺原理 电磁反射波法（地质雷达）由主机、天线和配套软件等几部分组成。根据电磁波在有耗介质中的传播特性，当发射天线向被测介质发射高频脉冲电磁波时，电磁波遇到不均匀体(接口)时会反射一部分电磁波，其反射系数主要取决于被测介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到探测识别目标物体的目的(图1)。 图1 地质雷达基本原理示意图 电磁波在特定介质中的传播速度是不变的，因此根据地质雷达记录的电磁波传播时间ΔT，即可据下式算出异常介质的埋藏深度H： H V T =??2(1)
式中，V 是电磁波在介质中的传播速度，其大小由下式表示： V C =ε (2) 式中，C 是电磁波在大气中的传播速度，约为3.0×108m/s ； ε为相对介电常数，不同的介质其介电常数亦不同。 雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数可表示为： 212 1εεεε+-=r (3) 反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差越大，反射信号越强。 雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和波的频率。电导率越高，穿透深度越小；频率越高，穿透深度越小。 2 工艺特点 电磁反射波法（地质雷达）能够预测隧道施工中衬砌的各种质量问题，分辨率高，精度高，探测深度一般在0.5m ～2.0m 左右。利用高频电磁脉冲波的反射，中心工作频率400MHz/900 MHz/1500 MHz ； 采用宽带短脉冲和高采样率，分辨率较高； 采用可调程序高次迭加和多波处理等信号恢复技术，大大改善了信噪比和图像显示性能。 （1）操作简单，对工作环境要求不高； （2）对衬砌隐蔽工程质量问题性质判断一般精度较高，分辨率可达到2～5cm ，检测的深度、结构尺寸以及里程偏差或误差小于10%，缺陷类型识别准确度达95%以上； （3）通过专业的RADAN 6.0分析软件，专业的技术人员可以迅速的完成数据处理等。 3 适用范围 地质雷达有其适用范围和适用条件，目标体与周围介质是否存在足够的电性
第1题 由于松散体内部充填不同性状的土体排列无规律，因此松散体内部在雷达图像上表现为杂乱的，随深度的增加，电磁波逐渐 A.强反射波，增大 B.强反射波，衰减 C.弱反射波，增大 D.弱反射波，衰减 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第2题 空洞内部会形成明显的多次反射波组，形态大致为一倒悬（） A.双曲线 B.抛物线 C.折线 D.圆曲线 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第3题 数据处理的一般流程为: 原始数据的编辑- > 滤波- >设定时间零点- >频谱分析- >（）- >属性分析、剖面叠加等- >增益- >速度求取- >高程修正- >剖面输出 A.增益 B.滤波 C.去噪 D.时窗选取 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第4题 反射系数的大小主要取决于反射界面两侧介质介电常数的差异, 差
异越大反射信号（）, 反之反射信号（） A.越强，越差 B.越强，越好 C.越弱，越差 D.越弱，越好 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第5题 地质雷达法是一种采用（）电磁波信号检测地下介质分布的方法 A.宽脉冲宽带高频 B.窄脉冲宽带高频 C.宽脉冲宽带低频 D.窄脉冲宽带低频 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第6题 遇到不同的介质或介质中裂隙或孔隙发育程度不同时, 电磁波的反射系数、衰减系数、以及（）是不一样的 A.传播速度 B.旅行时间 C.反射波频率 D.反射波振幅 答案:C 您的答案：C 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第7题 现阶段，地质雷达探测技术可以检测道路路面以下（）米范围内的空洞、疏松等路基缺陷，确定道路缺陷的位置、大小及埋深 A.4 B.5
第1题 由于松散体部充填不同性状的土体排列无规律，因此松散体部在雷达图像上表现为杂乱的，随深度的增加，电磁波逐渐 A.强反射波，增大 B.强反射波，衰减 C.弱反射波，增大 D.弱反射波，衰减 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第2题 空洞部会形成明显的多次反射波组，形态大致为一倒悬（） A.双曲线 B.抛物线 C.折线 D.圆曲线 答案:A 您的答案：D 题目分数：5 此题得分：0.0 批注： 第3题 数据处理的一般流程为: 原始数据的编辑- > 滤波- >设定时间零点- >频谱分析- >（）- >属性分析、剖面叠加等- >增益- >速度求取- >高程修正- >剖面输出 A.增益 B.滤波 C.去噪 D.时窗选取 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第4题 反射系数的大小主要取决于反射界面两侧介质介电常数的差异, 差
异越大反射信号（）, 反之反射信号（） A.越强，越差 B.越强，越好 C.越弱，越差 D.越弱，越好 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第5题 地质雷达法是一种采用（）电磁波信号检测地下介质分布的方法 A.宽脉冲宽带高频 B.窄脉冲宽带高频 C.宽脉冲宽带低频 D.窄脉冲宽带低频 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第6题 遇到不同的介质或介质中裂隙或孔隙发育程度不同时, 电磁波的反射系数、衰减系数、以及（）是不一样的 A.传播速度 B.旅行时间 C.反射波频率 D.反射波振幅 答案:C 您的答案：D 题目分数：5 此题得分：0.0 批注： 第7题 现阶段，地质雷达探测技术可以检测道路路面以下（）米围的空洞、疏松等路基缺陷，确定道路缺陷的位置、大小及埋深 A.4 B.5
RDscan道路空洞探测技术简介 一用途与特点 （1）主要用途 RDscan主要用于城市道路、地铁、场地的工程地质勘查、工程病害诊断和工程治理效果评价等领域。用于道路结构、地质结构、道路脱空、路面坍塌、地铁次生病害以及隐避工程等地质与工程对象的精细勘查。 （2）技术背景 随着城市的发展，道路、地铁以及地下结构等工程建设迅猛发展，道路塌陷等次生灾害频繁发生。工程地质勘查、工程灾害诊断等服务需求益日激增，需要探测的深度由3m增加到30m。地震与电法勘探不但分辨率低，而且难以适应城市道路与交通的严酷环境。地质雷达的分辨率虽然很高，但是探测深度太浅，难以解决实际的工程需要。目前，城市内30m深度的探测对工程物探领域还是一个空白。RDscan技术正是为填补这一空白而开发的，它具有如下独到的特点。 （3）RDscan主要技术特点： 1 分辨率高，探测深度大：垂直分辨率达15cm，相当于400M雷达；探测深度30m，相当于雷达探测深度的10倍； 2 抗干扰性强，不需中断交通； 3 拖缆接收，不破损路面，检测速度快； 4 实时成像，现场扫描成像，即时发现地质问题； 二设备组成与技术指标 （1）设备组成 RDscan为软硬一体化智能设备，能够像做雷达扫描一样做地震探测。主要设备包括主机、拖缆、电磁脉冲震源三部分。
图1 RDscan 主机 图2 RDscan 接收拖缆 图3 RDscan 工作方式 （2）主要技术指标 通道：16、32 可选； 采样动态： 24Bit ， 采样频率：156kHz ； 电缆频带：20Hz —20kHz ， 检波器间距：25cm ，50cm ； 内置电池：8小时， 触发方式：有线、无线（可选）； 电磁震源瞬时功率：900kw 激震出力：10 KN （探测深度100m ） 三 技术性能优势
减免税进口仪器、设备说明 今有中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院进口Scintrex公司CG-5型重力仪一套。 一、仪器主要部分 1.灵敏系统：主要部件由一个矩形石英框架支撑着，用一个支杆固定在密封器顶盖上。灵敏系统的位移方式属角位移。 2.测量系统：由测读装置、测程调节装置及纵、横水准器等组成，测量出弹簧长度变化后经过电子系统转化成电流的大小，从而数字化将测量值显示到主机显示屏上。 二、仪器性能 相比较其他传统金属弹簧重力仪而言Scintrex公司生产的CG-5型重力仪不容易产生掉格现象从而保证了更高的测量精度和稳定性： （一）石英材料的滞后作用比金属材料小。对于悬挂承重的石英弹簧来说，一旦去掉承重，弹簧就会精确地恢复原状，而一个金属弹簧则会保持一定的记忆。Scintrex所制造的石英传感器是整体铸造，包括石英弹簧及其悬挂连接点是一个整体结构，它的滞后作用比类似的金属部件要小许多。
（二）传感器的所有联结点，象悬挂弹簧的支点和石英弹簧本身焊成一个整体。相反，金属弹簧重力仪的各种功能部件都是通过机械连接装配在一起的。所以整体熔凝的石英传感器不会出现部件之间的滑移或内部变形。这是使石英传感器不易产生掉格的又一个重要原因，也使它很少出现测试数据混乱的现象。 （三）石英弹簧比金属弹簧具有比较大的温度系数，并且石英弹簧传感器是垂直悬挂式弹簧，对于相同的重力值，它的弹簧伸长比金属弹簧重力仪中的金属弹簧小。三、仪器工作原理 Scintrex公司CG-5型重力仪采用无静电熔凝石英材料做为传感器，是基于一种垂直悬挂式石英弹簧，弹簧末端的重锤上悬挂一根测量弹簧。当作用在重锤上的重力发生变化时，可以伸缩测量弹簧，使摆杆改变原来的静平衡位置。这样通过测量弹簧的伸缩量来测定重力的变化。重力变化同弹簧的伸缩量成线性关系，从而勘探地表重力场变化的先进仪器。 通过测定地表各点上的重力加速度的值，对地下介质和地质体的分布做出推断。 四、仪器技术参数 传感器类型：无静电熔凝石英 测量范围：8000mGal，不用重置 自动修正：潮汐、仪器倾斜、温度、噪声、地震噪声 尺寸：30cmX21cmX22cm 重量（含电池）：8kg 电池容量：2X6Ah(10.78V) 袖珍锂电池 功耗：25°C时4.5W 工作温度：-40～+45°C 环境温度修正：通常0.2microGal/°C 大气压力修正：通常0.15microGal/kPa 磁场修正：通常1microGal/Gauss(微伽/高斯) 五、仪器在教学中的应用 该仪器是我院“地球物理学”专业和“地球探测与信息技术”专业勘探地质构造、
地质雷达探测报告项目名称： 委托单位： 检测类别：一般委托 二O一四年五月十五日
目录 1. 概述 (1) 2. 探测仪器及主要参数 (1) 3. 探测依据 (1) 4. 测试成果 (1) 附件：雷达探测成果图 (2)
长沙地铁一号线七标黄土岭站～涂家冲站 区间隧道上覆地层（涂家冲加油站附近）病害探测报告 1. 概述 受****************的委托，我单位会同委托单位相关技术人员，于2014年5月15日对委托单位承担的*****地铁一号线*******区间隧道上覆地层（******附近）病害情况进行了雷达探测。 2. 探测仪器及主要参数 仪器：瑞典RAMAC/GPR探地雷达 50MHz天线一对 主要参数： 采样频率：500MHz 样点数：456 迭加次数：自动迭加 时间窗口：800ns 采集方式：剖面法，收发距1米，点触发 采集点距：0.1米 探测范围：DK23+105.2～DK23+075.2 3. 探测依据 略。 4. 测试成果 根据雷达的现场测试数据，采用REFLEXW软件分析得出拟改隧道外侧壁点阵灰度雷达图（附件）。
（1）整个测线范围未见大的空洞病害； （2）左线： DK23+100～DK23+075路面下10m、(靠辅道侧) DK23+080～DK23+105路面下5m深度范围内，地层松散，北侧含水量较大； （3）右线：DK23+100～DK23+080路基层下，有明显的反射界面，可能存在脱空缺陷。 注：实际探测过程中，受过往车辆和护栏干扰较大，结果仅作参考。 以下无正文内容！ 二O一四年五月十五日附件：雷达探测成果图