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研究城市道路地下空洞探测的地质雷达技术祖伟业发布时间：2021-09-07T04:01:05.160Z 来源：《中国科技人才》2021年第17期作者：祖伟业[导读] 随着城市现代化建设步伐的不断加快，对城市道路地下空洞探测也提出了全新要求，不仅要满足速度快和分辨率高等要求，同时还需要使设备的机动灵活性以及抗干扰能力得到有效增强。
中矿华安能源科技（北京）有限公司北京 102206摘要：随着城市现代化建设步伐的不断加快，对城市道路地下空洞探测也提出了全新要求，不仅要满足速度快和分辨率高等要求，同时还需要使设备的机动灵活性以及抗干扰能力得到有效增强。
本文针对城市道路地下空洞探测中地质雷达技术应用进行分析，介绍了地质雷达工作原理，探讨了城市地下空洞的物性特征及形成原因，分析了地质雷达技术应用条件和影响因素，并提出地质雷达技术的工作方法，希望能够为相关工作人员起到一些参考和借鉴。
关键词：城市道路；地下空洞探测；地质雷达技术；工作方法绪论随着人们对城市地下空间的开发和利用力度不断加大，大型地铁建设工程的数量也在不断提升，而由于受到施工环境以及地质条件等方面因素所带来的影响，进而导致地下工程建设存在相应的危险性和不确定性，容易出现地面沉降、下陷等问题。
对此，需要相关技术人员对地质探测技术进行合理改进和创新，从而进一步保证地下工程施工安全性，为人们的生命财产安全提供保障。
一、地质雷达工作原理地质雷达属于无损探测仪器，其主要采用宽频带高频电磁波信号，可以对介质分布进行有效探测。
具体来说，地质雷达通过天线可以对电磁波反射信号进行发射和接收，并在测线上对天线进行移动，从而对相关剖面图像进行获取。
地质雷达天线发射端可以向地下有效发射相应的高频电磁波，而电磁波信号在地下传播时在于不同介质界面相遇时会有反射现象发生，和发射端同步移动的天线接收端，可以对发射电磁波进行接收，之后利用雷达主机对反射的电磁波波形特征进行精确记录。
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。
由于空洞内填充的介质与周边的介质存在明显的电性质差异，电磁波会在空洞的界面处发生反射，反射的电磁波由地面的接收天线接收，根据电磁波发射与反射波返回的时间差和介质中电磁波的传播速度来确定空洞距测量表面的距离，达到检出地下空洞位置的目的。
电磁波传播时间与空洞深度的关系如下：其中：z：目标体深度，单位米；v：电磁波在介质中的传播速度，单位米/秒；c：电磁波在真空中的传播速度；：介质的相对介电常数，无单位；t：地质雷达记录的电磁波传播时间。
通过这个公式，可以将雷达接收到的双程走时转换为反射目标体的深度。
地质雷达的工作原理见图1。
地质雷达主要利用宽高频时域电磁脉冲波的反射探测目标体。
瑞利波探测仪探测空洞的探索作者：高子勇赵军杰来源：《中国高新技术企业》2013年第14期摘要：瓦斯事故是影响煤矿安全生产的一大因素，是生产过程中需要预防的技术瓶颈。
国内外科研机构和生产单位投入大量的人力物力研究新技术、探索新方法。
煤炭科学研究总院西安研究院研制生产的YTR（D）瑞利波探测仪能够准确探知50m范围内的介质分布情况。
根据实际需要利用瑞利波仪器，通过对其探测理论的学习及延伸，尝试在地面做空洞探测，探索研究特征曲线，尝试开发仪器新功能，以满足井下安全生产的需要。
关键词：瑞利波探测仪；施工布置；数据采集；井下施工中图分类号：TD71 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）21-0016-02平禹煤电公司四矿曾于2008年8月1日和2010年10月16日发生煤与瓦斯突出事故，前者突出煤量2554吨，突出瓦斯量约26万m3，后者突出煤量2500吨，突出瓦斯量约17万m3，突出区域局部形成了不规则的空洞，为了了解该空洞的形状及范围，根据矿井生产需要，决定使用瑞利波对该区域进行探测。
1 瑞利波探测仪仪器原理简介瑞利波探测仪是由煤炭科学研究院西安研究院研制，型号为YTR（D），是由探测主机、人工震源垫、铜锤、钢钎、六道检波器及一道触发器组成。
它是利用特定波段（瑞利波）在不同介质中及介质分界面传播速率的变化，并以波的反射形式触发，由检波器接收信号，从而达到采集数据的目的。
其施工方法见图1：瑞利波是采用瞬态波进行工作的，它由震源产生一定带宽的脉冲，通过测线上相距震源不同距离的接收传感器，进行信号数据采集，利用FFT（快速付里叶变换）和频谱分析技术，通过相干函数的互功率谱相位展开谱，从而得到两个记录信号在不同频率下瑞利波在传播过程中由于时滞而产生的相位差，根据两路不同频率信号的相位差就可计算出传播时间和速度。
由传感器各点布置的已知距离，可求得不同频率瑞利波的相速度，同时由此得到测点的瑞利波频散曲线。
地下空洞探测解决技术方案目录一、内容简述 (3)1.1 项目背景 (3)1.2 项目目标 (4)1.3 技术路线 (5)二、地下空洞探测技术概述 (6)2.1 地下空洞探测的重要性 (7)2.2 现有探测技术分类 (8)2.2.1 地震波探测技术 (9)2.2.2 地质雷达探测技术 (11)2.2.3 地磁探测技术 (12)2.2.4 电法探测技术 (13)2.2.5 其他探测技术 (15)三、技术方案设计 (16)3.1 数据采集与处理 (17)3.1.1 数据采集方法 (18)3.1.2 数据预处理 (19)3.1.3 数据分析方法 (20)3.2 地下空洞探测方法 (21)3.2.1 地震波探测方法 (23)3.2.2 地质雷达探测方法 (24)3.2.3 地磁探测方法 (25)3.2.4 电法探测方法 (26)3.2.5 多技术综合探测方法 (27)3.3 设备与仪器选择 (28)3.3.1 地震波探测设备 (29)3.3.2 地质雷达探测设备 (31)3.3.3 地磁探测设备 (32)3.3.4 电法探测设备 (34)四、方案实施与优化 (36)4.1 施工准备 (38)4.1.1 施工场地选择 (38)4.1.2 施工人员培训 (39)4.1.3 施工设备调试 (40)4.2 探测实施 (41)4.2.1 探测过程监控 (42)4.2.2 数据实时处理 (43)4.2.3 异常情况处理 (45)4.3 结果分析 (46)4.3.1 数据解释 (47)4.3.2 空洞定位与尺寸估算 (49)4.4 方案优化 (50)4.4.1 技术参数调整 (51)4.4.3 施工方法改进 (53)五、技术应用案例分析 (53)5.1 案例一 (54)5.2 案例二 (55)5.3 案例三 (56)六、结论与展望 (58)一、内容简述本文档旨在全面阐述地下空洞探测技术的解决方案，首先，我们将对地下空洞探测的重要性进行概述，强调其在保障工程安全、资源保护和环境保护等方面的关键作用。
个人总结市政检测人员雷达道路空洞检测作为一名市政检测人员，我负责雷达道路空洞检测工作已经有一段时间了。
在这个岗位上，我深刻认识到雷达技术在道路空洞检测中的重要性，并且通过不断学习和实践，不断提升了自己在这一领域的专业水平。
首先，雷达技术在道路空洞检测中的应用是非常关键的。
作为一种非接触式的检测手段，雷达技术能够快速、准确地获取道路下方的地质信息，包括洞穴、沉降、石化等问题。
相比传统的人工探测方法，雷达技术具有效率高、成本低以及对交通造成较小干扰等优点。
因此，在道路养护和修复中，雷达道路空洞检测技术的应用是非常有必要的。
其次，雷达道路空洞检测需要具备一定的专业知识和技能。
首先，需要掌握雷达设备的操作原理，熟悉设备的功能和特点。
其次，需要了解不同地质情况下，雷达信号在地下的反射和传播规律，进而对检测结果进行解读。
另外，还需要具备数据分析和处理能力，能够根据检测结果提供有效的建议和解决方案。
这些要求使得雷达道路空洞检测人员需要不断学习和实践，不断提升自己的专业能力。
雷达道路空洞检测的具体操作流程一般包括以下几个步骤。
首先，确定检测区域，并根据实际情况选择合适的雷达设备。
然后，进行场地勘测，包括对地形、地貌、土壤情况等的了解，以及确定检测点的位置和布置。
接下来，进行雷达设备的设置和校准，确保设备能够正常工作。
然后，开始实施雷达测量，将雷达设备放置在检测点上，进行数据采集。
最后，对采集到的数据进行分析和处理，生成报告，并根据需要提供相应的建议和解决方案。
在实际的工作中，我深刻体会到了雷达道路空洞检测的重要性和挑战性。
一方面，雷达道路空洞检测能够为道路养护和修复提供准确的数据和信息，能够帮助有关部门及时提出解决方案，保障道路的安全和稳定。
另一方面，雷达道路空洞检测的操作流程比较繁琐，需要在不同地质环境下进行操作，对操作人员的专业素质和技能都有一定要求。
为了不断提升自己在雷达道路空洞检测中的专业水平，我会继续学习和积累经验。
三维雷达检测道路空洞原理今天来聊聊三维雷达检测道路空洞的原理。
我们平时走在路上的时候，如果路面下有空洞，就像踩在一个“陷阱”上，不知道什么时候就会塌陷，特别危险。
那怎么提前发现这些空洞呢？这就用到三维雷达检测了。
咱们可以把道路想象成一个大大的蛋糕，不同的层数就好比道路不同的结构层，像最上面的奶油层就是道路的路面层，下面的蛋糕胚层就像路基之类的结构。
如果这个蛋糕里面有个小空洞，就好像道路里有空洞一样。
三维雷达发出雷达波，这雷达波啊，就像一个个小小的“探测器精灵”。
当这些“小精灵”以光速的速度向道路里射进去的时候，如果道路结构都是均匀、密实的，那它们跑起来就很顺畅，反射回来的信号也比较有规律。
但是，如果道路下面有空洞，就好比这些“小精灵”碰到了“陷阱深渊”，会出现强烈的反射或散射现象。
三维雷达就特别机灵地收集这些反射回来的信号，然后根据信号传播的时间、强度等特征，精确地算出空洞在哪里，有多大。
说到这里，你可能会问，这反射回来的信号怎么就能被准确算出来空洞的情况呢？这就涉及到一些专业的知识了。
雷达发射和接收信号的时间差，可以被用来计算距离。
比如说，你喊一嗓子听到回声，通过声音传播的时间可以算出到障碍物的距离，雷达波也是这个道理。
不同强度的反射信号就像是在告诉我们这个“障碍物”，也就是空洞的一些特性，比如是大空洞还是小空洞。
老实说，我一开始也不明白，为什么一定要用三维雷达呢？二维的不行吗？后来我才知道，二维雷达只能得到一个平面的信息，就像给道路拍一张平面照片，而三维雷达相当于给道路做了一个立体的“透视扫描”，能得到更全面准确的空空洞信息。
在实际应用中，比如在城市里，有一些老旧的城区道路，由于地下管道的老化或者地下溶洞的存在可能导致道路下有空洞出现。
通过三维雷达检测，市政部门就能有的放矢地进行修补，避免发生塌陷等危险情况。
不过要注意的是，三维雷达检测也不是万能的，像如果地下有某些特殊的金属结构或者是其他干扰源的时候，会影响检测结果。
路面地下空洞检测及修复方案探究
樊杰
【期刊名称】《大众标准化》
【年(卷),期】2024()9
【摘要】在探究北京市某区域内道路地下空洞检测及修复方案时,发现虽然现有技术手段如人工检测、闭路电视(CCTV,英文为Closed Circuit Television Inspection,简称CCTV检测)检测及二维地质雷达等能够识别地下异常区域,但在精确性、效率及综合性分析方面仍面临挑战。
地质雷达探测虽提供关键数据,两处异常区的精确探查亟需更高效、更精确的技术方案。
修复方案设计通过应用改良的路面结构钻孔取芯机及其加长杆改装,依据调查结果,提出针对性修复方案,包括管道修复、路基土体加固及路面修复,旨在实现路面的长期稳定性与安全性。
通过对问题与原因的深入分析,结合先进的检测技术与修复策略,可以显著提升道路修复工作的效率与质量,确保交通安全与道路服务寿命。
针对具体检测与修复技术提供实证分析,为类似城市基础设施问题提供参考。
【总页数】3页(P176-178)
【作者】樊杰
【作者单位】北京市政路桥管理养护集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U41
【相关文献】
1.沥青路面地下空洞的处治探讨
2.城市道路地下空洞病害发展机理及对路面塌陷的影响
3.基于灰色关联法的地下空洞引发路面塌陷影响因素的灵敏度分析
4.某道路地下空洞检测与修复方案研究
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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
在工程物探领域，地质雷达的分辨率是最高的，反射地震的探勘深度是最大的。
对于城市的探测目标，RDscan比地震和地质雷达更具优势。
分辨率比地震高一个数量级，探测深度比地质雷达高一个数量级。
性能比较如下表.
由上表可知，RDscan的分辨率与400Mhz地质雷达相当，但是探测深度是地质雷达的10-15倍，这是RDscan魅力之所在。
四应用实例
近年来城市路面塌陷频发，其原因多与地下供水、排水管线漏水、地铁施工扰动等因素有关。
结合北京、天津的路面坍塌事故，北京同度工程物探技术公司使用RDscan技术进行了现场探测，探查坍塌发生的原因、影响范围，并提供治理建议。
对每项探查都完成了专题报告，列于应用实例中。
包括天津开发区路面塌陷、北京地铁9号线丰台科技园路面塌陷、14号线郎家园路面塌陷、7号线广渠门九龙山站2号风洞路面塌陷、15号线望京西路面塌陷以及8号线地铁工程地质探查等专题报告。
这里仅简要介绍天津开发区域路面塌陷与北京望京西路面塌陷探测的实例，其它实例可查看专题报告。
例1天津开发区道路塌陷探测
2012年天津开发区新修的道路在暴雨后发生多处坍塌，位置在雨水管线上方，塌坑深度达4-5m。
探测目的是查清引起路面坍塌的地质与工程原因、影响范围以及治理建议。
探测使用RDscan技术，探测深度设计为15m。
探测得到两个主要结果，其一是查清了15m以内主要的地层分布，其二是找到了引起坍塌的原因及其相应的治理措施。
探测得到的主要地层结构分4层（图4），界面分别在1m、5.5m、10m，经钻孔验证分别为路基层、细砂粘土层、细砂层与粗砂层。
在天津开发区的探测中，地层厚度的分辨率为40cm左右。
探测发现在4-5m埋深处存在蓝色的低速层（图5），雨水管就在该位置。
地面坍塌部位的低速异常与该低速层相连。
说明雨水管在该部位有漏水点，排水时掏蚀了该层位的松散土体，形成脱空，造成了路面塌陷。
建议对该段排水管进行
修复。
图4 塌陷区段地层结构
图5 低速层与路面塌陷
例2 地铁15号线望京西路面坍塌探测
2014年望京西站东侧地铁15号沿线路面出现直径2m坍塌，塌陷后很快进行了充填处理。
为查明引起坍塌的原因及影响范围，以便采取进一步治理措施，开展了RDscan探测。
测线穿越路面坍塌区，平行地铁走向。
测线长度30m，探测深度15m。
坍塌区中心位置在测线15m处。
探测区位置如下图。
图6 望京西路面塌陷与探测位置图
主要探测结果
探测得到地质结构剖面（上）和地层速度剖面（下）示于图7。
图7的上图展示了测区的地层结构与界面形态，红色为波速升高的界面，蓝色为波速减低的界面。
其中4-6m的深度存在蓝色的波速陡降带，表明其下方存在低速土体，或脱空区。
图7的下图展示了地层波速的分布，其中6-15m的深度上存在多处蓝色的低波速区，表明该处地层松散，存在局部脱空区，这是导致路面塌陷的主要原因。
该结果表明，地铁施工超挖引起的土体松动的范围已经扩展到地下4m处，并已在地表形成局部坍塌。
建议对测区内深度6-15m的范围进行注浆加固处理，
以消除隐患。
图7 望京西路面坍陷段地质界面（上）与波速分布（下）图
例3 甜水园地铁14号线路面塌陷探测
2014年2月16日下午15时许，北京朝阳区甜水园街与水碓子中街交叉路口附近发生路面塌陷。
塌陷坑直径6m，深5m，造成交通中断。
路面塌陷抢修中发现地下1.5m深处有自来水管爆裂，漏水不止。
沿甜水园路地下正在施工地铁14号线。
为探查引起坍塌的原因及影响范围，以坍塌区为中心，布置了两条测线。
测线L1沿地铁走向，南北方向，长50m的测线；测线L2沿水碓子中街，方向东西，与地铁走向垂直，长130m。
设计探测深度30m。
探测使用RDscan道路扫描仪，配备16通道检波拖缆。
坍塌现场及探测位置见下图。
图8a甜水园路面塌陷现场图8b RDscan测线位置
探测主要结果
探测得到L1剖面的地质结构图像（上）和地层速度图像（下）示于图8。
地质结构图像中红色、黄色表示波速增高的界面，蓝色、深蓝色表示速度降低的界面。
正常情况下随深度的增加地层的波速是增加的，即界面应以红黄色为主。
但是该剖面中蓝色、深蓝色界面分布较多，分布在深度6m、14m部位，说明其下存在低速区。
在波速图像中这一特征表现得更为直观。
在深度18-22m范围内有一个连续的低速层，地铁就开挖在该层中。
在剖面中部的塌陷区，里程22-32m 的地段，存在自上而下的低速异常区，与下部的低速层相通。
说明地铁施工扰动引起自来水管开裂，自来水的渗漏，造成土体流失。
形成了较大范围的土体松动与脱空，这是引起路面塌陷的主要原因。
坍塌影响的范围直径达10m。
建议对塌陷填充区外围2m范围进行注浆加固，以便消除隐患。
图8 坍塌区地质结构（上）与地层波速分布（下）图像。
