地质雷达在地下踏空调查中的应用:地质雷达青岛
时间：2019-05-17 03:22:40 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：本文说明了了地质雷达的工作原理,操作流程以及检测资料的分析处理。以某道路踏空调查为例，因污水管破裂渗漏，填土层中含水量差异较大或已形成空洞。通过分析正常填土层、含水填土层及空洞的雷达反射波差异，查明了污水管渗漏的分布范围，为设计、施工提供详细的污水管渗漏检测资料。
关键词：地质雷达 ， 地下踏空 ， 污水管渗漏
Abstract: this article illustrates the working principle of geological radar it, operation process and testing data processing. In a certain way step empty survey, for example, for the sewage pipe burst, leakage of water content in soil layer fill differences or has formed a cavity. Through the analysis of soil, water fill in normal fill in soil and empty radar reflected wave differences, find out the sewage pipe of the leakage of distribution, to provide detailed design, construction of the sewage pipe leakage detection material.
Keywords: geological radar, underground step empty, the sewage pipe leakage
中图分类号：F407.1文献标识码：A 文章编号：
地质雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR)又称探地雷达,最早由德国人Leimbach和Lowy于1910年阐明其概念。近10年微电子技术的发展和信号传输技术的进步解决了地质雷达的高速采样和信息处理技术,地质雷达测试技术因此获得革命性发展,应用日益广泛。
某道路地下踏空调查采用的系统是由美国CIDRC公司生产的CR-20A型地质雷达系统，其主要部件包括：CR-20A型雷达主机、40MHz收发天线、打标器及Radan For Windows处理软件，获取了比较准确的地下踏空范围。
1地质雷达的优势和使用范围
地质雷达作为一种利用高频电磁脉冲波的反射检测地下目的体分布形态及特征的地球物理检测方法,具有很多难以比拟的优势:
(1) 无损检测,检测目标体时无需钻孔,对目标体没有扰动,可保持目标体的原有状态;
(2) 高分辨率, 分辨率可达厘米级;
(3) 抗干扰能力强,可在各种噪声环境下工作;
(4) 检测效率高, 从数据采集到图像处理实现一体化,可实时输出剖面记录图。
目前地质雷达的应用范围在不断扩大,已经覆盖了考古、矿产资源勘查、岩土工程测试、工程质量无损检测、环境工程等诸多领域。
2.地质雷达勘察的基本原理
地质雷达利用主频为数十兆赫至数千兆赫波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由地面通过天线发射器（T）发送至地下，经地下目标体或地质层的界面反射后返回地面，为雷达天线接受器（R）接收。
地质雷达勘察方法技术采用了先进的连续透视扫描技术，由发射天线向地下发射电磁波脉冲，由于各地层介质之间存在着一定的物性差异，当电磁脉冲遇到不同介质的层面时，便会产生反射，由接收天线接收反射信号，并由仪器记录下各信号到达的时间及幅度，经过一系列的数字化处理后，即可得到能直观地反映地下各地层分布情况的彩色地质雷达时间剖面。
3.数据处理
雷达数据的采集是分析解释的基础，数据处理则是提高信噪比，将异常突出化的过程。将野外采集的地质雷达数据传输至计算机中，应用配套的地质雷达处理软件进行处理。首先进行预处理，包括编辑文件头、设定适当的参数，并进行距离均一化。
经过预处理后，还要进行一系列的数字化信号处理，通常的信号分析处理模块有：振幅谱分析、功率谱分析、相位谱分析、滑动平均谱分析、二维谱分析；常规信号处理模块有：漂移去除、零线设定、背景去噪、增益、谱值平衡、一维滤波、二维滤波、希尔伯特变换、反褶积、小波变换；运算模块有：道间平衡加强、滑动平均、文件叠加、文件拼接、混波处理、单道漂移去除、数学运算、积分运算、微分运算；图形编辑模块有：图形的放大、缩小、压缩、截取等。
经过上述数字信号处理后，可以有效地压制干扰信号的能量，提高雷达信号的信噪比，使雷达图象更易于识别地质信息，清晰的反映地质现象，从而提供更准确的解释结果。
4.应用实例
4.1工程概况
某道路里程段K4+220～K5+380左侧发生污水管渗漏，局部已造成地面塌陷。为查明里程位置为K4+220～K5+380段左侧污水管漏水的具体位置，本次调查采用地质雷达的物探勘察手段进行，为设计、施工提供详细的污水管渗漏检测资料。
本次勘察测线共布设了地质雷达纵断面2条，距污水管中心左右各1m布置2条纵测线，测量点距为0.5m；经现场初步解释，在怀疑有异常的地段再每0.2m布置1条横测线，横测线以污水管为中心左右各5m，点距0.2m，共布设20条横测线。野外施测时用手持式GPS实地定点，物探施测时采用皮尺测距进行断面和测点的准确布设。
4.2野外工作方法
本次地质雷达勘察，根据已有资料，现场波形分辨和参数调校，最后确定最佳的野外采集参数及最优的施工方案，本次地质雷达勘察资料野外数据采集参数设置如下：
① 增益：自动增益；
② 采样点数：512点；
③ 时间窗口：200ns；
④ 采样速率：30次扫描/秒；
⑤ 频率：40MHz主频天线、10～200MHz通频带；
⑥ 测量点距：0.2～0.5米。
4.3资料解释
根据本次勘察任务，分辨填土层是否含水或存在空洞是本次资料解释的主要目标层，从本次地质雷达勘察的资料分析，目标层对地质雷达信号的反应特征如下：
正常填土层信号，因填土层中含水量小信号波形较强，表现为波形较为规则，反射波信号较强，波形连续性好。
漏水处填土层处由于含水量大，且为污水，对雷达波能量吸收较大，反射波形表现为信号弱或无反射信号。
从上面分析可以看出，地质雷达图象的分析主要是填土层是否含水的辨读，由于正常填土层和含水填土层物性差异较大，存在明显的介电常数差异，雷达反射信号两者波形差异大，从两者反射波形的形态上即可辨读，分析波形表现形式，确定污水管是否漏水及漏水位置。
4.4勘察成果分析
通过对地质雷达数据的处理、解释，绘制成图，结合现有资料综合分析，本次地质雷达探测，共发现5处有异常，具体分述如下：
（1）K5+250～K5+263处异常，从左右线地质雷达时间剖面分析，该处几乎无地质雷达反射信号，推断解释为该处污水管已破裂，造成涌水，其周围的填土已被污水掏空，形成一含水的空洞；由于水对地质雷达波能量吸收较快，所以该处几乎无反射信号。该处现已开挖，证实污水管已破裂。（见图1、2）
图1：地质雷达时间左线剖面图
图2：地质雷达时间右线剖面图
（2） K5+170～K5+180、K4+945～K4+950、K4+860～K4+870、K4+308～K4+315处异常，从左右线地质雷达时间剖面分析，该处地质雷达反射信号波形较为杂乱，波形连续性差，推断解释为该几处污水管可能有裂缝，局部渗漏。（K4+308～K4+315左右线地质雷达时间剖面见图3、4）
图3：K4+308～K4+315地质雷达时间左线剖面图
图4：K4+308～K4+315地质雷达时间右线纵剖面图
5、结论
本次地质雷达勘察发现异常的5处里程段，后经施工开挖证实，除K5+170～K5+180里程段外，其余异常处污水管均有破损、渗漏现象。K5+170～K5+180里程段物探异常原因可能埋管时回填土未压实，局部存在空洞，或是其它原因所导致。本次地质雷达勘察反映数据几本准确。
此次踏空调查中，地质雷达的快速有效得到了充分的展示，快速的数据处理，且获得了良好的效果。
不足之处是地质雷达受外界干扰因素较多，车辆、建筑物、高压电缆等，使得波形异常，对解释结果有一定的偏差。
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