关于探地雷达在地下铁道工程中的应用

关于探地雷达在地下铁道工程中的应用
摘要：本论文研究了探地雷达在地下铁道工程中的应用。

通过详细分析不同
施工条件下的实际案例，论文总结了探地雷达在地下铁道工程勘察探测、地质构
造分析和隐患检测中的关键作用。

结果表明，探地雷达技术能够高效、准确地提
供地下结构信息，为地铁建设提供了可靠的地质数据支持。

论文最后讨论了该技
术的优势和局限性，并提出了进一步研究和应用的建议。

这项研究对于提高地下
铁道工程的勘察效率和施工安全具有重要的实际意义。

关键词：地下铁道工程；探地雷达
引言
地下铁道工程作为城市交通发展的关键组成部分，其建设涉及到复杂的地质
条件和多种地下隐患。

为确保地铁隧道的安全、高效建设，对地下情况进行精准
勘测和障碍物检测变得尤为关键。

在这一背景下，探地雷达技术应运而生，成为
地下铁道工程中不可或缺的先进工具。

探地雷达技术通过发射电磁波并接收其反
射信号，能够穿透地下物质，提供高分辨率的地下图像。

这项技术在地下铁道工
程中的应用，不仅能够深入洞察地下土层和岩层的结构，为隧道设计提供准确的
地质信息，同时还能有效应对地下管线、电缆等障碍物的检测与定位。

本文将深入探讨探地雷达在地下铁道工程中的多重应用，包括地下地质结构
的勘测、障碍物的检测与规避，以及地质问题的实时预测。

通过全面了解这一先
进技术的作用，我们可以更好地理解其在地下铁道建设中的重要性，为未来城市
交通基础设施的可持续发展提供有力支持。

总体而言，探地雷达在地下铁道工程
中的应用为工程团队提供了高效、准确的地下信息，有助于优化设计、降低风险，并确保地铁隧道的安全建设。

1 地质雷达工作原理
探地雷达方法是利用高频电磁波（主频为106～109Hz或更高）以宽频带短
脉冲形式由地面或结构体通过发射天线送入介质内部，经目标体的反射后回到表面，由接收天线接受回波信号。

电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度及
波形随所通过的介质的电性性质及物性体界面几何形态而变化，根据接收的反射
回波的双程走时、幅度、相位等信息，对介质的内部结构进行判释的一种方法[1]。

其工作原理见图1.1。

图1.1 地质雷达探测原理
反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差异越大，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导率和中心频率。

电导率
越高，穿透深度越小；中心频率越高，穿透深度越小[2]。

电磁波的传播特性取决于介质的电性参数，介质的电性参数主要有电导率μ
和介电常数ε，前者主要影响电磁波的穿透（探测）深度，在电导率适中的情况下，后者决定电磁波在该物体中的传播速度。

不同的地质体（物体）具有不同的
电性参数，因此，在不同电性的地质体的分界面上都会产生回波。

探地雷达基本参数如下：
（一）电磁波旅行时间
式中：z—勘查目标体的埋深；
x—发射、接收天线的距离（式中因 z>>x，故x可忽略）；
v—电磁波在介质中的传播速度。

（二）电磁波在介质中的传播速度
式中：c—电磁波在真空中的传播速度（0.3m/ns）；—介质的相对介电常数；
—介质的相对磁导率。

表1.1 常见介质波速和相对介电常数值表
2 探地雷达探测技术及数据的采集
发射信号：调整探地雷达系统，选择适当的发射频率和功率。

发射电磁波信号穿透地表，进入地下结构。

接收回波：接收系统记录由地下结构反射回的电磁波信号，形成回波数据。

回波数据包含有关地下目标的信息，如深度、形状和电磁特性。

数据记录：精确记录回波的到达时间、振幅和相位等关键参数。

生成原始雷达数据集，为后续处理提供基础。

数据预处理：检测和修复可能存在的系统噪声。

进行信号校正，确保数据质量和一致性。

域与频域分析：时域分析通过分析回波的时间延迟，确定地下目标的深度和位置。

对于连续波雷达，进行频域分析以获取目标的速度和运动状态。

滤波处理：应用滤波技术，例如低通滤波、高通滤波，以去除噪声并突显目标特征。

调整滤波参数以适应不同地质条件。

图像重建：利用处理后的数据，通过算法生成地下结构的图像或剖面。

采用成像技术，如层析成像，以提供直观的地质信息。

数据验证与校正：与其他独立的地质信息进行验证，如地质勘察、岩心分析等。

根据验证结果进行必要的校正，确保数据的准确性和可靠性。

结果解释：由专业人员对处理后的数据进行解释和分析。

确定地下结构的特征，识别可能存在的隐患。

数据报告：整理解释后的地下结构信息。

生成详细的数据报告，包括图表和解释，为地铁工程提供实用的勘察结果。

进一步应用：将处理后的数据用于进一步的分析，如地质构造分析、隧道设计优化等。

提供支持工程决策和设计的更深层次信息。

这些步骤形成了一个系统的流程，确保从探地雷达数据采集到最终应用的全面有效性
3 应用案例分析
案例一：宁波某地铁车站地连墙施工范围内探地管线探测
本次雷达探测工作主要为探测导墙的区域、主体导墙内段地面下方是否存在未知管线及老旧房屋基础等情况，为项目提供基础资料，预防风险，消除安全隐患，确保施工安全。

因场地原因，本次检测共设置5条测线，测线W25-27，E18-27、W1-17、N1-6、R 。

本次检测共计610m，通过数据分析形成检测报告，本次检测共计发现26个异常点，其中15个点为判定为管线雷达图像，11个点可能是局部脱空及不密实及房屋基础结构等。

针对以上异常点，后续进行雷达探地二次复测，准确定位进行人工及机械探挖，对管线进行改迁以及异常点位进行验证，从而保障工程施工顺利开展。

案例二：苏州某地铁车站附属顶管顶进施工区域探地雷达管线探测
本次雷达探测工作主要联络通道施工区域面下方是否存在未知管线及其他地
质情况，为项目提供基础资料，预防风险，消除安全隐患，确保施工安全。

因场
地原因，本次检测共设置2条测线，测线B1口、B2口。

本次检测共计210m，通
过数据分析形成检测报告，本次检测共计发现9个异常点，其中6个点为判定为
管线雷达图像，3个点可能是局部脱空及不密实等。

存在的异常点情况不在顶管
顶进区域内，无需进行下一步处理。

现场检测图脱空
雷达图
案例三：宁波某地铁附属基坑开挖探地雷达对达涌水涌砂基坑风险探测
项目施工过程中附属结构基坑开挖中出入口集水井区域出现涌水涌砂情况，
本次雷达探测主要对出入口基坑周边发现渗漏点、及周边道路区域进行空洞探测，及时发现渗漏点，后续项目对渗漏点进行注浆封堵，避免基坑工程风险发生。

案例四：南京某盾构区间端头井地质情况探测
本次雷达探测工作主要探测盾构出洞，端头井加固后地质情况的探测，为项
目提供基础资料，预防风险，消除安全隐患，确保施工安全。

因场地原因，本次
检测端头井各共设置2条测线，测线AD1、AD2、BD1、BD2。

本次检测共计50m，
通过数据分析形成检测报告，本次检测共计发现4个异常点，其中2个点为判定
为水囊，2个点可能是局部脱空及不密实等。

针对以上异常点，后续进行雷达探
地二次复测，准确定位进行注浆等措施。

水囊脱空
案例五：宁波某车辆段停车场道砟铺设完成后基底质量探测
本次雷达探测工作主要探测道砟填筑后基底质量情况，为项目提供基础资料，预防风险，消除安全隐患，确保施工安全。

本次检测沿轨道各共设置2条测线，
测线C1、C2。

通过数据分析形成检测报告，本次检测发现道砟与基底界面清晰可见，未见地下水侵蚀。

基底部界面清晰可见
4 技术优势与挑战
探地雷达优势:1)高分辨率勘察：探地雷达能够提供高分辨率的地下结构图像，使工程人员能够详细了解地下土层、岩石和其他地质特征，为隧道设计提供
精准的地质信息。

2)非侵入性勘察：作为非侵入性技术，探地雷达无需直接接
触地下，减少了对地表的破坏，有助于保护环境和降低勘察对工地的影响。

3)实
时监测：探地雷达能够实时监测地下结构的变化，提供连续不断的数据流，使
工程人员能够及时应对可能出现的问题，确保施工的安全和高效进行。

4)适用于
复杂地质条件：探地雷达在复杂地质条件下表现出色，如岩溶地貌、水下勘察
等，提高了在不同地质环境下的应用范围。

5)高度自动化：探地雷达数据采集
和处理过程相对自动化，减少了对人力资源的需求，提高了勘察效率。

探地雷达挑战:1)地质异质性：不同地区的地质特征异质性较大，探地雷达
在处理地质复杂性和异质性时可能遇到挑战，需要更精细的数据处理和解释。

2)
深部目标探测：探地雷达对深部目标的探测有一定限制，特别是在大深度下，信
号可能衰减，影响探测的准确性。

3)地下结构解释：数据的解释需要专业知识，
如地质学和工程学的交叉领域，确保对地下结构的正确理解，防止误导性的解释。

4)对地下障碍物的识别：在城市环境中，地下存在各种障碍物，如管线、电缆等，这些可能会干扰探地雷达信号，需要细致的数据处理和解释。

5)技术成本：虽然
探地雷达技术在提供高质量勘察数据方面具有优势，但相关设备和技术的成本相
对较高，可能在项目预算上产生一定压力。

综合考虑这些优势和挑战，合理的技
术选用、数据处理方法和专业解释是确保探地雷达在地下铁道工程中成功应用的
关键。

5 结论与展望
通过深入研究和分析，可以得出探地雷达在地下铁道工程中的应用具有显著
的优势。

其高分辨率的勘察能力为地下结构提供了详尽的信息，为隧道设计和施
工提供了精准的地质基础。

非侵入性的特性减少了对地表的干扰，有助于环境保
护和施工的可持续性。

实时监测能够及时发现地下结构的变化，提高了施工的安
全性和效率。

此外，探地雷达在复杂地质条件下的适应性以及高度自动化的数据
处理过程，进一步强化了其在地铁工程中的重要性。

然而，应用中也面临一些挑战，如地质异质性、深部目标探测的限制、地下结构解释的专业性等。

技术成本
也是一个需要克服的现实问题。

因此，在结论中要强调综合考虑这些因素，充分
利用探地雷达的优势，同时面对挑战，以确保其在地下铁道工程中的应用取得最
佳效果。

未来的研究和应用中，我们可以期待以下方面的发展：1.技术改进：进一步
提升探地雷达的技术性能，包括增加探测深度、提高分辨率、减小设备体积和重
量等，以满足更广泛的应用需求。

2.多模态整合：将探地雷达与其他地质勘察技
术进行整合，如地震勘探、电法勘察等，形成多模态的综合勘察方案，提高勘察
的全面性和可靠性。

3.数据处理算法优化：发展更先进的数据处理和解释算法，以提高对地质异质性、复杂地下结构的识别和解释能力，降低误判率。

4.实地验证与验证标准：在更多实际工程中进行探地雷达技术的验证，建立标准化的验证程序和标准，确保技术的可靠性和实用性。

5.成本效益分析：进行更深入的成本效益分析，努力降低探地雷达应用的技术成本，使其更具可持续性，更广泛地应用于地下工程领域。

通过这些发展方向的努力，探地雷达有望在未来更广泛、更深入地应用于地下铁道工程中，为城市交通建设提供更全面、可靠的地质信息支持。

参考文献:
[1]柴江辉.探地雷达在公路、桥梁检测中的应用[J].交通世界(运输.车辆),2012.
[2]卫苗苗,曹鸿,霍晓龙.基于地质雷达的地下空洞探测[J].绿色环保建材,2019.。