探地雷达的简述及在各领域中的应用

圈 ２探 地 富 达 探 测 剖 面 不 恿 图
２２ 探 地 雷达 天 线 类 型及 其 适 用 范 围 ．
天 线 是 探 地 雷 达 的主 要 工 作 器 件 ，天线 的 频 率 与结 构 形 式 决 定 雷 达 的适 用 范 围 。 天线 类 型 以 发射频率划分 为低频 、 中频 、 高频 。 一 般 １０ＭＨ ０ ｚ 以下 的 天 线 为 低 频 天 线 ，频 率 在 １０ １０ ０ＭＨ ０ ０ ｚ 范 围 内的天 线 称 为 中频 天 线 ， 率 大 于 １００ＭＨ 频 ０ ｚ
测技术 ， 以其快 速 、 续 检 测 、 破 坏 性 等 优 点 ， 连 无 有 着 极 其 广 阔 的应 用 前 景 。 目前 市 场 上 比较 成 熟 的
有美 国 Ｇ Ｓ Ｓ Ｉ的 ＳＲ 系 列 ， 加 拿 大 Ｓ Ｉ的 Ｐ ｌ Ｉ Ｓ ｕｓ ｅ
异越 大 ， 电磁波反射效果越 明显 ， 位于地面上的接 收 天线 在 接 收 到 反射 波 后 ， 接 传 输 到 接 收 机 ， 直 信 号 在接 收机经过 整形 和放大等处 理后 ，经电缆传 输 到雷达主机 ， 经处理后 ， 传输到微机 。在微机 中 对信 号依 照幅度 大小进行 编码 ，并 以伪 彩色电平 图／ 灰色 电平 图或 波 形 堆 积 图 的方 式 显 示 出来 ， 经 事 后处理 ， 可用来判 断地下 目标 的深度 、 大小和方 位 等特 性 参数 。图 １ 电 磁波 反 射 路径 示 意 图 ， 为 图 ２为信 号 经 过 处理 后 的探 地 雷达 探 测 剖 面示 意 图 。
２１ 探 地 雷达 工 作 的 基本 原 理 ． 探 地 雷 达 主要 由控 制 器 、发 射 和接 收 天 线 组 成 。控 制 器 是 雷达 的核 心 部 分 ， 在 计算 机 的基 础 它 上 配合 信 号 发 生 触 发器 、 数转 换 器 共 同组 成 。模 模
数转换是 决定地 质雷 达技术 指标 的核心部 件 ， 因
９ 年代初 ，随着 国内研制水平 的提高与国外先进 ０ 仪 器 的 引 进 ， 技 术 已在 工 程 地 质 勘 查 、 程 （ 该 工 公 路 、 路 、 涵 、 道 ） 量 检 测 、 害地 质 调 查 、 铁 桥 隧 质 灾 考 古调查 、资源勘探 等众 多领域 中获得越来 越多 的 应 用 。实 践 表 明 ， 地 雷 达 作 为一 种 新 型 的无 损 检 探
性 差 异 的 界 面 时发 生 反 射 ，不 同介 质 介 电 常 数 差
磁 波 探 测 地 下 介 质 分 布 的 一 种 地 球 物 理 勘 探 方 法 ， 先 由德 国科 学 家 在 ２ 最 ０世 纪 初 提 出 。 我 国于 ２ ０世 纪 ６ ０年代 开 始 研 究 探 地 雷 达 仪 器 与方 法 ， 至
质 量检 测 、 灾害地 质 调查 、 考古 调查 、 源勘 探等 领域 。简述 探地 雷 达的 发展 、 作的 基本 原理 、 资 工 雷达 天线 的类 型及 适用 范 围 ，
阐 述其 应用 领域 ， 以某 隧道 检测 为 例 ， 明探地 雷达 定 性检 测 的直观 性 和便 捷性 。同 时 ， 并 说 总结 探地 雷 达在 应 用 中存 在 的问
利 用 探地 雷 达 方 法可 以了解 基 岩 信息 。 由于岩
３ 探地 雷达在各领 域 中的应 用
探 地 雷 达 在 公 路 工 程 、 政 建 设 、 道 、 程 市 隧 工 地质 勘 查 、 源 调查 、 染 调 查 等 领域 都 有 广 泛应 资 污 用 。下 面简 要 介 绍 探 地雷 达 在各 个 领 域 中具 体 的
频 脉冲电磁波 ，通过接收天线接收反射 回地 面的 电磁波 ，电磁波在不 同介质 中传播 时遇到存 在电
收 稿 日期 ：０ ２ ０ — １ ２ １— １ ０ ７
的天线称为高频天线 。天线按 照结构特点 可划分
作者简介 ： 张红 （ ９ ９ ）女 ， 宁辽 阳人 ， 士 ， １７ 一 ， 辽 硕 工程 师 ， 从事 市政 工程 试验 检测 工作 。
４ 探地雷 达在 工程检 测领域 中的应 用 实例
以某 隧道 工 程 为例 ， 例 说 明探地 雷 达 在 隧道 举 衬 砌 壁 后 注 浆 密 实 性 检 测 中的 应 用 情 况 。该 隧道 采用盾构施工工艺 ， 管片 拼装 后 在 壁 后 注浆 ， 与周 围软 土基 密 实 。 次检 测 采用 Ｌ Ｄ ２００型 探 地雷 本 Ｔ 一 ０
应用情况。 ３１ 公 路工 程 中的应 用 ． ３１１ 路 面厚 度 的检 测 ．．
路 面 厚度 是公 路 工 程 验 收 的一个 关 键 指标 ， 传 统 的方 法 是 钻 芯 取样 ， 测 厚 度 ， 面 留 下 的洞 以 量 路 同种 材 料 修 补 ，这 样 检 测 过 程 耗 时 长 又 损 害 路 面 的美 观 性 。采 用 探 地 雷 达法 检 测 厚 度 ， 只需取 ３ ５ ～
墙 的衬 砌 厚 度 、 背后 空洞 、 密 实 情 况 及 内部 钢 筋 不 的分 布 状 况 ， 不影 响列 车 的正 常 运 行 ， 不 受 列 车 也 运 行 振动 的影 响 。
３４ 工 程地 质 勘查 中的 应 用 ．
中频天线采用屏蔽式半波偶极子天线 ，天线采用 有反射器 的半波偶极子天线 ， 具有体积小 ， 发射频 率 高 的特 点 ， 地 质 勘察 、 路 勘 察 和 隧 道 超 前 预 在 线 报 中常使 用 该 类 天 线 。高 频 天 线 通 常 采 用 喇 叭 形 状 天 线 ， 以提 高 辐 射 效 率 ， 天 线 能 量 集 中 ， 可 该 分 辨率 高 ， 主要 用 于道 路厚 度 的质量 检 测 。
增益 ， 由浅 至 深 线 性 增 益 。 检 测 时 ， 线 发 射 的 电 天
的暗 河 、 线 （ 别 是 较 深 的排 水 管 道 ） 旧基 础 等 管 特 、 地 下 障碍 物 的分 布 等 。 ３３ 隧道 病 害 中 的应 用 ． 隧 道施 丁 时 ， 用探 地 雷 达进 行 地质 超 前 预 报 利 ＿ ， 此指 导 施 工 ， 避免 出现 拱 顶 超 挖 导 致 的 丁作 据 可
题。
关键 词 ： 地雷 达 ； 用领 域 ； 探 应 基本 原理 中 图 分 类 号 ：６ １ Ｐ ３ 文 献标识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ９ ７ １ （ ０ ２ ０ — ３ ５ ０ １０ ～ ７ ６ ２ １ ） ７ ０ ５ — ３
１ 探 地 雷达发 展简介
探 地 雷 达 是 利 用 超 高频 （ ０ ～ｌ Ｈ ） 冲 电 １ ０ ｚ 脉
为非屏蔽天线 、 屏蔽天线 ； 按照电性参数 可划 分为 偶极子天线 、 反射器偶极子天线 、 喇叭状天线 。采
３６ ５
相关专业
城 市道 桥 与 防 洪
２１年 ７ ０２ 月第 ７ 期
用 不 同 天线 结 构 是 为 了获 得 较 高 的 发 射 效 率 。低 频天线通 常采用非屏 蔽式半波偶极 子杆状 天线 ， 因 发射 频 率 低 ， 达 波在 介 质 中衰 减 小 ， 用 于 较 雷 可 深 目标 的探 测 ， 地 质勘 察 中经 常 采 用 低 频 天 线 。 在
缺 陷 、 下 空 洞 ， 查 老路路 面微 裂缝及其 延伸情况 、 地 下空洞情况 ， 是公路维护检测 中常使用的方法 。探 地雷达能够快速 、 确定位缺 陷的部位 、 围， 准 范 便
于维 修 。 ３２ 城 市地 下 工 程 中 的应 用 ．
扰 动 、 水 冲 刷 等 的影 响 ， 发 生 老 化 ， 成 裂 缝 、 雨 会 造
体 的工程地质 、 水文地质 条件 的复杂多样性 ， 仅靠 前 期 的物 探 勘 查 工 作 是 不 够 的 。探 地 雷 达 方 法 可 以进 行 断 层 、 性 变 化 、 层 破 碎 带 、 水 、 泥 、 岩 地 充 充 溶 洞 等 地 质 灾 害 的 探 测 。 特 别 是 在 基 岩 面 起 伏 剧 烈 、 碎带 又相对发 育的地 区 ， 合钻探技 术 ， 破 结 探 地雷达能给 出整个 地层 的剖面图 、 找 出基岩破 查 碎 带 、 槽 溶 洞 范 围 ， 定 持 力 层 的 位 置 。在 软 土 溶 确 地 基 工 程 勘 察 中 ，探 地 雷 达 可 以 用来 确 定 地 层 中 暗河 、 占河 道等 特 殊地 质 现 象 。 ３５ 资源 调 查 中 的应 用 ． 利 用探 地 雷 达法 能 够进 行 金 属 矿化 带 的勘察 ， 巷 道 围岩 松 动 圈 、 层 位 置 及 厚 度 、 质 构 造 异 常 岩 地 及采 空 区 的探 测 ， 寻找 隐伏 矿 体 提供 参 考 。利 用 为 探 地 雷 达 调查 河 水 的深 度 、 速 ， 估 水 资 源 是 现 流 评 在 西方 使 用 较 多 的一 种水 资 源 调查 方 法 。 ３６ 污染 调 查 中 的应 用 ． 探 地 雷 达 法 也 可 应 用 于地 下 垃 圾 填 埋 场 的调 查 ，确定年代久远 垃圾 场的确切位置及垃圾滤液 对 周 围介 质 或 地下 水 造 成 的 污 染 程 度 。 因为 垃 圾 场 中污 染 源 的扩 散 多伴 随 着 介 质 离 子 浓 度 的升 高 和 电阻 率 的 降 低 ， 明显 异 于周 围岩 土 的介 电 常数 ， 在雷达信号 图像上表现为强烈的信号衰减 ，据此 可 以估 算 出垃圾 滤 液 污 染 的扩 散 情况 。
Ｅ Ｏ系 列 ， 典 Ｓ Ａ 的 Ｒ Ｍ ＫＫ 瑞 Ｇ Ｂ Ａ ＡＣ系 列 ； 内 的 国 有 中 国 电子 科 技 集 团 公 司 第 ２ ２研 究 所 研 发 的 Ｌ Ｄ探地 雷 达 等 。 Ｔ
图 １电磁 波反 射 路 径 示 意 图
２ 探 地 雷达 工作 的 基本 原 理 与天 线 类 型及 其 适 用 范 围
个 样 标 定 雷 达 波 速 后 ，便 可 利 用 车 载 检 测 路 面
厚 度 ， 便 快 捷 又 省 时 。 目前 ， 达 法 测 量 路 面 厚 方 雷 度 精 度 可达 １ｍ 已成 为 常规 检 测 方法 之 一 。 ｍ，
３１２ 路 面 下缺 陷的检 测 ．．
道 路 经 过 长 时 间使 用 后 ， 基 经 历 压 实 、 来 路 外
在城 市 建 设 中 ， 挖施 工 （ 城 市 管 线 、 铁 ） 开 如 地
愈 来 愈 多 ，利 用 探 地 雷 达 可 快 速 查 清 施 工 范 围 内
达天 线频率为 ５０Ｍ ｚ 测速度控 制在 ５ｋ ／， ０ Ｈ 捡 ｍｈ ５ ２个 时 问采 样 点 ， 间 窗为 ５ ｓ采 用 ９点 分段 １ 时 ０ｎ ，
２１年 ７ ０２ 月第 ７ 期
城 市道 桥 与 防 洪
相关专业
３５ ５
探地 雷达 的简述 及在各领 域 中的应用
张 红
（ 上海 隧道工 程质 量检 测有 限公 司 ， 上海 市 ２ １０ ０ １９）
摘
要 ： 地雷 达作 为一种 新 型 的无 损检 测 技术 ， 探 具有 快速 、 续检 测 、 破 坏性 等优 点 ， 连 无 广泛 应用 于 工程 地质 勘查 、 路工 程 公
为采 样 频 率 非 常 高 （ 样 间 隔通 常在 １～ １％ ｓ 采 ０ ０ 之 间） ，导 致 模 数 转换 的 分 辨 率 与 采 样 率 存 在 矛 盾 ， 解 决 的 办 法 是 采 用 多 次 发 射 、移 位 采 样 的方 式 达 到 提高 采 样 率 的 目的 。 探 地 雷 达 工 作 时 通 过 发 射 天 线 向地 下 发 射 高