王瑾

（長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430212）

0 引言

21 世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時代，新科技在道路工程領(lǐng)域也逐步應(yīng)用。“三維一體化”探地雷達技術(shù)在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，其在道路工程也展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。

探地雷達技術(shù)的應(yīng)用可以貫穿道路工程建設(shè)的各個階段，從地質(zhì)水文勘探，到施工階段的路基路面壓實及厚度情況，再到完工后的竣工驗收道路工程質(zhì)量的無損檢測等。甚至在后期的運營維護階段也能派上用場，我國大力興建道路網(wǎng)的同時，另一方面每年有數(shù)百萬公里的道路工程需要進行維修，三維探地雷達無損檢測技術(shù)與傳統(tǒng)的道路檢測手段相比在效率和精度上更能夠滿足現(xiàn)代化道路建設(shè)要求，其作為近年來新興的檢測技術(shù)也極大地提高了工作效率，為相關(guān)部門進行養(yǎng)護與維修方案提供科學(xué)依據(jù)。

1 探地雷達介紹

探地雷達也叫做地質(zhì)雷達，其主要是由發(fā)射、接收天線、控制單元的A/D 轉(zhuǎn)換、控制單元的采集和顯示器組成。

探地雷達的基本原理是先由位于地面上的發(fā)射天線發(fā)射一定頻率的定向電磁波，電磁波遇到地下目標(biāo)體反射后返回地面并由接收天線進行接收的過程。

發(fā)射天線發(fā)射的高頻短脈沖（106～109Hz）電磁波在地下傳播過程中，由于通過介質(zhì)的阻擋，其波形、強度和路徑將會不斷變化，通過對波形的采集、分析，從而達到對地下目標(biāo)體位置及結(jié)構(gòu)形態(tài)的探測。

探地雷達一般采用剖面法、共深點反射法、寬角法進行探測，這些方法都有優(yōu)缺點，具體采用的時候要因地制宜。探地雷達接收信號的強弱與目標(biāo)體深度、反射特征、天線頻率、衰減等有關(guān)系，一般來說要想分辨率越高，天線頻率也要越高，但是探測深度就越淺，反之頻率低了，分辨率低了，探測深度也越深。探地雷達是一種復(fù)雜的工具，也是一種高效率的淺層探測技術(shù)，對于探測介質(zhì)的各項異性、衰減性和不均勻性，可以有效進行探測。探地雷達技術(shù)受到工程界的重視，其與傳統(tǒng)地球物理方法不同，具有獨特優(yōu)勢。從1970 年代，由于計算機技術(shù)的快速發(fā)展，探地雷達應(yīng)用范圍不斷擴大，尤其在數(shù)據(jù)處理方面效率和精度得到大幅提升。

“三維一體化”探地雷達技術(shù)的高精度、高效、簡便、適應(yīng)性強的特點，在國民經(jīng)濟的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

2 “三維一體化”探地雷達技術(shù)在道路評估中的應(yīng)用

“三維一體化”探地雷達技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，以下主要介紹幾種“三維一體化”探地雷達技術(shù)在道路評估中的應(yīng)用。

2.1 探地雷達探測公路結(jié)構(gòu)層厚度及病害

眾所周知，公路包括面層、基層、墊層、基層、路基等，是分層的結(jié)構(gòu)。很早的時候探地雷達就已應(yīng)用于路面厚度的檢測，正是由于公路的分層構(gòu)造，為探地雷達無損檢測提供物理基礎(chǔ)。

公路每一層的介電常數(shù)差異較大，主要是因為厚度、形狀、材料都有所不同，電磁波在各層的界面上都可以形成比較強的反射信號。當(dāng)公路的各層厚度、形狀、材料基本穩(wěn)定，雷達剖面上就會形成接近水平的穩(wěn)定反射序列。相反，當(dāng)公路的各層厚度、形狀、材料由于施工或者其他原因?qū)е掳l(fā)生變化，電磁波的頻率、路徑等也會隨之變化，雷達圖像也會發(fā)生變化。依據(jù)雷達剖面上的反射脈沖頻率、振幅等的變化，就可以對公路結(jié)構(gòu)層厚度及病害進行定性和定量評估，以便為下一步維修和加固提供數(shù)據(jù)支撐。

在工程中，一般采用400MHz～2GHz 天線進行連續(xù)測量觀測，可以有效探測各層的壓實度、厚度、含水量情況，還可以有效檢測路面板底脫空、不均勻沉降等病害。

將地質(zhì)雷達運用于道路檢測中，開展道路現(xiàn)場測試，還應(yīng)將現(xiàn)場測試的鉆芯取樣結(jié)果與地質(zhì)雷達進行比對，明確各層的空間位置、厚度及病害。地質(zhì)雷達受一些因素干擾，精度可能受影響，因此將地質(zhì)雷達探測結(jié)果與鉆芯取樣進行比較，有利于校準(zhǔn)儀器，也積累了相關(guān)經(jīng)驗，為后續(xù)地質(zhì)雷達的大面積推廣奠定基礎(chǔ)。對比之后驗證得出，地質(zhì)雷達能夠較好地探測各層厚度與病害，并且通過對雷達原始數(shù)據(jù)的處理，大大提高地質(zhì)雷達圖像的精度。

2.2 探地雷達探測公路隧道圍巖

由于其結(jié)構(gòu)和功能特殊，公路隧道容易出現(xiàn)漏水、襯砌開裂、脫空等病害，施工難度也是很大的。對這些質(zhì)量問題的檢測采用超聲波、打孔檢測法等方法有時候并沒有達到預(yù)期效果，另一方面探地雷達作為一種新型的無損檢測技術(shù)，對公路隧道質(zhì)量的檢測具有快速、準(zhǔn)確等特點。

用探地雷達對公路隧道的勘察、施工、運營進行探測的應(yīng)用是越來越廣泛，公路隧道位于一般位于地下，與道路結(jié)構(gòu)不一樣，其檢測的安全性要求也越來越高，由于效率和安全性較低，傳統(tǒng)的檢測手段不能滿足公路隧道的建設(shè)需求。“三維一體化”探地雷達技術(shù)可以對隧道地質(zhì)水文情況、圍巖、襯砌空洞等內(nèi)部缺陷進行有效檢測，有利于發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致隧道塌方、涌水等災(zāi)害，保障隧道的安全施工和穩(wěn)定運營。

圍巖是公路隧道組成的重要部分，圍巖的分類分級、地質(zhì)情況直接影響公路隧道的質(zhì)量和安全。圍巖與襯砌及二次襯砌與初期支護之間的空洞、不密實等缺陷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物之間存在明顯的介電差異，探地雷達正好利用這個介電差異，可以對公路隧道質(zhì)量進行有效檢測。

在實際測試過程中，要結(jié)合不同的精度和分辨率，采用合適的天線頻率。由于公路隧道工程襯砌的特殊性，可以采用500～1000MHz 收發(fā)同置天線。還要結(jié)合實測資料，測線布置要合理，采樣的點數(shù)、范圍、掃描率等要符合規(guī)定，以便準(zhǔn)確獲得各項參數(shù)，提高檢測精度。

通過探地雷達探測出埋藏在介質(zhì)中的裂隙、斷層、空洞、含水層等情況，還要根據(jù)反射信號區(qū)分不同的介質(zhì)分界面，以精確標(biāo)定其目標(biāo)方位及深度。除此之外現(xiàn)場的圍巖實測資料也很重要，要與探地雷達結(jié)果進行對比分析，并優(yōu)化探地雷達結(jié)構(gòu)，以便對圍巖的穩(wěn)定性進行動態(tài)評估。

2.3 探地雷達探測公路地質(zhì)災(zāi)害

近年來由于公路地質(zhì)災(zāi)害所導(dǎo)致的工程事故層出不窮，出現(xiàn)許多車毀人亡的悲劇。在公路工程修建之前，用探地雷達技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)情況，可以讓線路及時避開，或者在修建過程中采用必要措施進行加固，就可以盡可能減少公路地質(zhì)災(zāi)害所產(chǎn)生的影響。同時在公路建成之后的運營階段，也可以用探地雷達技術(shù)定期進行監(jiān)測，對突發(fā)公路地質(zhì)災(zāi)害進行預(yù)警，有效保護人民群眾的財產(chǎn)和生命安全。

公路地質(zhì)災(zāi)害通常有滑坡、崩塌、泥石流、裂縫、斷裂等，探地雷達技術(shù)在這些公路地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用越來越廣，是一種科學(xué)有效的勘探方法，可以快速、準(zhǔn)確地對常見的公路地質(zhì)災(zāi)害進行探測。探地雷達技術(shù)作為一種新型探測手段，可以對公路地質(zhì)災(zāi)害進行全方位分析，為防治公路地質(zhì)災(zāi)害提供理論基礎(chǔ)。探地雷達技術(shù)在工程實際過程中取得較好的效果，可以確定公路地質(zhì)災(zāi)害的空間布局、形態(tài)，為進一步認識公路地質(zhì)災(zāi)害和防治工作提供地球物理依據(jù)。

滑坡是比較常見的公路地質(zhì)災(zāi)害之一，在山區(qū)尤為明顯。滑坡是具有滑裂面的，滑坡的形成過程是復(fù)雜多樣的，滑坡的過程是緩慢且持續(xù)進行的，常常會導(dǎo)致路基錯斷，而導(dǎo)致交通中斷。運用探地雷達技術(shù)對滑坡進行探測并生成圖像，可以觀察出滑坡形成的規(guī)律。在探地雷達圖像中，可以分析造成滑坡的原因，是巖體破碎、裂隙發(fā)展，還是含水量等因素。通常在相同的巖體性質(zhì)情況下，滑坡體含水量的變化也會對探測結(jié)果產(chǎn)生影響。含水量大，電磁波被吸收得就強，反射自然就弱了，呈現(xiàn)出來的為暗色調(diào)圖像；相反含水量小，電磁波被吸收得就弱，反射自然就強了，呈現(xiàn)出來的為亮色調(diào)圖像。在探地雷達成像中，由于滑坡體和母巖的電性差別，可以確定滑坡體的形狀、厚度和寬度等。

公路地質(zhì)災(zāi)害重在預(yù)防，要建立起一套行之有效的預(yù)警處置體系，不僅可以避免了工程事故的發(fā)生，還可以保障行車安全。探地雷達技術(shù)的興起，勢必會對預(yù)防公路地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生積極作用，也對公路工程建設(shè)等相關(guān)部門提供科學(xué)決策，提高應(yīng)對突發(fā)公路地質(zhì)災(zāi)害、防災(zāi)減災(zāi)的能力。

3 結(jié)語

以上介紹了幾種“三維一體化”探地雷達技術(shù)在道路評價中的應(yīng)用，“三維一體化”探地雷達技術(shù)在我國道路評估中的應(yīng)用越來越廣泛，體現(xiàn)出無損傷、效率高、精度高、抗干擾強等特點，可實現(xiàn)連續(xù)透視掃描及三維彩色圖像實時顯示，極大地提高了公路工程建設(shè)過程的效率，保障了工程質(zhì)量。

由于“三維一體化”探地雷達技術(shù)的潛力巨大，有著很廣泛的應(yīng)用前景，隨著新科技的不斷發(fā)展，能夠在公路工程建設(shè)中更加方便、快捷地解決各種難題。