基于地质雷达的地下空洞探测分析

基于地质雷达的地下空洞探测分析

吴遥道

深圳市水务科技发展有限公司，广东省深圳市， 518000

摘要：随着现代化技术的高速发展，地下空洞探测技术愈发丰富与先进，其中，地质雷达是常用技术之一。基于此，为满足当前对地下空洞探测速度和准确性的新要求，本文立足于地下空洞形成原因和物性特征分析此项工作中地质雷达的运用要点，以期为相关探测工作提供参考性建议。

关键词：地下空洞探测；地质雷达；病害验证

引言：在城市化进程不断加快和人们地下开发力度加大的背景下，为保证地下工程施工安全，需要探测地下空洞分析环境的危险性，避免地面下陷和沉降过大等现象的发生。地质雷达技术主要利用不同介质之间的差异探测内部结构，不会对目标造成损伤，同时具有理想探测效果，因此，分析技术运用要点是必要的。

1.研究地下空洞形成原因及物性特征

1.1地下空洞形成原因

从当前地下空洞研究现状来看，形成原因主要如下：一是长期振动下形成。由于城市化建设水平日益提高，城市道路在较多车辆的作用下长期受振动影响，对地下孔隙等造成影响，从而导致裂隙面积扩大，进而形成地下空洞；二是地下水和地质原因。在地壳长期运动和地下水不断冲刷下，地下裂隙面积扩大，土层松散出现空洞；三是基建施工影响。深基坑施工或是隧道施工会对地层结构造成一定影响，使得地下水渗出带走四周泥沙，最终形成空洞；四是地下管道施工影响。一些地下管道施工没有压实回填土，或是封堵注浆严实性较差，在地下水沿着管道流动的情况下，带走了疏松泥土，进而形成空洞^[1]。

1.2地下空洞物性特征

根据上述形成原因空洞分为三种类型，具体是松散土层、含水空洞和空洞。一般情况下，其物性特征与周围介质差异较大，以电阻率为例，地下空洞的电阻率值较高，而且电磁波的传播速度较快，若是空洞含水那么其电阻率会比周围介质的低，但是介电常数较大，电磁波传播速度降低。如果空洞在形成后坍塌，则会出现堆积物，此类物质多为稀松、破碎，因此对比周围介质，其各类参数也存在明显差异。

2.分析地下空洞探测工作中地质雷达的运用要点

地质雷达技术利用不同介质之间电磁波传播的差异对内部结构进行探测，技术流程为：发射高频电磁波——反射电磁波——主机接收——分析反射数据。作为一种新型地下空洞检测方法，运用要点如下：

2.1采集数据

由于地下空洞形成原因多种多样，为此，在使用地质雷达技术对地下空洞进行探测前要做好现场环境等各类地质信息的勘察工作，采集准确且全面的探测区数据资料，为后续工作开展奠定良好数据基础。在数据采集过程中，相关工作人员应先行整合现有的探测区内地下管网等资料，初步了解探测区基础数据，判断地质雷达技术使用探测可行性。此外，充分发挥现代化定位技术的作用，以GPS为基础进行坐标定位，科学选择探测起讫点坐标，按照技术流程确定测线位置，开展科学布控和数据记录工作。此外，使用雷达技术探测目标，利用其辅助作用识别目标，保证检测位置准确性。另外，由于地下空洞规模差异，以及分布的特殊性，相关工作人员在布设剖面时应沿着道路方向进行，最好采取十字剖面和短剖面的方式开展工作，比如针对重点区域或是疑似隐患区域进行加密和重复探测工作，确认没有异常情况方可开展下一步工作。

2.2地质雷达方法技术

在使用地质雷达对地下空洞进行探测时，随着技术水平的提高，方法技术丰富，主要流程如下：

第一，观测方式采集数据。在开展数据采集工作时主要使用观测方式进行，对于地下空洞探底工作，技术人员可以使用剖面法发射雷达和接收天线，根据当地实际情况跟着观测剖面移动，对间距进行合理控制。在探测过程中，如果发现某一测点出现波形记录，那么技术人员要控制天线移动至下一测点，以此类推，最终得到准确且完整的雷达探测图像。

第二，方法试验技术。对于开展城市相关工程作业时需要探测地下空洞这一情况，相关工作人员要以方法试验作为工作基础，即在现有的方沟中进行试验剖面的布置，该布置也可以位于地下人防工程中，之后使用相关技术设备进行实验探测。根据得到的具体数据从中选择更为科学的工作方法和参数，了解目标探测区域内雷达异常的图像特征，以此完成地质雷达探测作业^[2]。

第三，选择工作参数。由于工作参数的合理性对探测结果具有直接影响，因此，相关工作技术人员应对探地雷达点距、采样时窗、介质电磁波速等参数进行科学选择，最好通过科学的方法试验确定参数，以此保证探测质量。

第四，探测剖面。以探底雷达方法试验为基础探测剖面，在布设作业中相关人员要最大程度的避免干扰地段，并保证探测目标走向与雷达剖面走向的垂直性。

2.3分析处理数据

开展探测雷达数据分析处理工作时，要基于雷达波图谱寻找特殊曲线，比如反射波同相轴不连续、能量强、具有弯曲性等区域，之后结合雷达波幅值变化和相位等要素进行判断。值得注意的是，在分析数据时要将虚假异常数据剔除，以此科学确定区域密实度，保证探测结果的科学准确性。

一般情况下，以病害程度为基础检测分析异常主要包括7种，分别为一般和严重富水，轻微、中等、严重疏松，空洞和脱空。不同异常下的波组形态存在差异，因此要根据具体形态明确地下病害，科学判断空洞类型。其中，一般富水的波组形态是顶部具有较为连续的同向性反射波组，底部反射波和两侧绕射波不明显；严重富水的波组形态为顶部具有连续同向性反射波，其他与一般富水波组形态相同；轻微疏松是顶部具有连续同向性反射波，多次波发育不明显，内部波形结构杂乱；中等疏松为多次波发育，其他与轻微疏松相同；严重疏松是多次波发育明显，内部波形结构十分杂乱，其余相同；空洞表现为倒悬挂双曲线、正向连续平板状双曲线，多次波发育；脱空顶部具有连续同向性反射波组，两侧绕射波发育明显。

2.4病害验证

在具体掌握检测成果后，应按照相关标准要求对地下空洞进行风险评估定级，掌握安全风险与影响范围，之后开展规范的病害验证检测工作。这是因为地质雷达技术存在一定局限性，外加地下隐蔽项目复杂，在探测中存在一定干扰因素，比如埋深、异常体大小等。因此，为得到准确数据情况，要落实钻机验证工作，为后续作业奠定良好基础。

结论：综上所述，地质雷达技术作为一种新型探测技术，能够在无损伤的情况下帮助工程了解目标区域地下结构，保证施工安全。在该技术实际落实过程中，要做好环境数据勘察工作，并合理布设剖面等，做好病害验证检测，以此保证探测结果准确性。

参考文献：

[1]铁勇强,尹振国. 关于地质雷达在露天矿山空洞探测的应用简析[J]. 内蒙古煤炭经济,2020(14):215-216.

[2]杨光,李颖. 地质雷达在城市道路地下典型病害探测中的应用[J]. 河南科技,2021,40(4):115-117.

[3]于建,刘海,李丰果,等. 地下空洞的探地雷达信号时频响应特征分析[J]. 勘察科学技术,2020(2):22-25,42.