姬幸斌
广西万众工程检测有限公司 530000
摘要：探地雷达技术属于地球物理探测技术，该技术操作简单，且探测效率高，具有无损失探测、探测精度高的优势，利用高分辨率的探测方法探测低下目标，本文具体分析雷达技术在岩土工程检测中的应用，为未来技术工程人员提供意见参考。
关键词：岩石工程；探地雷达技术；应用分析
探地雷达又名地质雷达，它是一种高分辨率电磁方法，通过高频电磁波束反射来探测低下目标物，该方法也被称为脉冲微波法、脉冲无线电频率法等，上世纪六十年代中期，基于地下隧道、矿业的发展，美国军方开始探究地下雷达技术[1]。在污染防治方面，地下雷达技术可应用于低下水域土壤中污染物的检测，该技术能够清晰地为现场提供剖面截图，图像的清晰度、分辨率较高。探地雷达技术是一中新型的技术方法，能为地下工程提供精确的图像与数据。具有较高的应用价值，极力的推动了矿业、考古等领域的发展。
一、探地雷达技术的探测原理
现阶段，我国经济发展进入中高度发展阶段，总体经济状况平稳运行。随着工程建设项目数量的增多，工程建设的质量成为认为关注的重要问题，传统的检测方法很难达到当前的施工水平，因此无损检测技术应运而生，探底雷达作为非破坏性的地球物理检测技术，受到工程技术人员的推崇，同时该技术已经广泛运用到岩土工程、地基工程、隧道工程，并取得一定的成果。探测雷达技术采用高频电磁波技术，将天线从地面输送到地下，经目标物反射后回到地面，同时地面的另一天线负责接收信号[2]。假设地下介质波速V是已知的，能够准确检测走时t,然后通过上面的数再根据下面公式求出反应物的深度。
其中a为相位系数；为介电系数；为导电率；为磁导率
脉冲波的双程方向是通过反射脉冲测得的时间，在通过上述公式求出反应物的深度。具体而言，脉冲波双程走方向是通过反射脉冲的延时来确定的，依照发射高频电磁波产生反射波探测地下地质结构。然后向地下发射中心为50-900兆赫短脉冲电磁波与发射电波天线的距离。从而接受两个天线中点下面的物质，然后发射回波。具体如图一所示
图一路面下脱空图像（300M天线）
除此之外，通过雷达仪融合钻孔对回波图像的分析，可以进一步得到地质剖面的图像以及相关地质资料。在开展岩土工程时，雷达的接受功率会受到多种因素的干扰，例如附近位置的干扰物等，主要是地形干扰、耦合效应的干扰以及空中输电线的干扰等，其中因天线耦合不好而产生的电线干扰波在记录过程中始终存在，其产生的干扰波信号较强，在某种程度上像无阻尼振荡[3]。
二、岩石工程中探地雷达监测技术分析
施工前期，工作人员要探测工程区域内岩土物质的大体分布情况，并清楚的掌握其中的物理学原理，了解其中的影响因素。在岩土工程勘测过程中，工程师应指导工程试验工作的完成。基于钻探是一项耗时性工作，且该工作的预算有着严格的要求，而运用探地雷达能精准扫描检测浅层地质分布的具体情况，从而指导工程师做好事前的勘测工作，实践证明，探地雷达与钻探参照孔的的良好融合能提高数据的准确性。
采用探地雷达勘测岩土的基本步骤为：
1.建立目标勘测区坐标，确定测线的水平位置。
测线布置原则：若测线目标是一维体，假设管线方向已知，应遵循测线垂直管线长轴的原则；若管线方向未知，则需要遵循测线与管线呈方格网原则；如果测线目标是二维体，需遵循测线与二维整体走向垂直，根据二维走向的变化程度调整线距：当目的物的体积较小，应先大网格后小网格的原则来确定目的物的范围[4]。
2.测试方法的制定
测试方法一般可分为三种：投射法、剖面法、宽角法。
3、选择测量参数
探地雷达的参数并非是一成不变的，需要根据实际情况选择、设置并测量参数。参数的选择对测量结果的精确度有直接影响，通常情况下，一般探地雷达的测量数据是需要考虑以下几个方面：
①目的体的深度与体积影响天线中心，在场地许可的条件下且分辨率高的情况下，应选择中心频率较低的天线，否则，应选择中心频率较高的天线。
②时窗
时窗长度可由下面公式估算：
W=1.3*(2*hmax/v)，其中w为时窗，单位是ns, hmax是最大探测深度，单位是m/ms。从公式中可以看出，最大探测深度和地层电磁波速度影响时窗的选择，两者成反相关性，v越大，w越小，考虑到hmax和v的变化，一般在选择时窗时都预留30%以上的余量。
③扫描点数
探地雷达在接收到地下的反射后，有地上另一根天线所反映出的图像是波形曲线图，为了增加数据的准确性，一般情况下，在保证频率控制在一定范围内时，需设置多个采样点，扫描点数、时窗、天线频率之间的关系应该满足：P≥10w.s。
④扫描速率
扫描速率指每秒的扫描次数，具体是由扫描线的密集程度呈现的，如果扫描线较为密集，可以通过提高天线移动的速度，进而增加采集范围，为了宝恒采集的扫描线符合后续工作分析的要求，同一探测范围内要至少确保20条扫描线。
4.估计与标定电磁波速
正如下面公式所示，h代表雷达探测目标的深度，t为反射时间，v为电磁波速，t与v呈负相关，t与v和h呈正相关，t值主要受到探地雷达设备的影响，而v值是影响探测精度的主要参数，可以从以下几个方面估算v值;
h=t*v
①测量对象材质的介电常数，利用公式进行估算
②根据已知埋深物体的反射走时进行估算
③分局地下点孤立目标产生的反射双曲线进行估算
5.利用数字化技术处理雷达图像
尽管探地雷达能够为我们呈现高清晰度的图像，但是这种图像并不能为工作人啊云呈现直接的结果，所以，要对采集到的雷达图形进行数字化技术的处理，其处理过程要经过预处理、偏移处理[5]。所谓的预处理是处理数字滤波，高通、带通以及低通、中值滤波；偏移处理是射线理论基础上的偏移归位方法。
另外，特殊的数据处理方法有分析复信号、瞬时振幅、瞬时频率。
6.解释雷达图像
在处理完雷达图像后，要对雷达剖面图像进行合理解读、解释，因为被测介质上电量存在差异，所以要在图中找到相对应的反射波。在追踪同一界面的发射波形时，应注意同性、振幅的变化以及相应波形的特点。水平电性分界层的反射波组，一般存在相对应的光滑平行的同相轴，这体现的就是反射波形的同相性。如果反射界面两侧介质存在差异，将会出现不同的振幅，但振幅仍然遵循一般显著性变化，例如混凝土—空气，振幅不反相；混凝土—水界面—空气，振幅反相；混凝土—钢筋—空气，振幅反相，空气-混凝土，振幅反向。波形特征分析需要根据不同的介质以及不同的结构特性来判断，同时不同的介质所表现出来的频谱特征也会存在明显的差异[6]。
三、探地雷达技术的应用分析
我国在探测地雷方面已有多年的经验，并且取得众多研究成果，储备了较多经验丰富的经验性人才。
（一）探地雷达技术研究
从理论层面出发，目前的主要问题仍然主要聚集在信号的处理上，技术人员为了更好的区分图像以及解释地质,一般会选择比较先进的数据处理方法。例如:处理小波分析法、小波分形法。因为探地雷达接受到的信号较为繁杂，所以当脉冲电磁波直接通向地下介质时，致使低下波形波幅发生改变。脉冲余震、地表不光滑等各个方面都可能导致散射或者干扰剖面旁侧绕射等问题，从而使实际记录图像的分辨率较低，在信号处理过程中，要做好时间波形的处理，同时也应探讨聚焦技术。通过相对于空间相应集中目标体，增加数值处理技术，从而增强地面反射体波形的特点。
（二）探地雷达探测技术的应用
随着现代化科技的发展，我国雷达技术的发展也取得重大进步。目前我国已经拥有了多台探地雷达，在某种程度上可以覆盖全国各个部门。如学校、铁路以及国家研究院等已经运用了探地雷达技术。随着雷达探测技术研究程度的深入，探地雷达技术的应用范围将进一步扩大。
探地雷达主要涉及的区域：
1.建筑工程质量检测。该区域属于探地雷达运用范围最广且最有效的区域，主要将探地雷达技术运用与工程质量检测，其主要的要求是保证数据的精准有效，但是由于很多探测对象较为隐蔽，常用的方法难以获得精准的数据，而探地雷达技术能较好的解决该项问题[7]。常规的解释与工程缺陷部门的介质具有明显的不同，因此，可以采用雷达探测技术发现施工过程中的质量缺陷等问题，从而保证工程建设的质量。另外，探地雷达技术还能监测土体含水量、混凝土浇筑质量，也能监测建筑物的结构、混凝土保护层厚度等方面检测工作。
2.城市基础设施探测与检测，城市基础设施检测包括金属与非金属管线探测，城市路面坍塌检测等，因城市中存在众多干扰源，所以常用的探测防范很难检测城市基础设施状况，然后探地雷达技术在检测与探测城市基础设施上具有众多优势，它能有效的屏蔽城市中存在的干扰源，高速精准的探测点在检测城市基础设施上发挥着重大的作用。同时，探地地雷技术在地基与桩基等基础工程检测方面取得了重大陈旧，当前工程技术人员更倾向将探地雷达技术应用到地基加固层面，旨在通过精准的探测提高地基的稳定性与安全性[8]。
3.环境检测，近年来，随着国家对环境保护的重视程度的加深，我国也在积极倡导建设绿水青山，发展绿色环保的现代化产业，为减少工业化发展对环境的污染，提高居民生活的空气质量，环境保护部门开始将探地雷达技术应用到环境检测方面，主要检测的内容包括：检测农业土壤、探测水污染的污染范围，探测地下储油罐的存放位置以及汽油、柴油的泄露点等。探测雷达技术能有效的探测现场污染的范围与具体位置，为环保工作的开展提供了极大的便利，助力与环境保护事业的发展[11]。
四、探地雷达技术存在的问题
一般情况下，探地雷达技术部在探测分辨率层面超过其他物理方法，通过运用高频宽带频带短脉冲电磁波与高速采样技术，因此在工程探测与基础设施检测上，其精度与检测效率要大大超过其他检测方法。尽管探地雷达技术存在较多的优势，但是探地雷达技术也存在一定的缺陷，例如在实际运用中存在一定的约束性，需要工程技术做出进一步的探究与分析，如：如何提升一起发射功率以及发射效率，怎样加大探测深度；怎样提升雷达图像的分辨率；怎样压制探测现场的干扰信号灯，这些都是探地雷达技术在探测工作亟待解决的问题[9-10]。探地雷达技术可以应用范围与领域十分广泛，部分检测区域对于探地雷达技术的要求较高。因此，工程技术人员应不断的提升与完善探地雷达技术，提升探地雷达探测强衰减介质以及解决多区域工程实际问题的能力。
为解决探地雷达技术在应用层面上存在的弊端，有以下几个方面需要注意，首先探地雷达技术的技术研发人员或者技术生产厂家，必须在雷达主机以及天线等层面开展针对性的变革与设计，逐步提高探地雷达技术中电磁波的穿透力，从而满足更高要求的探测标准，同时，要积极与中国电波传播研究开展合作，共同研制相控制雷达，这也是探地雷达技术不断变革完善的开端，其次，创新数据采集技术，尤其是在采集低噪音数据或者收发机数据时，保证数据采集的清晰度与准确性，保证探测工作取得显著成果。
五、结语
总而言之，尽管当下探测雷达技术存在一定缺陷，在实际应用中具有一定的约束性，但总体而言，探测雷达技术具有其他传统物理方法不具备的优势，如能够帮助工作人员完成岩土工程探测方面的施工探测，尤其是公路、铁路、隧道工程等方面，同时探地雷达技术具有深度适应性、分辨率适应性、连续适应性、介质分辨率、图像分辨率等方面的优势，因此在岩土工程检测中具有得天独厚的优势，能系统解决工程中存在的弊端与问题。
参考文献：
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