田干
深圳市勘察研究院有限公司
摘要：探地雷达因其所具有的高分辨率和高勘探效率，而成为了工程地质勘探中非常重要的勘探设备。近些年来，随着探地雷达技术的完善和发展以及操作经验的积累，已经逐渐的应用在多个领域的工程地质勘探过程中。本文首先对于探地雷达的特点和功能进行分析，从而对于探地雷达在工程地质勘查中的应用进行研究，希望通过本文，能够为探地雷达在工程地质勘探中的应用提供一些参考和帮助。
关键词：探地雷达；工程地质勘探；实际应用
1.探地雷达的特点和功能探析
探地雷达，也被称作为地下或者地质雷达，英文缩写为GPR，是通过利用电磁波的收发来对地下进行勘探的一种电子设备。主要是利用天线来将高频电磁波以短脉冲的形式输入到地下，电磁波到达地层或物体后返回地面，再由天线来进行接收。探地雷达对于地下数据的采集主要通过波形的方式来进行体现，正负的波峰分别用黑色和白色来进行标记，也可利用其它的颜色来进行标记，从而对于地下的反射面进行形象的体现。通过在波形图上利用测线进行标记的方式来形成雷达的剖面。作为工程地质勘探中的非常有效的勘探电子设备，探地雷达的特点主要包括以下几个方面：首先是高分辨率，一般可达到数厘米，工作频率可达到五千兆赫兹。其次，探地雷达不具备破坏性，通过电磁波来达到勘探的目的，不会对地表或地下造成任何损害。第三是高效率，探地雷达采取的是信息采集和处理一体化的装置，便于携带，操作简单，具有较高的工作效率。最后，探地雷达具有较强的抗干扰能力，能够在多种恶劣环境下进行使用。
从目前的情况来看，探地雷达的种类很多，例如美国的SIR系列和日本的GEORADAR系列以及加拿大的PulseEKKO系列等等。一般来说，探地雷达主要由发射和接收天线、控制面板、计算机、发射和接收电路这几个部分所组成，各部分的具体功能如下：
（1）发射和接收天线：这两种天线实际上可以互换进行使用，通过发射天线向地下介质发射电磁波，由接收天线来接收地下介质的返回信号。
（2）发射和接收电路：该电路是一种短脉冲和宽频带的发生装置，能够向天线发射信号，接收电路则是将天线接受的信号进行放大传递给控制面板。
（3）控制面板：控制面板显示的标准时间信号来作为探地雷达的回波计时，根据计算机给出的指令来向发射和接收电路发出指令。同时，控制面板也会对接收的信息进行处理，经过转换后再传递给计算机。
（4）计算机：计算机主要负责与操作人员进行互动，根据所设置的参数来按照程序进行绘图以获得雷达图像。同时，计算机也需要向控制面板发出指令，并在硬盘上对测量的结果和参数进行储存，并通过雷达图像来对测量质量进行监控。
2.探地雷达在工程地质勘探中的应用研究
2.1防空洞
上海某中学原址因建地铁而需要进行地下工程施工，由于该学校地下原来设有防空洞，学校搬走时将防空洞堵死，所以在开展地下工程施工前需要对防空洞进行定位。防空洞属于地下的埋设体，通常由混凝土结构搭建而成，从而使得防空洞的洞顶与土层之间的电性出现差异。电磁波在进入后发生反射时，其振幅和频率就会出现变化，该波场的特征可以被定义为：反射波极性反转、反射振幅增强、出现空白区域。
2.2金属突起物
探地雷达能够对于曾经发生过的矿藏活动进行明确，在欧洲某国，为了得知煤层中是否曾经发生过矿藏的活动，利用探地雷达快速的得到了该地区的剖面图。虽然有相关的记录显示该地区并没有开采过，但是经过探地雷达能够得知该地区的地下12米深区域所出现的扰动主要是由于突起所造成的，从而一直延伸到煤层当中。探地雷达所能够测量的深度已经接近包壳的危险位置。通常来看，地下水管道或者道路的倒塌通常是由于长期的风化或混凝土结构问题所引起的，探地雷达能够对于提前检测出这些空洞的具体情况，从而避免倒塌现象的发生。
2.3煤层
利用探地雷达对煤层进行勘测是较为普遍的，因为高频信号能够有效的穿透煤层，从而对于煤层构造情况以及其中的甲烷气进行探查，从而避免危险情况的出现。通常情况下，煤层对于探地雷达信号的反射都较为明显，从而准确的识别煤层中所沉淀的纹理。对于煤层纹理方向的准确识别即可提前避免很多问题的发生。另外一方面，对于雷达天线方向的选择也十分的重要，天线方向的不同会使得雷他的测量产生不同的结果，如果天线与煤层平行，那么将很难获得反射，而如果天线与煤层垂直，则能够获得良好的反射结果。
2.4地下异常
探地雷达所具有的功能，能够对于地下的管道、电缆以及隧道结构进行准确的勘探，例如下图1当中，通过探地雷达十分准确的勘探出了地下十一米深度隧道的剖面图，并检测出了福建的电缆和洞。
探地雷达所显示的信息充分的体现了围岩中的细节，从而为危险状况的预测提供了十分珍贵的信息。同时也为城市规划和土木工程开发提供了十分关键的信息依据。
2.5铁路路基的检测
火车的行车安全与路基的维护是否良好有着重要的关系，利用探地雷达对于铁路路基地下进行地质情况进行勘探，能够为路基维护提供有效的信息依据。例如某段铁路路基建立在山道上，如果地表出现冰融化的现象，那么火车就会发生出轨的危险。利用探地雷达进行勘探，能够发现冰的位置，从而使得工程师能够提前对这种现象进行预防。
2.6公路路基的检测
利用探地雷达对公路路基进行勘探，能够提前发现公路路基可能出现的问题。通过探地雷达收集数据，来了解公路路基地下的具体情况，从而准确的得出公路路基发生损坏的原因，为公路路基的维修提供依据。例如下图2，就是通过探地雷达对公路路基的地下情况进行勘探所得到的剖面图，剖面图显示公路路基的沉陷和裂缝情况，浅层基岩的稳定性比周边填充物的稳定性更高。
2.7管道检测
探地雷达能够准确的检测地下的小型物体，并通过双曲线响应的方式来确定物体的位置。如图3所示，通过探地雷达非常明确的显示了金属以及非金属物体的位置。
在该图当中，探地雷达采用450MHz的频率，利用0.1米的点距，通过多方向的管线资料来识别出其几何形状。
结束语：近些年来，探地雷达技术的发展逐渐适应了各项工程地质勘查的要求，随着探地雷达硬件的更新和软件功能的增加，为工程地质勘探提供了更加良好的条件。在工程地质勘探的实际操作过程中，积累了大量的实践经验。探地雷达通过多次测量的平均和对滤波的处理，能够对于杂乱回波进行有效的压制，从而突显出其中的有用信息。
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