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摘 要：地质雷达能够利用高频电波、脉冲技术对地下介质进行有效的探测。由于我国各个地区地层分布存在一定的差异性，且岩溶地区分布广泛具有极大的不确定性，盲目的工程开展会威胁工作人员的生命安全和生产损失。探地雷达作为地下异常情况的探测手段之一，在岩溶地区探测中有着重要的作用。文章对探地雷达的工作原理进行了分析，并结合工程实例进行了分析，以对探地雷达在岩溶探测方面的应用进行论述。
关键词：探地雷达；岩溶地区；技术应用
一、地质雷达工作原理
地质雷达是应用高频脉冲电磁波探测隐蔽介质的分布，向被測物发射高频宽带短脉冲电磁波，当电磁波遇到不同介电特性的介质就会有部分返回，接收反射波并记录反射的时间。根据接收到波的旅行时间（双程走时）、幅度频率与波形变化资料，可以推断介质内部结构以及目标体的深度、形状等特征参数（图1）。脉冲波走时：
式中：x值在剖面探测中是固定的，v值（mns-1）可以利用现成数据或测定获得，由上式可得目标体的深度值Z（m）。当发射和接收天线沿物体表面逐点同步移动时，就能得到其内部介质剖面图像。图2是地质雷达检测混凝土质量的原理和记录示意图。记录图像中呈弧状的同相轴为混凝土缺陷对电磁波的反射所引起。
地质雷达基本参数如下：
（1） 电磁脉冲波旅行时间
式中：Z—勘查目标体的埋深；x—发射、接收天线的距离（式中因Z>x，故x可忽略）；V—电磁波在介质中的传播速度。
（2） 电磁波在介质中的传播速度
式中：C—电磁波在真空中的传播速度（0.29979m/ns）；—介质的相对介电常数，—介质的相对磁导率（一般）
（3） 电磁波的反射系数
电磁波在介质传播过程中，当遇到相对介电常数明显变化的地质现象时，电磁波将产生反射及透射现象，其反射和透射能量的分配主要与异常变化界面的电磁波反射系数有关：
式中：r — 界面电磁波反射系数；—第一层介质的相对介电常数；—第二层介质的相对介电常数。
二、实例分析
2.1 工程概况
某单位拟在河堤旁新建一条城市道路，因该地区为岩溶发育地区，且临近河流，溶蚀作用较强，地质情况复杂。为更清楚的了解地底地质条件，制定设计及施工方案，该单位委托我方用地质雷达对该场地进行了探测。
2.2 探测方法
本次探测我们使用加拿大产Pulse EKKO PRO 地质雷达系统。鉴于精度及深度的要求，拟选用中心频率为100MHz天线开展探测工作。
使用100MHz天线时，仪器参数设置为采样间隔：0.8ns，采集时窗：200ns，自动叠加：128次，触发探测方式：单点采集（1M/0.50M点距）。
2.3 测线布置
根据甲方测量要求和实际现场踏勘情况，根据工作区实际情况布线，1#-7#测线线距5米，采样点距1.0m；8#-13#测线线距3米，采样点距0.50m。整个场地测线沿着拟建道路及两测东西向布设，起始点现场打标。
2.4 数据处理
探测的雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录，以波形或灰度显示探测的剖面图。地质雷达探测资料的解释包括两部分内容：一为数据处理，二为图像解释。由于地下介质相当于一个复杂的滤波器，介质对波的不同程度的吸收以及介质的不均匀性质，使得脉冲到达接收天线时，波幅减小，波形变得与原始发射波形有较大的差异。另外，不同程度的各种随机噪声和干扰，也影响实测数据。因此，必须对接收信号实施适当的处理，以改善资料的信噪比，为进一步解释提供清晰可变的图像，识别现场探测中遇到的有限目的体引起的异常现象，对各类图像进行解释提供依据。
图像处理包括消除随机噪声压制干扰，改善背景；进行自动时变增益或控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波，进行滤波处理除去高频，突出目的体，降低背景噪声和余振影响。本次探测我们利用Pulse EKKO PRO 地质雷达仪携带的资料处理软件对野外采集的原始数据（实测波形）进行处理，得到了比较清晰的地质雷达断面图像。
1#线沿测线方向（由东向西）平面距约22m-30m，纵深方向地下约3m-6m出现异常，推测为岩溶或软弱夹层。
1#线沿测线方向（由东向西）平面距约36m-43m，纵深方向地下约2m-5m出现异常，推测为岩溶或软弱夹层。
2#测线
2#线沿测线方向（由东向西）平面距约5m-11m，纵深方向地下约2.5m-5.0m出现异常，推测为岩溶或软弱夹层。
2#线沿测线方向（由东向西）平面距约22.5m-28.5m，纵深方向地下约1.8m-5.0m出现异常，推测为岩溶或软弱夹层。
2#线沿测线方向（由东向西）平面距约40.0m-46.0m，纵深方向地下约2.0m-5.0m出现异常，推测为岩溶或软弱夹层。
三、探地雷达技术在岩溶中的应用讨论
伴随科学技术的不断发展，雷达探测技术的应用范围逐渐拓宽。在岩溶地区的探测中，探地雷达具有一定的技术优势，高效性、高精度性、高质量性都是其显著的技术特征。湖南是岩溶地区存在广泛的地区，岩溶地区的存在为相关工程的开展带来了一定的限制，为此上文结合湖南某地一工程实况进行分析。
在其它建筑项目基础施工中，溶洞、溶蚀裂隙的存在都严重影响工程质量和安全。溶洞、溶蚀裂隙形成的软弱夹层地带，导致地基持力层的不稳定，无法发挥其应有的承载力，在施工过程中需要不断的对软弱夹层进行处理，费时费力。地质雷达探测技术能够较好的对岩溶地区的形态及范围进行探测，有助于设计单位对工程进行合理设计、规划，尽量减少因岩溶发育造成的安全隐患减少或避免安全质量事故。
参考文献
[1]叶超强，刘斌清，禤炜安，徐国栋，黄泽国.探地雷达技术在公路工程中的应用综述[J].西部交通科技.2018（06）
[2]张劲松，王星杰，王晓岩.隧道衬砌病害雷达检测定位精度分析[J].工程勘察.2018（04）
关键词：探地雷达；岩溶地区；技术应用
一、地质雷达工作原理
地质雷达是应用高频脉冲电磁波探测隐蔽介质的分布，向被測物发射高频宽带短脉冲电磁波，当电磁波遇到不同介电特性的介质就会有部分返回，接收反射波并记录反射的时间。根据接收到波的旅行时间（双程走时）、幅度频率与波形变化资料，可以推断介质内部结构以及目标体的深度、形状等特征参数（图1）。脉冲波走时：
式中：x值在剖面探测中是固定的，v值（mns-1）可以利用现成数据或测定获得，由上式可得目标体的深度值Z（m）。当发射和接收天线沿物体表面逐点同步移动时，就能得到其内部介质剖面图像。图2是地质雷达检测混凝土质量的原理和记录示意图。记录图像中呈弧状的同相轴为混凝土缺陷对电磁波的反射所引起。
地质雷达基本参数如下：
（1） 电磁脉冲波旅行时间
式中：Z—勘查目标体的埋深；x—发射、接收天线的距离（式中因Z>x，故x可忽略）；V—电磁波在介质中的传播速度。
（2） 电磁波在介质中的传播速度
式中：C—电磁波在真空中的传播速度（0.29979m/ns）；—介质的相对介电常数，—介质的相对磁导率（一般）
（3） 电磁波的反射系数
电磁波在介质传播过程中，当遇到相对介电常数明显变化的地质现象时，电磁波将产生反射及透射现象，其反射和透射能量的分配主要与异常变化界面的电磁波反射系数有关：
式中：r — 界面电磁波反射系数；—第一层介质的相对介电常数；—第二层介质的相对介电常数。
二、实例分析
2.1 工程概况
某单位拟在河堤旁新建一条城市道路，因该地区为岩溶发育地区，且临近河流，溶蚀作用较强，地质情况复杂。为更清楚的了解地底地质条件，制定设计及施工方案，该单位委托我方用地质雷达对该场地进行了探测。
2.2 探测方法
本次探测我们使用加拿大产Pulse EKKO PRO 地质雷达系统。鉴于精度及深度的要求，拟选用中心频率为100MHz天线开展探测工作。
使用100MHz天线时，仪器参数设置为采样间隔：0.8ns，采集时窗：200ns，自动叠加：128次，触发探测方式：单点采集（1M/0.50M点距）。
2.3 测线布置
根据甲方测量要求和实际现场踏勘情况，根据工作区实际情况布线，1#-7#测线线距5米，采样点距1.0m；8#-13#测线线距3米，采样点距0.50m。整个场地测线沿着拟建道路及两测东西向布设，起始点现场打标。
2.4 数据处理
探测的雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录，以波形或灰度显示探测的剖面图。地质雷达探测资料的解释包括两部分内容：一为数据处理，二为图像解释。由于地下介质相当于一个复杂的滤波器，介质对波的不同程度的吸收以及介质的不均匀性质，使得脉冲到达接收天线时，波幅减小，波形变得与原始发射波形有较大的差异。另外，不同程度的各种随机噪声和干扰，也影响实测数据。因此，必须对接收信号实施适当的处理，以改善资料的信噪比，为进一步解释提供清晰可变的图像，识别现场探测中遇到的有限目的体引起的异常现象，对各类图像进行解释提供依据。
图像处理包括消除随机噪声压制干扰，改善背景；进行自动时变增益或控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波，进行滤波处理除去高频，突出目的体，降低背景噪声和余振影响。本次探测我们利用Pulse EKKO PRO 地质雷达仪携带的资料处理软件对野外采集的原始数据（实测波形）进行处理，得到了比较清晰的地质雷达断面图像。
1#线沿测线方向（由东向西）平面距约22m-30m，纵深方向地下约3m-6m出现异常，推测为岩溶或软弱夹层。
1#线沿测线方向（由东向西）平面距约36m-43m，纵深方向地下约2m-5m出现异常，推测为岩溶或软弱夹层。
2#测线
2#线沿测线方向（由东向西）平面距约5m-11m，纵深方向地下约2.5m-5.0m出现异常，推测为岩溶或软弱夹层。
2#线沿测线方向（由东向西）平面距约22.5m-28.5m，纵深方向地下约1.8m-5.0m出现异常，推测为岩溶或软弱夹层。
2#线沿测线方向（由东向西）平面距约40.0m-46.0m，纵深方向地下约2.0m-5.0m出现异常，推测为岩溶或软弱夹层。
三、探地雷达技术在岩溶中的应用讨论
伴随科学技术的不断发展，雷达探测技术的应用范围逐渐拓宽。在岩溶地区的探测中，探地雷达具有一定的技术优势，高效性、高精度性、高质量性都是其显著的技术特征。湖南是岩溶地区存在广泛的地区，岩溶地区的存在为相关工程的开展带来了一定的限制，为此上文结合湖南某地一工程实况进行分析。
在其它建筑项目基础施工中，溶洞、溶蚀裂隙的存在都严重影响工程质量和安全。溶洞、溶蚀裂隙形成的软弱夹层地带，导致地基持力层的不稳定，无法发挥其应有的承载力，在施工过程中需要不断的对软弱夹层进行处理，费时费力。地质雷达探测技术能够较好的对岩溶地区的形态及范围进行探测，有助于设计单位对工程进行合理设计、规划，尽量减少因岩溶发育造成的安全隐患减少或避免安全质量事故。
参考文献
[1]叶超强，刘斌清，禤炜安，徐国栋，黄泽国.探地雷达技术在公路工程中的应用综述[J].西部交通科技.2018（06）
[2]张劲松，王星杰，王晓岩.隧道衬砌病害雷达检测定位精度分析[J].工程勘察.2018（04）