摘要：全國(guó)城市道路塌陷事故頻出對(duì)城市居民的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了巨大的威脅和影響。因此，有必要發(fā)展一種快速、方便、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)檢測(cè)和評(píng)價(jià)城市道路下方土體情況，及時(shí)排除城市道路塌陷的隱患危害，保障基礎(chǔ)設(shè)施的良好運(yùn)行，更好地為社會(huì)提供安全保障服務(wù)。目前，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)是最合適的技術(shù)方法，特別在人口密集的大中型城市，利用探地雷達(dá)進(jìn)行城市道路塌陷災(zāi)害的探測(cè)和評(píng)估的方法已經(jīng)被頻繁使用，但仍然需要不斷創(chuàng)新、改進(jìn)和完善，相信未來(lái)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)將在城市道路安全隱患排查中發(fā)揮更大的作用。

　　關(guān)鍵詞：探地雷達(dá);城市道路;地下空洞塌陷;創(chuàng)新

　　1城市道路地下空洞塌陷問(wèn)題及影響因素

　　城市道路坍塌的原因是多種多樣的，但近年來(lái)，隨著城市的飛速發(fā)展和周邊環(huán)境的不斷擴(kuò)張，目前城市道路坍塌事故發(fā)生頻率越來(lái)越高，已經(jīng)具有一定的普遍性。從理論上講，城市路面塌陷的原因可以歸納為以下幾個(gè)方面。(1)自然地質(zhì)環(huán)境因素。主要原因是城市道路塌陷引起的自然地質(zhì)條件，如巖溶塌陷引起的巖石或地下水變化或道路塌陷引起的地質(zhì)活動(dòng);(2)人類的活動(dòng)所導(dǎo)致的路面坍塌。例如，人類過(guò)度開(kāi)采地下水會(huì)導(dǎo)致路面塌陷;開(kāi)采后遺留在礦區(qū)的采空區(qū)容易導(dǎo)致路面塌陷。(3)和人類的活動(dòng)有關(guān)系。也就是說(shuō)，城市道路建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施，如地鐵、地下設(shè)施和城市建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施，導(dǎo)致原有的地下室層被破壞，城市道路表面坍塌。(4)城市地下各種管道的運(yùn)行不正常。例如，城市地下液體輸送管道破裂也會(huì)導(dǎo)致路面塌陷。比如，城市地下水管破裂，會(huì)造成路基土被水沖刷和腐蝕，久而久之，它又會(huì)回流，造成土壤顆粒被自來(lái)水沖走，最終導(dǎo)致道路坍塌。

　　探測(cè)技術(shù)論文投稿刊物：《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》雜志2011年哈爾濱市創(chuàng)刊發(fā)行，征稿刊發(fā)具有一定學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)和反映各學(xué)科、各領(lǐng)域的新成果、新工藝、新產(chǎn)品等方面的論述文章。

　　2探地雷達(dá)測(cè)試原理

　　通孔穿透雷達(dá)(GPR)可以將特定波長(zhǎng)的高頻電磁波傳輸?shù)降孛妫�使其通過(guò)均勻的地層介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的傳播。高頻電磁波不能直接穿過(guò)，會(huì)產(chǎn)生反射和透射。通過(guò)對(duì)軟件和硬件的分析，可以對(duì)不同的波形進(jìn)行分析和處理，確定路面結(jié)構(gòu)層的厚度、地下隱藏物的位置和幾何尺寸、新的市政道路的質(zhì)量控制和檢測(cè)。高速、高精度、無(wú)結(jié)構(gòu)損傷的聲穿透雷達(dá)在公路建設(shè)和維修中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　3探地雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　通過(guò)研究和分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)目標(biāo)識(shí)別方法都是針對(duì)常規(guī)目標(biāo)(如地雷和管道)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的。相對(duì)而言，關(guān)于城市道路地下空洞的檢測(cè)與識(shí)別的文獻(xiàn)較少。許多研究方法對(duì)地雷目標(biāo)的檢測(cè)和分類都有很好的效果。然而，在地下隧道目標(biāo)的探測(cè)和識(shí)別中的應(yīng)用并不一定是有效的。從理論上講，地下洞室的探測(cè)率和識(shí)別率低有兩個(gè)原因。

　　3.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累較為困難，大量實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展難以進(jìn)行

　　根據(jù)研究，產(chǎn)生道路下方土體病害的原因非常復(fù)雜，構(gòu)成坍塌威脅的空洞直徑大小不均，通過(guò)無(wú)損檢測(cè)的方法對(duì)實(shí)際路面的影響程度很難判斷，需要大量的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)積累。在實(shí)驗(yàn)中制作這樣的空靶既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且設(shè)定的靶一般形狀規(guī)則，不具有普遍性和代表性。在目標(biāo)識(shí)別實(shí)驗(yàn)中，為了得到可靠的識(shí)別結(jié)果，需要研究人員對(duì)大量的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

　　3.2特征提取方法有待研究

　　空洞目標(biāo)信號(hào)特征描述中最重要且不可克服的難點(diǎn)是，地下空洞的形成復(fù)雜且形式多樣，不能用一個(gè)或多個(gè)特征來(lái)描述空洞目標(biāo)的目標(biāo)反射特征。不同的空心物體可能有不同的形狀，其中的介質(zhì)也可能不同，因?yàn)樗�可能充滿空氣，也可能一半是空氣，一半是水。因此，即使相同的特征在不同的中空物體之間是不同的，也難以獲得特征的一般描述。

　　4工作方法技術(shù)

　　4.1探測(cè)方法

　　探地雷達(dá)(GPR)以寬帶短脈沖的形式通過(guò)發(fā)射天線將高頻電磁波發(fā)射到地面，然后通過(guò)具有不同電特性的地下層返回地面。根據(jù)回波振幅、波形和頻率的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，推導(dǎo)出地下目標(biāo)的結(jié)構(gòu)和物理特性。目前，常用的GPR測(cè)量方法包括反射剖面法，一般中心法和廣角法。電磁波在檢測(cè)介質(zhì)中的傳播速度是使用公共中心法和廣角法來(lái)計(jì)算的。GPR的發(fā)射天線和接收天線沿測(cè)量線同步移動(dòng)，并保持一定距離以收集數(shù)據(jù)。

　　4.2使用天線的頻率、參數(shù)設(shè)定和水平的分辨能力

　　采用100MHz天線時(shí)，路基中層分辨率約為1.5米，深度為1米時(shí)，路基中層分辨率在2米左右，分辨率小于2米，提高了400兆赫天線的水平分辨率。采用100MHz和200MHz天線時(shí)，參數(shù)設(shè)定為采樣時(shí)窗80ns和160ns、采樣點(diǎn)數(shù)512和1024，一般可以滿足檢測(cè)要求，探測(cè)到路面以下約5米內(nèi)的范圍。

　　4.3雷達(dá)高速探測(cè)與跟蹤定位技術(shù)結(jié)合使用

　　以往采用的標(biāo)記和卷尺定位方法已不能用于高速檢測(cè)。高速檢測(cè)需要與實(shí)時(shí)GPS相結(jié)合，保證坐標(biāo)異常點(diǎn)的快速定位，同時(shí)實(shí)時(shí)探測(cè)離群點(diǎn)還可以在大比例尺地圖上進(jìn)行初步的干擾因素分析，有效地減少了工作量，保證了快速分析和評(píng)價(jià)。

　　4.4資料處理及解釋

　　雷達(dá)圖像通常是由脈沖反射波的波形記錄,和探地雷達(dá)的探測(cè)曲線顯示的波形或灰度。因?yàn)榈叵陆橘|(zhì)相當(dāng)于一個(gè)復(fù)雜的濾波器，所以當(dāng)脈沖到達(dá)接收天線時(shí)，由于吸收波的程度不同以及介質(zhì)的不均勻性，脈沖的幅度將減小，其波形與原始波形不同。另外，不同水平的隨機(jī)噪聲和干擾也會(huì)影響測(cè)量數(shù)據(jù)。因此，需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚�，以提高�?shù)據(jù)的信噪比，為進(jìn)一步的分析和解釋提供清晰的圖像。探地雷達(dá)的資料處理過(guò)程:①對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一維濾波，消除直流漂移;②求直達(dá)波和運(yùn)動(dòng)起始時(shí)間的靜校正;③控制增益處理，將深部信號(hào)放大;④采用二維濾波器提取平均軌跡，去除圖像的水平部分;⑤對(duì)高頻和低頻信號(hào)進(jìn)行一維濾波;⑥二維濾波，移動(dòng)平均抑制噪聲，使圖像更加平滑。

　　圖像解釋是異常識(shí)別和經(jīng)驗(yàn)積累的過(guò)程。根據(jù)過(guò)去的工程實(shí)踐中獲得的實(shí)際結(jié)果，可以獲得基于GPR圖像的前向結(jié)果的解釋。通過(guò)獲取高質(zhì)量的雷達(dá)圖像并正確識(shí)別異常，可以獲得可靠，準(zhǔn)確的地質(zhì)解釋結(jié)果。

　　5城市道路探地雷達(dá)檢測(cè)注意事項(xiàng)

　　5.1確定底界面的回波

　　在使用探地雷達(dá)探測(cè)市政道路前，通過(guò)提取同一界面的波信號(hào)源來(lái)確定底部界面的回波。目前由于技術(shù)水平的限制，無(wú)法將反射波與路基界面區(qū)分開(kāi)。區(qū)分檢測(cè)波和干擾波，采取技術(shù)措施抑制或發(fā)現(xiàn)干擾波是必要的，但前提是準(zhǔn)確地確定底界面的回波信號(hào)。在檢測(cè)過(guò)程中，我們通過(guò)檢測(cè)圖像找到道路結(jié)構(gòu)最厚的位置，并進(jìn)行對(duì)比分析。也可以通過(guò)分析檢測(cè)波形來(lái)確定，或者通過(guò)鉆孔來(lái)確定最厚的位置。

　　5.2確定電磁波的實(shí)際傳播時(shí)間

　　準(zhǔn)確地確定底界面回波時(shí)間，需要確定電磁波在市政道路結(jié)構(gòu)中的傳播時(shí)間。同時(shí)，為了準(zhǔn)確地確定每一結(jié)構(gòu)層的厚度，需要判斷每一結(jié)構(gòu)層的位置，準(zhǔn)確地確定每一結(jié)構(gòu)層的厚度。

　　5.3標(biāo)定路面的介電常數(shù)

　　為了提高市政路面結(jié)構(gòu)層厚度檢測(cè)的準(zhǔn)確性，在測(cè)量前對(duì)路面介電常數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。路面介電常數(shù)受路面組成材料、施工環(huán)境、施工工藝、路面結(jié)構(gòu)層密實(shí)度等因素的影響。另外，對(duì)于不同的檢測(cè)點(diǎn)，介電常數(shù)也會(huì)有所不同。確定路面檢測(cè)點(diǎn)后，要做好標(biāo)定，鉆孔取樣做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　6結(jié)語(yǔ)

　　傳統(tǒng)的檢測(cè)方法效率低、操作難度大、成本高且無(wú)法滿足目前城市道路安全隱患排查的要求，采取一種高效、操作便利、破壞性小、有一定經(jīng)濟(jì)性的檢測(cè)方法勢(shì)在必行，這使得探地雷達(dá)成為城市道路災(zāi)害檢測(cè)的首選技術(shù)。然而，在實(shí)際探測(cè)空洞目標(biāo)時(shí)，探地雷達(dá)資料的解釋和解釋結(jié)果其準(zhǔn)確度常常依賴于技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)水平，因經(jīng)驗(yàn)不足而產(chǎn)生的誤判也時(shí)常發(fā)生。因此，對(duì)探地雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別方法的研究具有十分重要的意義。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]林芳輩.市政道路無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的綜合應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，4(15)：107.

　　作者：邵佳琳陳佳悅