徐 強(qiáng) 路 磊 西北民族大學(xué)土木工程學(xué)院

1 綜述

人們?nèi)粘Ｉ畹膽敉獬鲂卸家?jīng)過道路，雖然能夠直觀地看到道路之上各種狀況，但看似平整的道路下有可能存在著影響道路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素。尤其是在長期地底下管道滲透和過載使用下，道路以下結(jié)構(gòu)正潛移默化地發(fā)生改變，而這些隱患的存在會隨時導(dǎo)致坍塌事故的發(fā)生，這也時刻影響人們的出行安全。因此，運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)去探測路面結(jié)構(gòu)下的未知危險因素，隨著地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)不斷更新，可以更好地幫助我們避免地面之下空間的危機(jī)，是預(yù)防規(guī)避道路坍塌事故發(fā)生的重要工具。

2 地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的原理及資料分析處理流程

2.1 地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的原理

地質(zhì)雷達(dá)儀器由控制單元、顯示器、發(fā)射天線、接收天線等組成，類似于人體的神經(jīng)控制系統(tǒng)。地質(zhì)雷達(dá)各部分之間分別負(fù)責(zé)接收、傳輸以及讀取信號，控制單元進(jìn)行信號觸發(fā)后將信號傳達(dá)至發(fā)射天線端，發(fā)射天線收到信號后，將觸發(fā)信號傳遞到接收端，再由此將形成的高頻脈沖波傳至地面端。電磁波則會根據(jù)傳導(dǎo)過程中的介質(zhì)差異形成不同的反射波，一部分電磁波會向地面反射，接收天線接收這部分電磁波后傳導(dǎo)至顯示器端形成圖像信號，此時便可通過觀測顯示器所收集的圖像信號來推測地底情況，通過導(dǎo)入計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行處理和分析，可以獲得地下介質(zhì)的分布，從而達(dá)到檢測的目的。

2.2 資料分析處理流程

地質(zhì)雷達(dá)資料分析處理包括預(yù)處理（儲存圖像并進(jìn)行傳輸，標(biāo)記，校正樁號，添加標(biāo)題等）和處理分析，處理流程圖如圖1所示，其目的在于降低外界干擾，以更高的圖片分辨率顯示地質(zhì)雷達(dá)圖像剖面上的反射波，從而將有用的異常信息如電磁波速度、振幅、波形等突出來，進(jìn)一步幫助圖形分析。

3 路面坍塌事故及其原因分析

3.1 蘭州路面坍塌事故

自2016年8月起，蘭州已發(fā)生了20多起混凝土路面塌陷事故，多名路過的行人及車輛都不幸掉入塌陷坑中，人員傷亡和財產(chǎn)損失嚴(yán)重。

蘭州的道路在近些年來常有坍塌情況出現(xiàn)，這些坍塌事故也為道路安全通行敲響了警鐘。因此，必須重視道路安全隱患問題，以免事故進(jìn)一步發(fā)生帶來更大的損失。

3.2 蘭州路面坍塌事故的原因分析

蘭州市屬于濕陷性黃土地區(qū)，濕陷性黃土遇到滲水其抗壓強(qiáng)度會急速降低，加之地面上的壓力不斷增加，導(dǎo)致濕陷性黃土層塌陷，從而形成地下空洞，道路塌陷也就隨時會發(fā)生。在蘭州市路面下，掩埋著許多錯綜復(fù)雜的管道，一些管道在預(yù)埋過程中封閉措施不嚴(yán)，一旦地基污水或者自來水管道破裂，地下的積水就會順著封閉不嚴(yán)的預(yù)埋管道流向其他部位，從而形成了道路上多處連續(xù)塌陷的現(xiàn)象。近年來蘭州的城市化進(jìn)程大大超過了其城市基礎(chǔ)設(shè)施的修建和維護(hù)工作進(jìn)程，地下管道難以持續(xù)工作，所以容易埋下一系列塌陷隱患。

這些原因大都是長期的疏忽所積攢下的隱患，短期內(nèi)無法從根源上解決這些問題，因此最好的預(yù)防措施就是利用地質(zhì)雷達(dá)無損檢測技術(shù)對混凝土路面進(jìn)行地質(zhì)探測，及時發(fā)現(xiàn)其中的問題。

4 地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)在混凝土路面的應(yīng)用

地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)是基于相鄰兩種介質(zhì)之間的電性差異，根據(jù)地下不同介質(zhì)具有不同的電導(dǎo)率和介電常數(shù)依據(jù)，從而形成反射界面來反映地下情況。根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)所配套的天線類型，可以分為兩類：一是空氣耦合天線，二是地面耦合天線。在進(jìn)行路面探測之前，可以通過木板上覆蓋泡沫的方法來模擬實(shí)際的空洞缺陷，聚乙烯類材料的相對介電常數(shù)約為2.3，使得空氣與混凝土結(jié)構(gòu)之間的電性差異要大于此時的界面兩側(cè)電性差異，因此模擬試驗(yàn)結(jié)果比在實(shí)際工程中對缺陷的探測能力還要更弱，下面是地質(zhì)雷達(dá)對路面進(jìn)行探測的應(yīng)用說明。

圖2 是地質(zhì)雷達(dá)的探測圖像。其橫縱坐標(biāo)分別反映了探測路徑以及反射波穿透被測介質(zhì)的時長，其利用1500MHz的電磁波進(jìn)行透射波穿透，在計(jì)算機(jī)端得到如上圖像，其中紅色標(biāo)注的區(qū)域?yàn)榭斩此磻?yīng)的圖像。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)的探測圖像

圖3是地質(zhì)雷達(dá)探測地下管道的圖像。通過圖2和圖3的圖像對比可以看出地質(zhì)雷達(dá)在不同環(huán)境下所探測出的圖像是不同的，通過進(jìn)行大量的實(shí)地探測和模擬試驗(yàn)，總結(jié)出了各種情況下的雷達(dá)圖像特征，為以后的探測奠定了基礎(chǔ)。在探測的過程中，還可能會受到其他未知影響因素所影響，給雷達(dá)探測增加了一定的難度。

圖3 地質(zhì)雷達(dá)探測地下管道的圖像

而實(shí)際的探測情況可能更加復(fù)雜，路面在長期使用以及缺乏有效保養(yǎng)措施的情況下有更為嚴(yán)重的安全隱患，但地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的應(yīng)用可以更為輕松的幫助我們獲取地面之下所不能直接觀測到的情況，能夠?yàn)榈缆佛B(yǎng)護(hù)以及排查安全隱患帶來便利。

5 地質(zhì)雷達(dá)檢測影響因素分析及優(yōu)勢

5.1 影響因素分析

在地質(zhì)雷達(dá)的檢測過程中會受到實(shí)際情況中各種不利因素的影響，導(dǎo)致地質(zhì)雷達(dá)無法正常的接收信號。受到的干擾因素主要有：地質(zhì)雷達(dá)測區(qū)附近的地面物體，如電線桿、指示牌、鄰近建筑物、地面井蓋等；在檢測過程中可能會受到過往車輛所產(chǎn)生的地面振動的影響；還可能存在城市道路下地下管線、管溝、樹根等產(chǎn)生干擾。而這些因素會使地質(zhì)雷達(dá)檢測產(chǎn)生異常，表1為應(yīng)對這些異常的處理建議。

表1 地質(zhì)雷達(dá)檢測異常特征及處理建議

地質(zhì)雷達(dá)圖像的分析對的檢測極其重要。因此，對路面結(jié)構(gòu)做出分析之前，必須對地質(zhì)雷達(dá)所收集到的數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行分析并處理。常用的分析方法有典型濾波法和其他濾波法處理，一般多采用典型濾波方法，所謂濾波法就是將其他影響圖像的波進(jìn)行過濾，排除干擾，可以更加準(zhǔn)確的反映出雷達(dá)圖像，發(fā)現(xiàn)其中的問題，從而去解決問題。其他濾波處理方法包括：平均濾波；反褶積；偏移等。具體方法可結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選用。

5.2 地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)優(yōu)勢

地質(zhì)雷達(dá)作為一種無損檢測技術(shù)，具有工作效率高、成圖清晰、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多的業(yè)內(nèi)人士所采用，通過地質(zhì)雷達(dá)檢測便可以在不破壞路面的情況下得出路面以下各層結(jié)構(gòu)信息以及缺陷的位置分布，這為預(yù)防道路安全事故提供了一種先進(jìn)的手段，從而可以有效避免人員傷亡。

6 結(jié)束語

道路在長期使用過程不斷的磨損，地下各類管道的高負(fù)荷運(yùn)載也為地面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞所埋下隱患，蘭州市多處出現(xiàn)的路面坍塌為我們敲響了警鐘，必須更加關(guān)注道路結(jié)構(gòu)的健康。地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的應(yīng)用恰恰為對道路使用情況的檢測帶來了便利，可以在不用破壞路面結(jié)構(gòu)的情況下對路面之下的情形進(jìn)行了解，可以對道路的養(yǎng)護(hù)以及隱患的排查工作都提供指導(dǎo)性的意義。所以，理應(yīng)不斷對地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化與完善，讓其更好地服務(wù)于生活之中，為道路安全保駕護(hù)航。