摘 要：探地雷達(dá)是一種重要的無(wú)損檢測(cè)（探測(cè)）手段，起源于國(guó)外，引入國(guó)內(nèi)之初主要用于淺部地質(zhì)調(diào)查，目前在工程探測(cè)、工程檢測(cè)中發(fā)揮著十分重要的作用。為研究國(guó)內(nèi)探地雷達(dá)在不同行業(yè)的應(yīng)用效果和發(fā)展程度，本文對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)行探地雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究分析。從標(biāo)準(zhǔn)類型、應(yīng)用行業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布部門(mén)、歸口管理部門(mén)等方面可看出探地雷達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)化具有較強(qiáng)的針對(duì)性，在隧道襯砌檢測(cè)、道路結(jié)構(gòu)檢測(cè)方面發(fā)展較成熟，在其他常用或新興行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化相對(duì)滯后。為促進(jìn)探地雷達(dá)在其他常用行業(yè)或新興行業(yè)的發(fā)展，有關(guān)部門(mén)需加強(qiáng)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。

關(guān)鍵詞：探地雷達(dá)，無(wú)損檢測(cè)，隧道襯砌，道路結(jié)構(gòu)，道路病害

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.14.022

0 引 言

雷達(dá)為英文Radar的音譯，源于“radio detectionand ranging”的縮寫(xiě)，意為“無(wú)線電探測(cè)和測(cè)距”，指利用無(wú)線電來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)體并測(cè)定其空間位置。公眾所知的“雷達(dá)”一詞一般對(duì)應(yīng)氣象雷達(dá)、軍用雷達(dá)等，可簡(jiǎn)單理解為“對(duì)空雷達(dá)”。相對(duì)于對(duì)空雷達(dá)，對(duì)地雷達(dá)目前一般稱為“探地雷達(dá)”（Ground Penetrating Radar），又稱“地質(zhì)雷達(dá)”，是利用天線收發(fā)高頻電磁波來(lái)探測(cè)介質(zhì)內(nèi)部物質(zhì)特性和分布規(guī)律的一種地球物理方法[1-3]。

相對(duì)于其他傳統(tǒng)的地球物理勘探方法如地震勘探、直流電阻率法、磁法、重力等，探地雷達(dá)是一種較新的探測(cè)技術(shù)，具有效率高、精度高、非破壞性、結(jié)果直觀的特點(diǎn)，20世紀(jì)80年代探地雷達(dá)技術(shù)突飛猛進(jìn)，21世紀(jì)初探地雷達(dá)逐漸進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展期。經(jīng)過(guò)二十余年的快速發(fā)展，探地雷達(dá)已在淺部地質(zhì)勘查、工程勘察、工程檢測(cè)、考古、軍事、冰川探測(cè)等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，并隨著大面積地面工程探測(cè)、工程檢測(cè)方面的應(yīng)用，向著三維精細(xì)化、快速化探測(cè)方向發(fā)展。

隨著探地雷達(dá)在工程檢測(cè)、淺部地質(zhì)勘查中應(yīng)用的推廣，國(guó)內(nèi)近二十年發(fā)布了十余部專門(mén)針對(duì)探地雷達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，主要集中在公路路面檢測(cè)、公路隧道檢測(cè)、鐵路隧道檢測(cè)等領(lǐng)域，探地雷達(dá)在這些領(lǐng)域已成為常態(tài)化的檢測(cè)、探測(cè)技術(shù)，在這些領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化也相對(duì)成熟。

1 發(fā)展應(yīng)用歷程

探地雷達(dá)起源于2 0世紀(jì)初期，19 0 4年德國(guó)Hulsmeyer首次將電磁波信號(hào)應(yīng)用于地下金屬物探測(cè)。1910年德國(guó)Leimbackhe和L?wy利用鉆孔中的偶極子天線探測(cè)相對(duì)高導(dǎo)電區(qū)域，并對(duì)此申請(qǐng)專利，首次正式提出探地雷達(dá)的概念[2-3]。1926年德國(guó)Hulsenbeck第一個(gè)提出利用脈沖技術(shù)確定地下結(jié)構(gòu)的思路，其指出只要是介電常數(shù)發(fā)生改變的界面就會(huì)產(chǎn)生電磁波反射，這也是當(dāng)代探地雷達(dá)工作的思路，但限于當(dāng)時(shí)技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用受到很大限制。利用脈沖電磁波技術(shù)重復(fù)獲得地下介質(zhì)探測(cè)的結(jié)果最早出現(xiàn)在美國(guó)空軍的報(bào)告中。

由于電磁波在地下傳播比在空中傳播復(fù)雜得多，在探地雷達(dá)的應(yīng)用初期僅限于冰川、鹽礦等弱損耗介質(zhì)中。直至20世紀(jì)70年代探地雷達(dá)技術(shù)重新受到重視，同時(shí)美國(guó)阿波羅月球表面探測(cè)實(shí)驗(yàn)的需要，加速了探地雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展。在此期間，全球首家生產(chǎn)和銷售商用探地雷達(dá)的公司—美國(guó)地球物理測(cè)量系統(tǒng)公司（GSSI）成立。此后，美國(guó)、日本、加拿大、瑞典、英國(guó)、意大利等國(guó)家相繼推出探地雷達(dá)系統(tǒng)，應(yīng)用較廣泛的有美國(guó)地球物理測(cè)量系統(tǒng)公司（GSSI）SIR系列、加拿大探頭與軟件公司（SSI）EKKO系列、瑞典地質(zhì)公司（SGAB）RAMAC鉆孔雷達(dá)系統(tǒng)、日本應(yīng)用地質(zhì)株式會(huì)社（OYO）GEORADAR系列等。

20世紀(jì)80年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，全數(shù)字化探地雷達(dá)問(wèn)世，極大拓展了探地雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域，更多國(guó)家開(kāi)始關(guān)注探地雷達(dá)技術(shù)，出現(xiàn)了很多探地雷達(dá)的研究機(jī)構(gòu)，如法國(guó)和德國(guó)國(guó)防部共同組建的法德圣路易斯研究所（ISL）、瑞典國(guó)防科學(xué)研究院（FOA）、英國(guó)國(guó)防部防務(wù)評(píng)估與研究署（DERA）、美國(guó)林肯實(shí)驗(yàn)室（前身為研制出雷達(dá)的麻省理工輻射實(shí)驗(yàn)室MIT Radiation Lab）等，國(guó)內(nèi)一些高校和研究機(jī)構(gòu)也先后開(kāi)展地下探測(cè)工作以及探地雷達(dá)試驗(yàn)系統(tǒng)的研制工作。此后美國(guó)GSSI公司、加拿大SSI公司等儀器生產(chǎn)商迅速發(fā)展，不斷推出商用探地雷達(dá)系統(tǒng)，為探地雷達(dá)向民用領(lǐng)域推廣奠定了基礎(chǔ)。進(jìn)入21世紀(jì)后，探地雷達(dá)逐漸向更多的領(lǐng)域拓展，覆蓋考古、礦產(chǎn)資源調(diào)查、鐵路、公路、農(nóng)業(yè)、環(huán)境工程、工程建筑質(zhì)量檢測(cè)、市政設(shè)施維護(hù)、工程場(chǎng)地勘察等眾多領(lǐng)域。

探地雷達(dá)從最初問(wèn)世至今，共經(jīng)過(guò)了120年的發(fā)展歷程。探地雷達(dá)最初起源于科學(xué)研究的設(shè)想，但限于當(dāng)時(shí)科技的發(fā)展其應(yīng)用受到很多限制。早期探地雷達(dá)主要應(yīng)用于軍事研究，早期的探地雷達(dá)研究機(jī)構(gòu)如ISL、FOA、DERA、林肯實(shí)驗(yàn)室等均隸屬于一些國(guó)家的國(guó)防部門(mén)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，探地雷達(dá)技術(shù)突飛猛進(jìn)、商用探地雷達(dá)加大推廣，使得探地雷達(dá)逐漸從軍用領(lǐng)域進(jìn)入到民用領(lǐng)域，在此之后探地雷達(dá)又逐漸走向地質(zhì)勘查、工程檢測(cè)、水利水電工程、鐵路、公路等行業(yè)。

2 探地雷達(dá)在不同行業(yè)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)

進(jìn)入21世紀(jì)后，探地雷達(dá)在解決地質(zhì)構(gòu)造、工程場(chǎng)地勘察、交通線路選擇、工程質(zhì)量檢測(cè)、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、道路病害探測(cè)、環(huán)境檢測(cè)、考古等問(wèn)題上發(fā)揮重要作用。目前國(guó)內(nèi)已發(fā)布20余部專門(mén)針對(duì)應(yīng)用探地雷達(dá)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要包括軍事、隧道橋梁檢測(cè)、道路結(jié)構(gòu)檢測(cè)、建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)、地質(zhì)測(cè)繪、管線探測(cè)、道路病害探測(cè)（檢測(cè)）等行業(yè)，現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該技術(shù)一般稱“探地雷達(dá)”“地質(zhì)雷達(dá)”或簡(jiǎn)稱“雷達(dá)”。表1統(tǒng)計(jì)了國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的專門(mén)探地雷達(dá)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

此外，2004年由原鐵道部發(fā)布的TB 10223—2004《鐵路隧道襯砌無(wú)損檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定了地質(zhì)雷達(dá)法、聲波法兩種無(wú)損檢測(cè)方法，標(biāo)題未注明地質(zhì)雷達(dá)，此后多部“公路隧道地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)規(guī)程”均參考了該規(guī)程。

3 探地雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用行業(yè)及標(biāo)準(zhǔn)化分析

目前探地雷達(dá)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面：（1）鐵路、公路交通建設(shè)，主要包括公路質(zhì)量檢測(cè)、鐵路及公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、鐵路及公路隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)。（2）水利水電工程，主要包括堤壩洞穴探測(cè)、水庫(kù)滲漏探測(cè)等。（3）城市地下構(gòu)筑物探測(cè)，主要包括地下管線探測(cè)、地下人防設(shè)施探測(cè)、地下樁基等其他地下結(jié)構(gòu)物探測(cè)。（4）工程場(chǎng)地地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查，主要包括地下巖溶探測(cè)、滑坡面探測(cè)、采空區(qū)探測(cè)、斷層探測(cè)等。（5）環(huán)境調(diào)查，主要包括地下水污染探測(cè)、地下廢棄物探測(cè)、油氣污染探測(cè)、垃圾掩埋場(chǎng)調(diào)查等。（6）農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查，主要包括鹽堿層探測(cè)、洪積扇調(diào)查等。（7）軍事，軍事設(shè)施調(diào)查、地雷等遺留物探測(cè)等。（8）考古，古遺址探測(cè)、古文化層調(diào)查等。

由于無(wú)損、高精度、高效率的優(yōu)點(diǎn)，探地雷達(dá)在很多行業(yè)獲得應(yīng)用，在制定專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化方面主要有公路質(zhì)量檢測(cè)、鐵路與公路隧道襯砌檢測(cè)、道路病害探測(cè)、混凝土質(zhì)量檢測(cè)、管線探測(cè)、水電工程、軍事等幾個(gè)方面，其中以隧道襯砌檢測(cè)、道路病害探測(cè)兩方面的標(biāo)準(zhǔn)最多[4 -5]。此外，綜合性的地球物理探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)一般都包含探地雷達(dá)方法。

在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)類型上，主要為地方標(biāo)準(zhǔn)，其次為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；在標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)行業(yè)上，主要為隧道檢測(cè)、道路檢測(cè)，其次為道路病害探測(cè)、水電工程、管線探測(cè)、地質(zhì)測(cè)繪、混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)、軍事以及探地雷達(dá)儀器的計(jì)量檢定；在標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布、批準(zhǔn)部門(mén)上，主要為各省市、自治區(qū)的市場(chǎng)監(jiān)督管理局、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳，其次為交通運(yùn)輸部，其他還包括標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)、計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)、交通運(yùn)輸學(xué)會(huì)等國(guó)家或地方團(tuán)體，以及住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國(guó)家能源局、原鐵道部、原信息產(chǎn)業(yè)部；在標(biāo)準(zhǔn)歸口管理部門(mén)上，主要為省部級(jí)住建部門(mén)、交通運(yùn)輸部門(mén)，其他為能源、信息、城市管理、市場(chǎng)監(jiān)督等部門(mén)；在標(biāo)準(zhǔn)起草、編寫(xiě)單位上，主要為交通運(yùn)輸部門(mén)及相關(guān)企業(yè)、工程試驗(yàn)檢測(cè)公司、高校及相關(guān)研究院所等。

從現(xiàn)行探地雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)可以看出，標(biāo)準(zhǔn)化最完善的是在隧道襯砌檢測(cè)、道路結(jié)構(gòu)檢測(cè)這兩個(gè)行業(yè)，近年來(lái)新增的標(biāo)準(zhǔn)化方向是城市道路地下病害探測(cè)（檢測(cè)），隨著三維探地雷達(dá)技術(shù)推廣應(yīng)用，三維探地雷達(dá)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化也在逐漸實(shí)施。

4 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容差異性分析

作為一個(gè)專業(yè)性較強(qiáng)的技術(shù)方法，現(xiàn)行探地雷達(dá)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一般包括總則及適用范圍、術(shù)語(yǔ)及符號(hào)釋義、基本規(guī)定或要求、儀器設(shè)備及參數(shù)、探測(cè)或檢測(cè)方法與技術(shù)、探測(cè)或檢測(cè)成果報(bào)告、分析與評(píng)價(jià)、附錄等幾項(xiàng)內(nèi)容，少數(shù)較詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)附條文說(shuō)明部分。

不同行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重點(diǎn)有所區(qū)別，如“水電工程探地雷達(dá)探測(cè)技術(shù)規(guī)程”作為水利水電工程行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，既涉及覆蓋層、巖溶、破碎帶等地質(zhì)勘查內(nèi)容，又涉及隧洞、混凝土結(jié)構(gòu)等構(gòu)筑物探測(cè)，其綜合性較強(qiáng)，在內(nèi)容上更注重方法技術(shù)本身，如對(duì)剖面法、寬角法、共中心點(diǎn)法、鉆孔雷達(dá)、三維雷達(dá)探測(cè)方法都有較詳細(xì)的定義，并給出了不同目的、不同條件下的適宜采方法，附較詳細(xì)的條文說(shuō)明；隧道襯砌檢測(cè)、路面結(jié)構(gòu)檢測(cè)、混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)等工程質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)探地雷達(dá)技術(shù)定義較少，更注重具體的檢測(cè)目的、檢測(cè)精度，在精度方面要求更高，在精度、儀器標(biāo)定等方面的定義更詳細(xì)；“地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)測(cè)繪技術(shù)規(guī)程”作為測(cè)繪地理信息行業(yè)提出的標(biāo)準(zhǔn)，未具體指定應(yīng)用對(duì)象，兼顧了探地雷達(dá)探測(cè)和控制測(cè)量的要求，較詳細(xì)的闡述了地質(zhì)雷達(dá)精度指標(biāo)、衛(wèi)星控制測(cè)量要求，對(duì)中心頻率、天線時(shí)窗、采樣率、測(cè)量點(diǎn)距、移動(dòng)速度、天線間距等參數(shù)設(shè)置做了明確要求；道路病害探測(cè)類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)方法技術(shù)闡述較少，在探測(cè)技術(shù)方面主要對(duì)儀器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、資料解譯進(jìn)行了要求，對(duì)異常體、病害體的雷達(dá)數(shù)據(jù)特征進(jìn)行了總結(jié)，近年來(lái)各地發(fā)布了較多該類地方標(biāo)準(zhǔn)；關(guān)于探地雷達(dá)的計(jì)量檢定標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)公路、橋梁等工程結(jié)構(gòu)，著重對(duì)測(cè)量誤差、重復(fù)性、定位誤差等定義，并做詳細(xì)的計(jì)算說(shuō)明。

總體來(lái)說(shuō)，不同行業(yè)的探地雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)上具有很大的差異性，“水電工程探地雷達(dá)探測(cè)技術(shù)規(guī)程”、“地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)測(cè)繪技術(shù)規(guī)程”所對(duì)應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景更廣，在探地雷達(dá)技術(shù)定義上更詳細(xì)，隧道無(wú)損檢測(cè)、路面檢測(cè)、道路病害探測(cè)、計(jì)量檢定等標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)性更強(qiáng)，對(duì)于具體應(yīng)用場(chǎng)景下的定義和要求更細(xì)。正是由于探地雷達(dá)的應(yīng)用對(duì)象差異較大，造成了其在不同的應(yīng)用場(chǎng)景、應(yīng)用對(duì)象下的適用標(biāo)準(zhǔn)差異較大。

5 結(jié)語(yǔ)

探地雷達(dá)是一種重要的無(wú)損檢測(cè)（探測(cè)）手段，可用于各類工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)、淺部工程探測(cè)、淺部地質(zhì)調(diào)查等，在交通運(yùn)輸、地質(zhì)調(diào)查、建筑、水利水電、考古、軍事等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，針對(duì)應(yīng)用對(duì)象的不同形成了諸多的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)化的建立，促進(jìn)了探地雷達(dá)在不同行業(yè)的應(yīng)用和良性發(fā)展。目前形成的探地雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)主要為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)，具有較強(qiáng)的針對(duì)性和較窄的適用范圍。目前探地雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)化較成熟的行業(yè)主要為隧道襯砌檢測(cè)、道路結(jié)構(gòu)檢測(cè)，其他應(yīng)用較多的行業(yè)如道路地下病害體探測(cè)、城市淺部地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)、工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)（探測(cè)）等仍需完成標(biāo)準(zhǔn)的完善或標(biāo)準(zhǔn)的建立和宣貫，從而為探地雷達(dá)在相關(guān)行業(yè)的發(fā)展起到促進(jìn)和引導(dǎo)作用。

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作者簡(jiǎn)介

蘇鵬，碩士研究生，工程師，主要從事工程與環(huán)境地球物理勘探技術(shù)應(yīng)用及研究工作。

（責(zé)任編輯：袁文靜）