广西有色勘察设计研究院530031
摘要：各个城市道路塌陷的情况时有发生，本篇文章首先就道路路面坍塌的原因进行分析，然后对探地雷达在道路坍塌方面的应用进行探讨，介绍了探地雷达在道路坍塌危害探测工作中的优势以及技术问题，就探地雷达在检测城市道路路面坍塌的价值进行研究。
关键词：探地雷达；城市道路坍塌；价值研究
目前在我国多个城市中时常发生城市道路坍塌的事故，不仅给城市经济造成了巨大的损失，还危害到了城市居民的生命财产安全，也给社会带来了很大的负面影响。因此，切实有效的保护城市道路、防止城市道路坍塌现象的出现，保护城市居民的生命财产安全是城市建设管理的一项重要任务。
探地雷达是近些年来被广泛应用的物探方法，是利用介质之间存在的电导率、介电常数等的差异对高频电磁波的反射来达到探测地下物的目的。如果在地下一定深度内存在异常物体，而且和周围的介质存在明显电性差异，那么使用雷达天线向地下发射电磁波的时候，地下电性分界面会反弹传播到地下的电磁波而被地表的接受天线接收到。电磁波在介质中传播的过程中，电磁波的路径、磁场强度和波形会随着介质的性质发生改变，所以，根据接收到的电磁波的传播时间、幅度和波形，便能够推测出传播介质的特性。探地雷达在实际应用过程中能够保证电磁波传播无损、快速且准确，因此在工程勘探、建筑结构的检测、水文地质的勘探等方面都得到广泛的应用。
一、道路路面塌陷问题及影响因素阐释
中国国土面积巨大、幅员辽阔，不同地区、不同城市之间的自然环境、地理位置、地质条件及人文面貌等都存在着巨大的差异。而城市道路坍塌的原因也是多种多样，不过城市的快速发展、不断向周围扩张，也是的城市道路的坍塌具备了一定程度上的共性。
总体来说，导致城市道路路面坍塌的原因可以概括为以下几个方面。第一，自然地质环境的因素。这个原因主要就是自然地质条件的变更而引发的城市道路路面坍塌，比如说由于岩层或者地下水的改变而导致岩溶性坍塌或者由于地质活动而导致的路面坍塌等等；第二，则是由于人类的活动所导致的路面坍塌。比如人类对于地下水的过度开采，使得路面出现沉降现象；比如采矿之后在矿区留下的采空区等，也会很容易导致路面的塌陷。第三也是和人类的活动有关系，那就是城市道路建设工程的实施，比如地铁、地下设施以及城市建设工程等的实施，导致原有的地下密室层被破坏从而导致城市道路路面的塌陷。第四是由于城市地下各种管道的运行出现了故障，比如说城市地下液体传输管道出现裂损也会导致路面塌陷的情况发生，如城市地下自来水管道的裂损使得路基土壤遭受到水的冲刷和腐蚀，久而久之变回导致土粒随着自来水流失掉，最终导致路面的坍塌。前两个原因主要和区域的地质条件有关系，并不一定只发生在城市道路上，道路塌陷的位置、规模和地质条件直接相关。一般会出现在特定的城市中，而且出现的频率不高，不过坍塌的影响力较为深远、坍塌的范围也会更大、破坏力更强。而后面两种产生的坍塌，坍塌的位置和工程的施工场地、管道经过的路线相对应，城市道路出现坍塌的情况较多，不过规模相对来说小一些，而且发生坍塌的深度也不会很高，频率较高，也是目前城市存在的威胁城市居民生命财产安全的主要源头。
2011年，福州市区的某条主干道路面发生坍塌事故，过往行驶的车辆爆胎并且存在人员受伤情况。当时该路段正在进行地下管线施工，猜测可能是由于挖破了地下管线造成路基中沙土流失而产生空洞，最终导致路面的坍塌。
2013年七月份，长沙湘中路发生坍塌，一辆轿车掉入坍塌的坑洞中，一人死亡；2012年四月份，北京车公庄大街路面塌陷，后查明是由于热力管道漏水所致。
总而言之，社会媒体新闻报道过的城市道路路面坍塌的新闻数不胜数，因此这些应该作为城市道路坍塌危害检测评估方法的主要研究对象。
二、探地雷达检测城市道路路面塌陷的优势
运用探地雷达进行城市道路路面坍塌的检测，能够保证无损、快速、准确，能够在最短的时间内解决工程方面的问题。
探地雷达工作的方式有多种方法，比如剖面法、多次覆盖法以及宽角法等。在城市道路塌陷的雷达探测工作中，因为探测的深度不大，因此通常应用的是高频率的天线，而工作方法则是剖面法。测量结果使用时间的剖面图像来呈现，横坐标记录天线在地表的位置，纵坐标记录反射波的双程走时，也就是雷达脉冲从天线发出经过地下界面反射回接收天线所需要的时间。大多数情况下，我们所探测的地下情况比较复杂，地下介质也不是一个均匀的整体，因此通常对于雷达数据的处理需要使用一个平均速度来替代，不过这种计算方式存在一定的误差，而误差的大小则主要取决于地下介质的电性差异。
应用地球物理探测技术是在探测目标和周围介质存在可检测的物性差异的基础之上，也就是说，只有两种存在相当显著的悟性差异，才能检测出目标。而探地雷达的应用满足这一物性条件。通常来说，探地目标和介质之间的介电常数的差异大于1的时候，探地雷达就能够检测到。而在实际城市道路中，路基的介质，比如混凝土、沥青等介电常数的变化范围较大，这和含水量的差异有很大关系，它们的介质范围是在二到二十之间，完全满足探地雷达的探测条件。
而且空洞介电常数是空气填充是为1，水填充视为80，不管如何，路基和空洞的介电常数的差异都要大于1，也就是满足物性的前提。
空洞的顶板埋深和空洞的空间尺寸的比值一般比1要小，空洞体的规模比较大，满足了雷达的探测能力。
不过城市道路的地下空洞探测完全满足探地雷达的检测条件，但是在实践中，雷达的检测效果并没有被很好的展示出来。当然这个和仪器设备的应能具有一定的关系，不过和城市中复杂的环境也有很大的关系，首先道路地下空洞旁边被城市基础设施等包裹，比如各种地下管道、沟涵、窖井以及线缆等等，如果在不远处有各种建筑物等等也会对探测电磁信号产生不可评估的影响；另外，城市中各种设施也会对电磁信号产生一定的干扰，比如城市电力通信设施的电磁场、无线广播、通信基站电磁波以及地下电流信号等的干扰，这些干扰信号频率广并且强弱变化范围大；除此之外还有探地雷达检测施工的时候周围的车辆、城轨列车等等对检测工作产生的影响等，这些干扰电磁波信号很难完全剔除，难免会影响到探地雷达提取到的有效电磁波信息，而且道路也存在一定的差异，路基构成不同、含水量存在较大差异等都会导致路基基质的介电常数产生波动，数值变化范围大，这也在一定程度上影响到了探地雷达检测参数的设定以及数据信息的处理。结合上述各种干扰因素对于探地雷达检测地下空洞的影响和干扰，导致实际检测效果与理想状态存在差异也就不难理解。
三、应用探地雷达方法进行市道路路面塌陷危害评估
对城市道路路面塌陷危害的检测评估和对于城市道路空洞的处理检测不同，危害检测评估是对城市道路内可能造成危害的空洞的精确位置、规模以及分布等进行普查评估，并且出具相应的处理措施。因此，要对城市道路路面塌陷的危害进行评估工作中对探地雷达的性能提出了更高的要求，在雷达的仪器性能、数据解释到施工路线的设置等等都要做出相应的提升。主要表现在以下几个方面。
（一）探地雷达使用天线的频率以及探测的深度
通常情况下，仪器设备探测的深度大小和无线发射功率相关，也就是说无线发射的功率越大，探测的深度也就越大；同时和天线的使用频率也有关，天线采用频率越高、信号的衰减越快，探测深度越小。经过多次实践发现，400MHz的天线对于路基介质的探测深度在2米以内，探测深度远远不够，除非通过提高发射功率来增加探测深度，不过目前还未能实现。在检测施工中，一般采用100MHz或200MHz的天线进行探测。
（二）使用天线的频率和水平的分辨能力
使用频率不同的天线对于水平的分辨能力存在较大的不同，使用100MHz的天线时，对路基介质水平的分辨能力大体为，当埋深为1米时，分辨能力在1.5米以内；当埋深为2米时，分辨能力在2米以内，400MHz的天线水平分辨率有所提升，而100MHz天线能够满足探测要求。
（三）雷达高速探测与跟踪定位
在以往测量中采用的MARK、卷尺测量定位方式不能应用在高速探测中。高速探测需要和实时GPS相结合，能够确保快速定位到坐标异常点，同时对异常点进行实时勘探，也能够在大比例尺地图上对初步的干扰因素进行分析，有效的减少了作业量，从而保证进行快速的分析评价。
（四）雷达探测作业部署针对性问题
应用雷达高速探测对城市道路进行探测评估，不管每小时能够检测多少，都属于线状检测的范围，而我们需要进一步研究的是如何实现对城市道路整体检测的评价。如果采用高密度线完成道路检测，无疑会一定程度上增加检测成本，而且会延长施工的时间，这对于实际应用来说不太现实。如果和城市管网图相结合，在关键线路布置重点检测线进行检测工作，或许能够达到事半功倍的效果。
结束语：
全国各个城市道路塌陷事故给城市居民的生命和财产安全带来很大的威胁和影响，一旦出现道路塌陷事故，不仅严重损害了生命财产安全，还会对社会稳定造成一定的影响。因此要尽快研发出适合针对城市道路的快速、准确、经济、便利的城市道路空洞塌陷危害检测评估方法，来及时的解决城市道路塌陷的危害，更好的为社会安全服务。目前来说，探地雷达是最适合应用的探测技术，虽然探地雷达在城市道路塌陷危害的检测评估中还存在着一些问题和不足，还需要不断的改进和完善，不过相信未来肯定会有更加先进、更加便利的技术来应用在城市道路的塌陷检测中。
参考文献：
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