Application of Borehole Radar to Tunnel Detection

The borehole radar methods used to tunnel detection are mainly classified into borehole radar reflection, directional antenna, crosshole scanning, and radar tomography methods. In this study, we have investigated the feasibility and limitation of each method to tunnel detection through case studies. In the borehole radar reflection data, there were much more clear diffraction signals of the upper wings than lower wings of the hyperbolas reflected from the tunnel, and their upper and lower wings were spreaded out to more than 10m higher and lower traces from the peaks of the hyperbolas. As the ratio of borehole diameter to antenna length increases, the ringing gets stronger on the data due to the increase in the impedance mismatching between antennas and water in the boreholes. It is also found that the reflection signals from the tunnel could be enhanced using the optimal offset distance between transmitter and receiver antennas. Nevertheless, the borehole radar reflection data could not provide directional information of the reflectors in the subsurface. Direction finding antenna system had a advantage to take a three dimensional location of a tunnel with only one borehole survey even though the cost is still very high and it required very high expertise. The data from crosshole scanning could be a good indicator for tunnel detection and it could give more reliable result when the borehole radar reflection survey is carried out together. The images of the subsurface also can be reconstructed using travel time tomography which could provide the physical property of the medium and would be effective for imaging the underground structure such as tunnels. Based on the results described above, we suggest a cost-effective field procedure for detection of a tunnel using borehole radar techniques; borehole radar reflection survey using dipole antenna can firstly be applied to pick up anomalous regions within the borehole, and crosshole scanning or reflection survey using directional antenna can then be applied only to the anomalous regions to detect the tunnel.

시추공 레이다 탐사에 의한 지하 터널 탐지 적용성 연구

이 연구에서는 다양한 시추공 레이다 탐사법 중, 지하 갱도의 탐지에 사용이 가능한 (1) 시추공 레이다 반사법 탐사, (2) 방향성 안테나를 이용한 반사법 탐사, (3) 크로스홀 스캐닝(crosshole scanning), (4) 레이다 토모그래피 등의 4 종류 시추공 레이다 탐사법의 터널 탐지에 대한 적용성과 한계성을 탐사 사례 분석을 통해 고찰하였다. 시추공 레이다 반사법 탐사의 터널로부터 회절 양상은 완벽한 포물선 형태보다는 상부 포물선만 명확히 나타난 형태가 많았고 그 회절 이벤트는 정점을 기준으로 아래, 위 10 m 이상에 이르는 트레이스 까지 나타났다. 또한 안테나의 길이에 비해 시추공의 공경이 커지면 링잉 현상이 많이 발생함을 확인하였다. 송 수신 거리(offset)에 따라 신호의 양상이 많이 달라지며 현장여건에 따라 송 수신 거리를 조절하면 더 좋은 분해능의 자료를 획득할 수 있을 것이다. 방향성 안테나 시스템은 한 시추공만을 이용하여 터널의 3차원적인 위치를 정확히 판별할 수 있는 장점이 있으나 장비의 가격이 고가이며, 현장 작업의 난이도가 매우 높고, 시간이 많이 걸리는 단점이 있다. 크로스홀 스캐닝는 터널의 유무에 대한 좋은 지표가 될 수 있음을 알 수 있었으며 시추공 레이다 반사법 탐사와 같이 사용된다면 높은 신뢰도의 결과를 낼 수 있을 것이다. 레이다 토모그래피는 터널을 영상화함과 동시에 주변의 지반 물성을 얻게 되어 지하구조 파악에 효과적이라고 할 수 있다. 위의 결과를 토대로 경제적이고 효과적인 터널 탐지 방법을 제안하면, 먼저 시추공 레이다 반사법 탐사를 수행하여 이상 징후를 탐지 한 후, 주변의 시추공 상황에 따라 크로스홀 스캐닝이나 방향탐지 안테나를 도입하여 확인하는 것이다.