地质雷达范文1
关键词：地质雷达 ， 地下踏空 ， 污水管渗漏
Abstract: this article illustrates the working principle of geological radar it, operation process and testing data processing. In a certain way step empty survey, for example, for the sewage pipe burst, leakage of water content in soil layer fill differences or has formed a cavity. Through the analysis of soil, water fill in normal fill in soil and empty radar reflected wave differences, find out the sewage pipe of the leakage of distribution, to provide detailed design, construction of the sewage pipe leakage detection material.
Keywords: geological radar, underground step empty, the sewage pipe leakage
中图分类号：F407.1文献标识码：A 文章编号：
地质雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR)又称探地雷达,最早由德国人Leimbach和Lowy于1910年阐明其概念。近10年微电子技术的发展和信号传输技术的进步解决了地质雷达的高速采样和信息处理技术,地质雷达测试技术因此获得革命性发展,应用日益广泛。
某道路地下踏空调查采用的系统是由美国CIDRC公司生产的CR-20A型地质雷达系统，其主要部件包括：CR-20A型雷达主机、40MHz收发天线、打标器及Radan For Windows处理软件，获取了比较准确的地下踏空范围。
1地质雷达的优势和使用范围
地质雷达作为一种利用高频电磁脉冲波的反射检测地下目的体分布形态及特征的地球物理检测方法,具有很多难以比拟的优势:
(1) 无损检测,检测目标体时无需钻孔,对目标体没有扰动,可保持目标体的原有状态;
(2) 高分辨率, 分辨率可达厘米级;
(3) 抗干扰能力强,可在各种噪声环境下工作;
(4) 检测效率高, 从数据采集到图像处理实现一体化,可实时输出剖面记录图。
目前地质雷达的应用范围在不断扩大,已经覆盖了考古、矿产资源勘查、岩土工程测试、工程质量无损检测、环境工程等诸多领域。
2.地质雷达勘察的基本原理
地质雷达利用主频为数十兆赫至数千兆赫波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由地面通过天线发射器（T）发送至地下，经地下目标体或地质层的界面反射后返回地面，为雷达天线接受器（R）接收。
地质雷达勘察方法技术采用了先进的连续透视扫描技术，由发射天线向地下发射电磁波脉冲，由于各地层介质之间存在着一定的物性差异，当电磁脉冲遇到不同介质的层面时，便会产生反射，由接收天线接收反射信号，并由仪器记录下各信号到达的时间及幅度，经过一系列的数字化处理后，即可得到能直观地反映地下各地层分布情况的彩色地质雷达时间剖面。
3.数据处理
雷达数据的采集是分析解释的基础，数据处理则是提高信噪比，将异常突出化的过程。将野外采集的地质雷达数据传输至计算机中，应用配套的地质雷达处理软件进行处理。首先进行预处理，包括编辑文件头、设定适当的参数，并进行距离均一化。
经过预处理后，还要进行一系列的数字化信号处理，通常的信号分析处理模块有：振幅谱分析、功率谱分析、相位谱分析、滑动平均谱分析、二维谱分析；常规信号处理模块有：漂移去除、零线设定、背景去噪、增益、谱值平衡、一维滤波、二维滤波、希尔伯特变换、反褶积、小波变换；运算模块有：道间平衡加强、滑动平均、文件叠加、文件拼接、混波处理、单道漂移去除、数学运算、积分运算、微分运算；图形编辑模块有：图形的放大、缩小、压缩、截取等。
经过上述数字信号处理后，可以有效地压制干扰信号的能量，提高雷达信号的信噪比，使雷达图象更易于识别地质信息，清晰的反映地质现象，从而提供更准确的解释结果。
4.应用实例
4.1工程概况
某道路里程段K4+220～K5+380左侧发生污水管渗漏，局部已造成地面塌陷。为查明里程位置为K4+220～K5+380段左侧污水管漏水的具置，本次调查采用地质雷达的物探勘察手段进行，为设计、施工提供详细的污水管渗漏检测资料。
本次勘察测线共布设了地质雷达纵断面2条，距污水管中心左右各1m布置2条纵测线，测量点距为0.5m；经现场初步解释，在怀疑有异常的地段再每0.2m布置1条横测线，横测线以污水管为中心左右各5m，点距0.2m，共布设20条横测线。野外施测时用手持式GPS实地定点，物探施测时采用皮尺测距进行断面和测点的准确布设。
4.2野外工作方法
本次地质雷达勘察，根据已有资料，现场波形分辨和参数调校，最后确定最佳的野外采集参数及最优的施工方案，本次地质雷达勘察资料野外数据采集参数设置如下：
① 增益：自动增益；
② 采样点数：512点；
③ 时间窗口：200ns；
④ 采样速率：30次扫描/秒；
⑤ 频率：40MHz主频天线、10～200MHz通频带；
⑥ 测量点距：0.2～0.5米。
4.3资料解释
根据本次勘察任务，分辨填土层是否含水或存在空洞是本次资料解释的主要目标层，从本次地质雷达勘察的资料分析，目标层对地质雷达信号的反应特征如下：
正常填土层信号，因填土层中含水量小信号波形较强，表现为波形较为规则，反射波信号较强，波形连续性好。
漏水处填土层处由于含水量大，且为污水，对雷达波能量吸收较大，反射波形表现为信号弱或无反射信号。
从上面分析可以看出，地质雷达图象的分析主要是填土层是否含水的辨读，由于正常填土层和含水填土层物性差异较大，存在明显的介电常数差异，雷达反射信号两者波形差异大，从两者反射波形的形态上即可辨读，分析波形表现形式，确定污水管是否漏水及漏水位置。
4.4勘察成果分析
通过对地质雷达数据的处理、解释，绘制成图，结合现有资料综合分析，本次地质雷达探测，共发现5处有异常，具体分述如下：
（1）K5+250～K5+263处异常，从左右线地质雷达时间剖面分析，该处几乎无地质雷达反射信号，推断解释为该处污水管已破裂，造成涌水，其周围的填土已被污水掏空，形成一含水的空洞；由于水对地质雷达波能量吸收较快，所以该处几乎无反射信号。该处现已开挖，证实污水管已破裂。（见图1、2）
图1：地质雷达时间左线剖面图
图2：地质雷达时间右线剖面图
（2） K5+170～K5+180、K4+945～K4+950、K4+860～K4+870、K4+308～K4+315处异常，从左右线地质雷达时间剖面分析，该处地质雷达反射信号波形较为杂乱，波形连续性差，推断解释为该几处污水管可能有裂缝，局部渗漏。（K4+308～K4+315左右线地质雷达时间剖面见图3、4）
图3：K4+308～K4+315地质雷达时间左线剖面图
图4：K4+308～K4+315地质雷达时间右线纵剖面图
5、结论
本次地质雷达勘察发现异常的5处里程段，后经施工开挖证实，除K5+170～K5+180里程段外，其余异常处污水管均有破损、渗漏现象。K5+170～K5+180里程段物探异常原因可能埋管时回填土未压实，局部存在空洞，或是其它原因所导致。本次地质雷达勘察反映数据几本准确。
此次踏空调查中，地质雷达的快速有效得到了充分的展示，快速的数据处理，且获得了良好的效果。
地质雷达范文2
地质雷达检测隧道衬砌质量是基于衬砌混凝土与钢拱架、钢筋、衬砌背后超挖回填空隙、空洞等以及密实的混凝土与衬砌背后围岩的电性差异来实现的。将地质雷达的发射天线和接收天线密贴于衬砌表面，雷达波通过天线向下传播，当经过这些界面时都会发生不同程度的反射、折射和散射，并产生不同程度的能量吸收和衰减，集中反映在波形和波阻特征变化上。分析研究反射波的特征差异来判断衬砌背后空隙、空洞、钢筋等的形态，就可以揭示衬砌结构特征及病害缺陷，并计算其埋藏深度及确定其位置。地质雷达的探测效果主要取决于不同介质分界面的电性差异的大小，即介质层间介电常数差异越大，则探测效果越好，介质异常在雷达剖面上反映也就越明显，从而易于识别。
2工程概况
依托工程的隧道最大埋深约33m，内轨顶面以上净空面积为92m2，曲线地段不考虑加宽，全隧线间距4.6m。隧道进口里程为GDK208+168，出口里程为GDK208+345，全长177m。隧道内纵坡为单面坡，坡度为－12.4‰。隧道进口GDK208+168—GDK208+189.05段位于R=20000m的竖曲线上。全隧道暗挖段均为Ⅴ级围岩，长106m，采用三台阶临时仰拱法及CRD法施工和复合式衬砌。进口洞门长27m，明洞长10m;出口明洞长5m，洞门长10m。洞门及明洞采用明挖和复合式衬砌。地质雷达无损检测的主要内容有隧道的仰拱、衬砌的厚度、背后回填密实情况及钢架、钢筋的分布情况。本次共完成隧道雷达检测1140测线米，代表140成洞米。
3隧道衬砌现场检测
3．1检测仪器
目前，美国GSSI公司生产的SIR－3000型便携式探地雷达［3］应用范围较广，可以应用于高速公路快速检测、钢筋、混凝土缺陷检测、深层地质水文探测、市政管线及地下空洞调查及隧道衬砌及超前预报探测等。检测仪器即采用SIR－3000型便携式探地雷达。
3．2测线布置
根据《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》规定，结合现场实际作业条件，本次检测沿隧道纵向连续检测，共布设3条测线:隧道左右底板、右边墙各1条。
3．3现场检测步骤
(1)天线的选择:针对本次隧道衬砌检测的具体情况，从分辨率、穿透力等方面综合衡量，确定使用400MHz天线。(2)对现场衬砌混凝土的介电参数(或电磁波速)进行标定，并确定时间窗、扫描样点数等采集参数。(3)天线紧贴衬砌表面，并沿测线连续滑动。(4)检测天线滑行应移动平稳，速度均匀，移动速度控制在3～5km/h之间。(5)每隔10m打一个标记，每50m打双标。(6)随时记录可能对检测产生电磁影响的物体(渗水、电缆、铁架等)及其位置。
4数据处理分析与解释
4．1数据处理流程
采用RANDAN专用数据处理软件对所探测的雷达数据进行处理。
4．2数据分析与解释
(1)衬砌背后空洞及密实度的主要判定依据［4］。①密实度:反射波信号幅度较弱，甚至没有界面反射信号;衬砌界面的强反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续，较分散。②脱空(空洞):衬砌界面反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大。(2)衬砌内部钢筋、钢架数量及分布判据:①钢筋:连续的小双曲线形强反射信号。②钢架:分散的月牙形强反射信号。
5缺陷等级评定与检测结果
5．1缺陷等级
根据《铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定》铁运函［2004］174号文评定依据:(1)隧道衬砌存在缺陷及病害时，为了病害整治与工程质量评定的需要，可按隧道衬砌缺陷与病害项目以及严重程度划分为轻微(1级)、较严重(2级)、严重(3级)、极严重(4级)四个等级。(2)隧道衬砌厚度及混凝土强度缺陷的量化指标［5］，应符合表2规定。表2中:q—设计衬砌混凝土强度;q1—检测断面衬砌混凝土测点平均强度;h—设计衬砌厚度;h1—检测衬砌厚度，当衬砌混凝土存在内部缺陷时，检测衬砌厚度换算为有效衬砌厚度，即将检测衬砌厚度减去内部缺陷削弱的部分厚度;Lc—检测衬砌厚度不足地段的测线连续长度;Lq—检测衬砌混凝土强度不足地段的连续长度。检测衬砌厚度当相邻测线三条及以上均连续不足时，其缺陷等级应提高等一级。检测断面衬砌混凝土的最低强度当低于平均值的0.85时，其缺陷等级应提高一级。(3)隧道衬砌背后有空洞或回填不密实、基底不密实的量化指标应符合表3规定。表3中:KLc—衬砌背后回填有空洞地段测线连续长度;SLc—衬砌背后回填不密实地段的测线连续长度;DLc—基底不密实地段的测线连续长度。
5．2检测结果
隧道的雷达扫描图像对照衬砌设计参数表，经数据分析，该隧道共完成雷达检测1140测线米，代表140成洞米。其中有7处存在不密实、空洞现象，衬砌厚度符合设计要求，9处钢筋数量不足。
6结语
地质雷达范文3
关键词：地质雷达技术；隧道地质；应用
Abstract: the tunnel construction process, because the underground rock, hydrology geology condition is not clear, some accidents often happen. Occurrence ofaccidents such as collapse, sudden inrush of water, not only caused serious casualties, but also cause delays,and equipment damage. The construction of tunnel withdifficulty. Also reduces the economic benefits of tunnel construction. Therefore, advanced prediction in tunnel construction is very important. The tunnel constructionschedule, safety, quality, investment is very important.Geological radar detection technology in tunnelconstruction to provide useful information, unsafe factors decreased tunnel in the construction process, the key factors are safe and rapid construction of the tunnel.
Keywords: geological radar technology of tunnel geological; application;
中图分类号： P412.25 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
前言
隧道超前预测现在越来越受到修建隧道工程实施的关注，其重要原因是隧道修建过程中安全问题越来越受到关注。但隧道地质超前最重要的应用技术是地质雷达技术。地质雷达技术对隧道超前预测非常重要。故我们此篇文章重要讨论其应用。
超前地质预报工作的目的及任务
1.1目的
为隧道的修建提供有用的资料，减少隧道修建过程中的不安全因素，使隧道能安全经济并且快速的修建成功。
1.2任务
1.2.1对没有修建的地段进行围岩地质条件的探测
对未修建的但是将要修建的地段，我们探测的内容有：是否有地下水的存在，溶岩溶洞是否发育，岩性变化的情况，是否存在断层和发育有破碎带等。
1.2.2预报有可能会发生的灾难性突发状况
例如在地下储藏有害气体的大量溢出。由于岩土的不稳定导致的塌方。地下储藏有地下水。这些都会对隧道施工造成严重后果。要通过雷达技术分析判断，避免事故发生。
2.地质雷达进行超前预报的基本理论
地质雷达技术在隧道超前预测中至关重要，但是其原理却是非常简单，即就是物理中的电磁波反射原理。电磁波在岩体岩土介质中传播，由发射天线发出一束电磁波脉冲。电磁波在地下传播，由于波有反射性质，当传播的电磁波遇到物质时，即就是介质，会在物质与物质的分界面发生电磁波反射。反射的波会被接收天线所接收，由接收天线处理。
3.地质雷达的探测方法和步骤
3.1准备工作
由于地质雷达技术的原理是电磁波反射原理，所以所有能干扰电磁波的物件，都会对探测造成一定影响。我们在应用电磁波的时候首先排除地面干扰电磁波的物体。例如一些有磁性的物体或者是金属。
3.2测线布置
测线的布置应该是越密越精确，但是有些时候由于地质条件有些点测不出。一般情况下我们布置测线是按照‘十’字形布置。但有时我们也按照‘井’字形布置。在有些崎岖不平的地方一般是一个点一个点的探测，点数一般为5到12个。两点间的距离一般为0.5到1米。
3.3数据采集及处理
为了使数据更加精确，明确介质条件，都要对原始的雷达波进行一系列处理。对平均道的抽取。对时间要静校正、增益。压制干扰波，突出有效波。
3.4数据分析与解释
地质超前预测是应用雷达技术来探测未施工地段的岩体情况，做到防患于未然。这里所谓的“防患”就得根据雷达探测的数据资料来分析隧道可能发生的事故。数据资料在雷达技术上用图像显示出来。所以我们根据雷达显示的图像异常的形态，特征，还有电磁波的衰弱情况来分析我们看不到的岩体的性质以及地质特征。若是存在特殊异常体，则电磁波反射信号强。若是岩体质量差则反映在雷达上电磁波衰弱，这是根据岩石对电磁波的吸收性来决定的。掌子面跟未施工地段的地下特征差异越大，反射波则能量则越强。可以根据这些异常做出有用的地质解释。
4.地质雷达在隧道超前预报中的应用
4.1对不利于施工的地质体的探测
溶洞带，含水带，富有裂隙带，断层以及破裂带，岩土疏松带。这些地质岩体带不利于施工，更不利于隧道的修建，我们要利用地质雷达技术，结合掌子面的附近地质水文，地质工程情况将这些不利于施工的地质带的位置基本上确定。确定这些不良地质带后，根据具体情况下做出不同的施工方案，以此避免在施工过程中发生意外。
4.2探测未知岩溶
喀斯特是岩溶的另一个地貌名称,指的是一些可溶性岩石收到水中化学物质的溶蚀，水的物理冲刷作用，所形成的具有一定空间的沟，槽，和一些空洞。岩溶发育的必不可少的条件是可溶性岩石，例如碳酸盐岩，含有化学成分的可流通的水等。下渗的地表水以及流动的地下水，对溶岩非常重要。岩溶与围岩性质差异很大，所以其地质雷达图像很容易判断其异常。在溶洞内大量充填围岩碎块，水，空气，上覆岩石，这些充填物与称为“槽”的可溶性岩石之间的物质差异很大。由于介质的多样性，以及物质的差异性，而在溶岩中形成电性界面。我们只要探测出这个电性界面就探测出了岩溶的位置。同样，由于介质的多样性，电磁波的反射波图像随着溶岩溶洞的具体情况而发生相应的变化一般情况是在横向上变化。
若存在强反射包围弱反射，则说明可能是溶洞存在的雷达图像。强反射是溶洞侧壁反射的，并且常常有弧形的绕射现象。溶洞内的物质为填充物，填充物的反射为弱反射，具有高频，低幅，波形密集的特征。但是，如果填充物为水，局部的波可变强。
4.3富水带探测
含有大量水的岩体区域，如果没有被预测出来，在隧道施工过程中将会释放出大量的水，这将影响隧道的施工进程和施工安全。
如果岩体中含有水，则会影响岩体岩石介质的介电常数，从而影响反射波的波形，传播时间等。具体是，岩石中含水时，岩石的介电常数增大，在介质中具体表现为电磁波的传播速率降低，时间变长，在反射波形图像中则可能出现的是异常的正峰。另一方面，还产生强反射和绕射现象。还会由于出现散射现象而使波形紊乱。不仅如此，频率也发生变化，由高频迅速的变为低频。
4.4探测断层破碎带
断层破碎带由于存在裂隙，这是由外来物质充填到裂隙中，外来物质和原岩性质差异大，所以介质常数差异也大。同时在裂隙中也可能有大量的水充填，这也影响介质常数，裂隙中地下水的存在，使得断层附近以及破碎带附近稳定性差。破碎带空隙多，所以含水多。电磁波在穿过破碎带时，由于破碎带的胶结情况不同岩石性质不同，而使得波形比较乱。具体表现在地质雷达的图像中则表现为：频率变化，偶尔出现断面波，地层发育有反射波，错短的同相轴，振幅能量明显增强，有时有绕射波。破碎带两侧的物质差异构造差异，使得具有波阻抗差异。由于这些波阻抗差异，使得电磁波在通过界面时电磁波的电磁能能量增强同时波幅增大。
4.5裂隙密集带的探测
断裂的两岩体，它们没有发生明显的错动，即就是节理，也称之为裂隙。裂隙的发育对岩体的稳定性有很大的影响。对岩体的强度也有很重要的作用。由于裂隙中可充填不同物质，导致介质常数不同，与周围围岩形成电性差异。当电磁波传播到裂隙时，会产生较强的界面反射波。由于裂隙内充填的物质具有不均一性，直接表现在雷达图像中就是，会有散射、绕射、波形杂乱等特征，波幅变化大。同相轴连续，反映了裂面的平直。
小结
虽然地质雷达技术是目前一种既方便又快捷而且还精确的探测技术，但是地质雷达所得到的资料有时候具有多解性，我们在对探测地区进行分析的时候，最好将地质雷达探测资料与掌子面的地质情况性质相结合，得到更加全面更加有效更加精确的结果。
参考文献：
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[4]韩振中，张文连．地质雷达在隧道检测中的波形识别及应用【J】．桥隧机械施工技术，2007(12)：66—68．
地质雷达范文4
关键词：地质雷达；无损检测；电磁波速
中图分类号： 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2013）02-
随着国家铁路交通的不断发展，隧道的数量也在逐年增加，同时在运营过程中暴露出来的隧道病害也在连连告急。这就需要一种高效的能够对隧道衬砌质量进行全面快速的检测方法来适应这种发展，使隧道病害能够提前得到治理。地质雷达检测方法可以对隧道衬砌混凝土厚度、密实性、脱空等进行快速检测，它不仅克服了传统上以点盖面的只靠目测和打孔抽查来对隧道质量进行不全面检测，而且是一种采用高科技手段，以其高分辨率和高准确率、能快速、高效的进行无损检测的方法，在隧道检测中得到广泛的应用。
1.地质雷达原理
地质雷达是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式， 由地表通过发射天线向地层发射电磁波， 当电磁波在介质中传播时， 遇到具有电性、物性差异的介质（如空洞、分界面等） 时便会形成反射界面而发生反射， 电磁波反射回地面由接收天线接收， 根据电磁波的传播时间、波形特征可以确定地层中介质（目标体） 的空间位置、几何形态等。
电磁波的传播取决于物体的电性，物体的电性主要有电导率μ和介电常数ε，前者主要影响电磁波的穿透（探测）深度，在电导率适中的情况下，后者决定电磁波在该物体中的传播速度，因此，所谓电性介面也就是电磁波传播的速度介面。不同的地质体（物体）具有不同的电性，因此，在不同电性的地质体的分界面上，都会产生回波。
图1中T为发射天线，R为接收天线，电磁波在地下介质中遇到目标体和分界面时发生反射，信号返回地面由天线R接收并记录，通过主机的回放处理，就可以得到雷达记录的回波曲线（如图2所示）。
当地下介质中的波速v（m/ns）为已知时 可根据精确测得的走时t（单位为ns ），可求出反射物的深度（m）。
式中：v为地下介质中的电磁波速； 为介质的相对介电常数；c为光速3*108m/s。
2.数据处理和解释
探测的雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录，以波形或灰度显示探测雷达剖面图。地质雷达探测资料的解释包括两部分内容，一为数据处理，二为图象解释。由于地下介质相当于一个复杂的滤波器，介质对波的不同程度的吸收以及介质的不均匀性质，使得脉冲到达接收天线时，波幅减小，波形变得与原始发射波形有较大的差异。另外，不同程度的各种随机噪声和干扰，也影响实测数据。因此，必须对接收信号实施适当的处理，以改善资料的信噪比，为进一步解释提供清晰可变的图像。对于异常的识别应结合已知到未知，从而为识别现场探测中遇到的有限目的体引起的异常，以及对各类图像进行解释提供了依据。
图像处理包括消除随机噪声压制干扰，改善背景；进行自动时变增益或控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波，进行滤波处理除去高频，突出目的体，降低背景噪声和余振影响。
图像解释是识别异常，这是一个经验积累的过程，一方面基于地质雷达图像的正演结果，另一方面由于工程实践成果获得。只有获得高质量的地质雷达图像并能正确的判别异常才能获得可靠、准确的地质解释结果。
识别干扰波及目标体的地质雷达图象特征是进行地质雷达图像解释的核心内容。地质雷达在地质和地表条件理想的情况下，可得清晰、易于解释的雷达记录，但在条件不好的情况下，地质雷达在接收有效信号的同时，也不可避免地接收到各种干扰信号。产生干扰信号的的原因很多，隧道常见的干扰有电缆、衬砌表面金属物体、天线耦合不好，地下异常的多次波等，干扰波一般都有特殊形状，易于辨别和确认。
3.介质参数计算
为了准确得到衬砌介质的介电常数和电磁波速，需要在地质雷达检测的测线上，用钻机在混凝土上钻透衬砌混凝土，然后再用尺子测出混凝土衬砌的实际厚度（d），从地质雷达图像上读出钻取位置处衬砌混凝土反射层面的双层走时，再根据以下计算公式计算出衬砌实际的介电常数和电磁波速。
1）介电常数计算公式： （3）
2）电磁波速计算公式： （4）
：相对介电常数； ：电磁波速度（m/s）； ：双程旅行时间（ns）； ：标定目标体厚度或距离（m）
4.应用检测实例
质量良好的衬砌混凝土密实、分布均匀、无脱空，除衬砌与围岩之间存在介电常数差异外， 其它介质介电常数变化较小，反射面不明显。雷达探测图上波形平缓、规则、无杂乱反射。
RAMAC地质雷达在衬砌无损检测中得到了广泛的应用，天线频率拱顶采用800M，采样时窗32ns，采样点400，叠加次数8。天线紧贴检测部位表面，采用距离模式连续扫描。在隧道边墙以5米间隔设置里程标记，实测中采用测距轮与打标的方式进行剖面里程定位。以下分析了衬砌各种质量缺陷雷达剖面图。
（1）衬砌厚度检测
根据地质雷达剖面显示，本段10米拱顶的衬砌厚度：最厚70厘米，最薄30厘米， 部分地段衬砌厚度不足。
（2）衬砌内部空洞
如果混凝土内部出现空洞，空洞内充满空气，介电常数发生较大变化，在雷达剖面图上会呈现明显的连续双曲线状（如图4）。在距测量原点5米的里程上，深度是20厘米，有一衬砌内部的空洞存在。
（3）衬砌内部不密实
衬砌混凝土内部若不密实，呈松散状态，含水量相对偏大，此区域相对介电常数与周围介质相差较大。由于混凝土疏松、孔隙率大、含水量不均匀， 故电磁波反射面多而乱。在雷达探测图上表现为反射波较多、不连续且反射能量强弱变化较大，图形较为杂乱（如图5所示）。在距测量原点5.4-7米的里程上，深度范围分别是15-85厘米的衬砌内部存在不密实现象。
（4）衬砌内部有异物
在距测量原点1.7-3.4米的里程上衬砌内部有异物。
（5）衬砌脱空
红筐内显示出压浆后仍然有脱空现象，其中在距离测量原点1.4～3.0m和7～8m范围脱空较为严重。
5.结论和建议
（1）用地质雷达做隧道质量检测是一项较为成熟的技术，目前在国内得到大量应用.可以说，雷达方法是隧道检测最有效和快速的方法.用地质雷达方法进行隧道质量检测，可以确定衬砌厚度，围岩和衬砌内的缺陷，探测钢筋和钢拱架等。（2）地质雷达能探测出隧道衬砌中的主要施工缺陷，为隧道的整治提供可靠的依据，能大大提高工作效率，节省费用。
参考文献
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[2]李大心.探地雷达方法与应用[M].地质出版社，1994
地质雷达范文5
关键词：隧道；衬砌；地质雷达；检测
The Application of the Geological Radar in Tunnel Lining Detection
Abstract: It is much important that concerning over detecting the thickness of primary lining concrete, the position and shape of cavity behind tunnel lining, for the primary bearing carrier are primary shotcrete and rock bolts, and the secondary concrete lining acts as safety margin, in tunnels constructed with mine tunneling method. It is convenient for taking measures by detecting primary lining, to achieve effective quality-control of construction. This paper mainly introduces the application of radar method in detecting primary support and secondary concrete lining in Cai-daling tunnel. The result shows that there are advantages, using radar to detect the defect in tunnel lining, which are swift, lossless and precisely locating, researching from the theory, method, setup of radar and the analysis of radar profile map.
Key words: tunnel, primary lining, geological radar, detection
1．前言
隧道因其特有的结构和功能要求，往往施工难度大，容易出现初期支护背后脱空，二次衬砌混凝土厚度不足等问题，给施工和运营造成相当大的危害。为了避免类似问题的发生，就必须在施工过程中及时发现质量隐患并及时清除，通过地质雷达方法检测正好解决以上问题。它以其高分辨率和高准确率，快速、连续且高效的无损检测方法很快得到人们的认可，经过长期实践和不断发展被广泛应用于隧道衬砌质量检测中。
2．工作原理
地质雷达无损探测方法利用雷达波通过结构、经目标体反射回来的波形差异进行分析处理检测对象。通过发射高频宽带短脉冲电磁波，电磁波遇到具有不同介电特性的介质时部分返回，接收天线接收反射波并记录反射波的旅行时间。当发射和接收天线沿物体表面逐点同步移动时，就能得到其内部介质的剖面图像。根据接收到波的旅行时间(双程走时)、幅度频率与波形变化资料，可以推断介质的内部结构以及目标体的深度、形状等特征参数，当存在缺陷时，由于缺陷与良好衬砌或围岩间的介电常数的对比差异，使得缺陷“可见”，这样能精确确定目标体的位置[1~3]。
3．检测实例
3.1 工程实例
3.1.1工程概况
大连市202路轨道延伸工程-蔡大岭隧道位于旅顺南路蔡大岭，隧道进口里程DK4+850，出口里程DK6+420，隧道全长1570m。隧道沿旅顺南路傍山而行，在平面上设置两段圆曲线，呈“S”型布置。洞身最大埋深65.7m，整体埋深较浅且存在较长浅埋段，场区主要发育一条北东向断层，南海头-孙家大岭断裂带(F1)，洞身采用复合式衬砌。
3.1.2测线布置
由于围岩开挖及施工因素，在围岩与初期支护，初期支护与隔水层，隔水层与二次衬砌之间均可能存在一定程度的空洞等缺陷，为了较全面了解隧道衬砌质量，在隧道拱顶、左右拱脚及左右边墙共布置了五条测线，详见图1所示。
3.1.3检测方法
1）、雷达天线中心频率选择
频率高的天线发射雷达波主频高、分辨率高，精度较高，能量衰减较快，探测深度较浅；频率低的天线发射雷达波主频低、分辨率低，精度相对较低，能量衰减较慢，探测的深度较深。因此，根据隧道衬砌混凝土设计的厚度及检测要求，本次数据采集使用瑞典RAMAC地质雷达500MHz主频天线采集，具体参数见图2并携带800MHz天线，以备随时调用。数据传输采用光纤传输，数据存储及现场雷达图像显示采用IBM笔记本电脑及雷达专用数据采集软件RAMAC GroundVision 1.3.6。
2）检测
根据本次检测要求按图1设置五条测线，初衬检测里程为DK5+070至DK5+120,二衬检测里程为DK4+900至DK4+940,为了保证时间剖面上各测点的位置与实际检测里程的位置相对应，在隧道边墙上用红油漆每5m作一个标记，标注里程以供核对。将天线连接好后，使天线在相应测线位置紧贴隧道壁面，操作仪器，沿测线方向作连续剖面测量，当天线对齐某一标记时，在雷达记录中每5m作一个标记，尽量使天线匀速移动，同时记录现场可能对雷达检测造成干扰的各种干扰源。整理资料时，根据标记核查里程，在雷达的时间剖面图上标明里程，以保证点位的准确。雷达波速是计算衬砌厚度的最重要参数，速度标定是通过已知混凝土厚度的准确值，结合地质雷达图像分析得出的脉冲波走时，对喷混凝土内的雷达波速进行标定。
3.2 地质雷达波形分析
探测的雷达图形以脉冲反射波的波形形式记录，以波形或灰度显示探地雷达垂直剖面图。探地雷达探测资料的解释包括两部分内容：数据处理和图像解释。只有通过消除随机噪声、压制干扰，改善背景；进行自动时变增益或控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波，进行滤波处理除去高频，突出目标体，降低背景噪声和余振影响。再通过对检测波形的时间剖面、波形及振幅的变化规律的对比分析，才能对隧道初支和二衬喷混凝土厚度、背后是否存在空洞及不密实等情况进行综合评判。
图像处理包括图像解释和识别异常是一个经验积累的过程，一方面基于探地雷达图像的正演结果，另一方面由工程实践成果获得。只有获得高质量的探地雷达图像并能正确的判别异常，才能获得可靠、准确的探测解释结果，识别干扰波及目标体的探地雷达图像特征是进行探地雷达图像解释的核心内容[4]。探地雷达在接收有效信号的同时，也不可避免地接收到各种干扰信号，产生干扰信号的原因很多，干扰波一般都有特殊形状，在分析中要加以辨别和确认。
主要判定特征：①密实：衬砌信号幅值较弱，波形均匀，甚至没有界面反射信号；②不密实：衬砌界面反射信号强，信号为强反射信号，同相轴不连续，错断，一般区域化分布；③空洞：衬砌界面反射信号强，呈典型的孤立体相位特征，通常为规整或不规整的双曲线波形特征，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大；④脱空：衬砌界面反射信号强，呈带状长条形或三角形分布，三振相明显，通常有多次反射信号；⑤钢筋网:有规律的连续的小月牙形强反射信号,月牙波幅较窄；⑥钢拱架：单个的月牙形强反射信号,月牙波幅较宽；⑦钢格栅：连续的两个双曲线强反射信号。
3.2.1 初期支护结构
雷达波经发射天线发射后，最先到达接收天线的雷达波为空气直达波，紧接着为表面直达波，再为喷混凝土和围岩胶结面的反射波。反射波能量与围岩和喷混凝土之间的物性差异有关，两者物性差异越大，反射波能量就越强，反之，其能量就越弱。在地质雷达图像中振幅较强、同相轴比较连续的波就是喷混凝土和围岩界面的反射信号，该界面上到表面就是喷混凝土厚度。当混凝土中存在钢筋时，将产生连续点状强反射信号；当混凝土中有钢拱时，将出现特别强的月牙形反射信号，每一信号表示有一钢拱。当喷混凝土背后回填不密实，混凝土与围岩之间有空隙时，由于空气与混凝土介电常数差别较大，电磁波在喷混凝土与空气之间将产生强反射信号[5]。当空洞比较大时，围岩界面清晰可见，在地质雷达剖面图上主要表现为在喷混凝土层以下出现多次反射波，同相轴呈弧形，并与相邻道之间发生相位错位，且其能量明显增强。下图是本次检测的典型图，结果参见图示。
3.2.2 二次衬砌结构
在二衬检测中重要的是追踪初衬与二衬之间的界面反射波，由于反射波能量与二次衬砌和喷射混凝土的物理性质差异有关，两者物理性质差异越大，反射波能量越强，否则能量越弱，如图4二衬与初支之间界面清晰可见，更能直观的了解二衬的厚度。
通过对本次隧道喷混凝土衬砌检测的地质雷达剖面图分析知，初衬喷混凝土背后空洞及不密实区域较多，采取打孔注浆验证取得了较好的效果，二衬厚度设计40cm，经过雷达检测厚度平均值40.5cm,其测试精度满足工程需要。[1~3]
4．结论
4.1利用地质雷达检测隧道衬砌厚度、背后脱空、空洞的位置及形态是能够实现的，而且是准确的，并且检测速度快、效率高，适合于现场的大面积连续快速检测。
4.2检测缺陷时，根据现场情况选用合适的频率天线，才能够得出准确、可靠的检测数据，并且雷达剖面图与隧道实际里程之间的对应也是非常重要的，这样才能得出准确位置的可靠数据，以便采取处理措施，保证质量。
4.3测试中要改善并解决天线安装移动的问题，保证安全快速的检测，提高效率。
参考文献：
[1] 李大心.探地雷达方法与应用.地质出版社.1994
[2] 魏超.肖国强.王法刚. 地质雷达在混凝土质量检测中的应用研究.工程地球物理学报.第1卷第5期2004年10月
[3] 周黎明.王法刚.地质雷达法检测隧道衬砌混凝土质量.岩土工程界.第6卷第3期
[4] 郭有劲.地质雷达在铁路隧道衬砌质量检测中的应用.铁道工程学报.2002年6月第2期(74)
地质雷达范文6
关键词：地质雷达；工程勘察；应用
中图分类号：F407.1 文献标识码：A文章编号：
引言
地质雷达方法是一种用于确定地下介质分布的广谱 (lMHz一IGHz)电磁技术。地质雷达利用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度和波形资料，可推断介质的结构构造情况。
近年来，随着我国建筑事业的蓬勃发展，大量的建筑工程拔地而起，加快了我国社会主义现代化的进程，提高了人民的生活质量。然而由于各种原因，一些工程在规划、设计、施工和管理运行中，没有完全按照设计施工，存在不同程度的病害与隐患；另外有的工程建筑己经投入运行达半个多世纪，却仍然还在带病运行。因此，重大工程事故时有发生，严重危及着人民群众的生命安全，尤其以水工堤坝、道路档墙、大型建筑物等。一旦发生灾害必将给国家和人民的生命财产安全造成严重损失，由于地质雷达在工程勘察中得天独厚的优势，因此研究地质雷达在工程勘察中的应用，利用地质雷达技术尽快查清建设工程的质量安全隐患具有非常高的实际应用价值。地质雷达技术是一项新兴的无损检测技术，与目前各种检测技术相比较，它具有以下几个优势:①适用范围广。探测深度范围大(几厘米到十几米)，可用于各种场地条件;②探测精度高。使用高频率(IGHz以上)的天线时，探测精度可达数厘米;③检测效率高。检测面积大，检测速度快，所需操作人员少。
随着我国基建工程的蓬勃发展和对工程建设质量管理力度的不断加大，地质雷达无损检测技术必将在工程勘察领域发挥重大的作用，具有重要的实际应用价值和长期的社会效益。
1.地质雷达在工程勘察中的应用
电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化，地质雷达正是根据电磁波在介质中传播的这个特征来工作的。地质雷达可根据电磁波的变化差异，反映出被探测介质体的赋存形态、尺寸大小以及各介质体间的界面。另外，电磁波在不同介质中传播的速度也有差异，不同介质对电磁波的吸收和反射能力也存在差异。本文正是针对不同介质层在地质雷达中呈现不同图像这一特征，开展地质雷达在工程勘察中的高精度探测影响因素的模拟实验研究，揭示介电常数和其探测深度得的变化规律，从而达到利用地质雷达对目的物实现高精度探测的目的。
1.1探底雷达在挡墙探测中的应用
随着我国西部大开发进程的加快，我国铁路建设重点正转向西部，特别是西部山区铁路建设中，除桥涵多之外，最大特点是路基的支挡工程多，长挡墙、高档墙、连续挡墙在路基工程中占了很大比例。挡墙是否稳定直接关系到线路运行安全。挡墙的稳定除受设计方法、墙型选择、墙后填料的影响外，施工质量是影响挡墙的主要因素。例如，2006年6月，由中铁某局承建的挡墙发生了浆砌片石下挡墙由于挡墙使用时间过长，后墙被流水冲刷出现空洞而坍塌，险些造成列车重大颠覆事故，断道若干小时。
影响挡墙质量的因素较多，如:石料、砂浆、施工工艺和后期养护等。因此，在加强施工管理和施工监理基础上，必要的挡墙质量检测是控制挡墙质量的关键。目前，路基挡墙检验的较常用的传统方法，多是开孔或开槽取样验证，这种方法不仅效率低、代表性差，而且破坏了墙体的整体性，也无量化的指标。无论是混凝土挡墙，还是浆砌片石挡墙，均可视为一个整体结构。因此，只要能够建立构造挡墙的材料强度与波速的相关关系以及墙壁体波速的变化，就能有效地通过原位测试挡墙的强度。
由于浆砌片石挡墙或片石混凝土挡墙可视为由水泥浆和片石复合而成的两相复合体系。当墙体的组成材料、施工工艺、内部质量、砂浆标号符合要求时，波在其中的传播速度、首波的幅度合接收信号的频率等参数的测量值应该相对较高。如果某部分墙体存在空洞、不密实或裂隙，便破坏了墙体的整体性，其中空气所占的体积比例相应增大，而空气的波阻抗率远小于水泥砂浆和岩石的波阻抗率，脉冲波在墙中的“固一气”界面传播时几乎产生全反射，应力波的能量将被衰减，只有一部分地震波绕过空洞或其他缺陷区，才能传到接收换能器，于是与无缺陷墙体相比较，波速降低，波幅和频率值减少。因此，根据同一条件下墙体的波速、波幅或频率的相对比较，可以判定墙体的强度及缺陷情况。
1.2地质雷达在道路探测中的应用
我国在上世纪90年代初兴建的高等级公路多是水泥路面，其面、基层都出现了大面积破损和脱空，已难以满足飞速发展的经济对公路交通的需求;另外，沥青路面具有行车舒适性和维护简单的优点，这也是水泥路面难以比拟的。为此，早期兴建的高等级公路兴起一股“刷黑”热潮，由此带来一系列常规方法难以解决的问题:一是如何评价原有水泥板的破损程度和板下存在的脱空情况;二是如何快速、无损地对沥青铺设厚度和更换水泥板进行定量探测。地质雷达是近几年刚兴起的一种无损检测技术，它基于高频电磁波反射原理，可快速方便地对公路和隧道等工程施工质量进行检测。
传统的公路工程施工质量检测方法是根据规程随机选点钻孔取样，然后进行室内分析处理，从中获取厚度、深度、压实度和强度等工程参数。不难看出，这种方法存在很大的局限性，难以全面客观地综合评价面基层的铺设质量，要发现路下存在的隐性灾害更是难上加难。这样，在道路投入使用后，随冬冰夏融、热胀冷缩及日积月累的冲压，存在缺陷就易导致重大交通事故的发生。如果能够研究开发出一种无损、快速、直观、能显示道路内部状态的检测设备和技术手段，必将使道路建设质量和养护管理提高到前所未有的水平。
随着计算机技术、自动化控制技术、高精度测微技术的进步，在最近的20年里道路检测技术有了突破性的进展。地质雷达技术作为一种新兴的无损检测技术在道路检测中发挥着越来越大的作用。尤其是对于道路内部结构检测，地质雷达技术以其快速、高效、等特点正逐渐成为道路无损检测的主力。
2.小结
总之地质雷达应用范围很广，通过运用雷达检测，使对隐蔽工程的检测易如反掌，而且无损、快速、形象直观，是工程检测的好帮手。地质雷达技术领先，操作方便，检测范围广，给质量检测工作带来很多方便，但还有些美中不足之处，存在两方面的问题:一是设备自身的改造，在目前广泛使用的地质雷达中，低兆数的天线极为笨重。例如目前最先进的美国GSSI公司生产的地质雷达200MHz的天线长lm宽0.5m厚0.4m了，至于探测更深的 1ooMHz天线和15MHz天线更为巨大，在隧道衬砌检测时非常吃力，给地质雷达的推广带来了一定的制约，希望生产厂商设计更灵巧的天线来代替。二是软件方面，在市政检测时，能检测到管线的位置，但识别不出管线的制造材料;在桥梁混凝土的检测时，能检测出钢筋的分布和数量，但检测不出钢筋的直径，测不出混凝土的强度;在路基检测时，能测出每层的填铺厚度，但测不出密实度;在图像分析方面，没有给出参照物，只能靠不断积累经验来提高分析图像的水平。
参考文献：
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