地质雷达论文

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地质雷达论文:地下管线探测中地质雷达的应用分析

【摘要】随着城市现代化的发展，地下管线的密集度越来越大，在大量的城市地下施工过程中，地下管线的保护越来越显得重要，掌握施工地段地下管线的敷设又是确保地下管线和施工安全的前提，该文简要介绍了地质雷达的基本原理和数据处理方法，并结合工程实例，分析了地质雷达在探测地下管线分布中的作用。

【关键词】地质雷达；探测；地下管线

近年来，随着城市现代化的发展，地下管线的密集度越来越大，在大量的城市地下施工过程中，它们的安全直接关系到经济建设、市民生活，同时，也影响到施工人员的人身安全。因此，如何在施工时，避免破坏这些地下管线就变得越来越重要。地质雷达作为一种高分辨探测技术，能够探明施工区段地下管线、线路的敷设情况，避免由于不明地下管线的分布而造成施工时挖断管线带来的损失，确保施工安全，近年来得到了普遍的应用。

1. 地质雷达探测原理

（1）地质雷达（GPR）的原理概括地说，它是通过对电磁波在地下介质中传播规律的研究与波场特点的分析，查明介质结构、属性、几何形态及其空间分布特征。地质雷达由地面上的发射天线 T 将高频电磁波（主频为106～109Hz）以宽频带短脉冲形式送入地下，经地下目标体或不同电磁性质的介质分界面反射后返回地面，为另一接收天线 R 所接收，而其余电磁能量则穿过界面继续向下传播，在更深的界面上继续反射和折射，直至电磁能量被地下介质全部吸收。

（2）地质雷达发射天线在介质表面向其内部发射频率为数百兆赫兹的高频电磁波，当电磁波遇到不同界面时会发生反射及透射，反射波返回介质表面，又被接收天线所接收（所用的天线为收发合一的屏蔽天线）。此时，雷达主机记录下电磁波从发射到接收的双程旅时t，当电磁波在介质内传播的速度V已知时，可由D=Vot/2式求出反射面的深度即目标体的深度。

（3）由此可知，电磁波的反射系数取决于界面两边媒质的相对介电常数的差异，差异越大，反射系数也越大。

2. 仪器设备

本次检测使用的是美国劳雷公司生产的（GSSI） SIR-3000地质雷达，该地质雷达由发射、接收和控制三部分组成。发射部分由脉冲发生电路和发射天线构成，产生并发电磁脉冲；接收部分由接收天线、高频放大电路和采样电路构成，接收的高频信号被放大后，采样电路变换为低频信号，送到信号处理电路；控制部分是由产生整体装置同步信号的基准同步信号发生器、控制采样电路的采样控制器、处理接收信号的信号处理电路、以及显示处理信号的输出显示部分组成的。采样数据经一定处理后，由输出显示设备输出探测结果。

3. 工程实例一

3.1工程概况。

本工程位于某市居民住宅区内，根据现场调研及资料的情况来看，目前两侧多为已拆迁后的居民住房，在原道路两侧已用砖墙围档；在群众路和交通路地下通道范围内均有一组军用光缆和电信长途通信光缆未拆迁。另外在本工程施工范围内地下管线错综复杂，有上水管、煤气管、电话电线、污水管、雨水管、电力电缆、照明、信号和有线电视等九大类地下管线，部分线路分布在施工开挖区内，施工期间必须切实做好管线的处理方案，确保各类管线的安全和正常使用，才能避免窝工，提高效率其工作顺利与否，直接影响到工程的施工进度。因此，探明施工区地下管线、线路的敷设情况是确保施工安全的重要前提。

3.2探测情况概述。

根据道路平面布置和管线埋深情况，分别在道路两侧的中心线上布置了两条主测线，在两侧人行道及原居民区部分别布置了20条测线。探测天线采用了100MHz、400 MHz 两种天线。其中在两条主测线上采用了 100 MHz 天线进行探测，时窗设置为200ns，探测深度为7m左右。在两侧人行道及原居民区布置采用 400 MHz 天线进行探测，时窗设置为50ns，探测深度为2m左右。根据地质情况，介电常数均采用经验值15。

3.3数据处理。

应用地质雷达方法在采集地下目标体的有效反射信息时，还会接收到各种规则的或随机的干扰信息，地质雷达数据处理的目的，就是为了压制这些干扰波，最大限度地突出有效波，以便提高雷达记录的信噪比和分辨率，提供和显示记录中包含的与地下目标体的位置、形态、结构和属性等有关的信息，为地质雷达资料解释服务，地质雷达数据资料处理流程图详见图2。

3.4资料分析。

根据地质雷达波的探测原理，当两个介质的介电常数相差较大时，雷达波会发生明显的反射、绕射等现象。选取2组典型的地质雷达波图形，当雷达波扫描至地下管线时，雷达波会产生明显的绕射现象。我们可以清楚地看出地质雷达波的反射现象，弧形的大小反映了反射物体的大小，由于地下管线较小，雷达波上呈小弧形反射，下水道呈弧形较大的空洞式反射。通过对时间及速度参数的计算更准确的得出管线的实际位置。这与施工单位提供的城市地下管道布置图相吻合。

4. 工程实例二

某市区地下管线补测工程中燃气管线大多数都为塑料管线，少数给水管线为塑料管线，所以在收集资料后，我们确定以探地雷达探测为主要手段进行探测。

4.1平行管线异常的判别。

（1）城市地下管线探测中，平行埋设的地下管线在实际探测中经常遇到。探地雷达采用剖面法探测，目标管线的异常只能通过对单个剖面的分析解释来确定。由于管线密集埋设，剖面记录除显示目标管线异常外，含有许多非目标管线异常及浅部不均匀干扰异常，有些异常形态和规模几乎与目标管线一样，且相互叠加，无法准确判别哪个目标管线异常，因此，探测解释前现场了解目标管线的大致位置和埋深及剖面记录范围内可能存在的其它管线的规格、材质、位置、埋深等情况，有助于排除非目标管线异常，准确判定目标管线异常。

（2）根据给水砼管探测记录剖面，图像显示在水平位置为0.89m、1.25m和2.22m有3处异常，埋深分别为0.73m、1.57m、0.83m。由已探测管线及现场调查分析可知，第1个异常和第3个异常为电信，中间异常即为目标管线给水。

4.2不均匀介质干扰异常解释。

城市道路路基及管道上覆回填土层中通常夹杂着许多块石、砖头等建筑垃圾，这些孤立的块石砖头与周围土质在电性特征上存在一定差异，在雷达剖面上形成复杂干扰异常，影响目标管线异常的识别。在外业探测过程中，可在测点附近改变测线位置多次施测比较；在异常解释时，应充分了解目标管线规格、材质、埋设情况及其反射波的异常形态、规模及波形特征，结合管道的连续性、干扰的随机性的特点，从众多干扰中，识别出连续出现、波形特征稳定的目标管线反射异常。在干扰严重路段可采用钎探或开挖验证。由于管线规格较干扰体大，因此异常形态规模也较干扰异常大，图2在1.8米埋深0.8米处有不规则反射弧，经判断应为地层起伏引起的干扰，图3在1.5米至3米处地下有杂质干扰，导致给水管左半边反射弧完全被屏蔽掉了。

4.3地表建筑物干扰的判断。

城市地下管线一般敷设在人行道至第一排建筑物前，雷达探测地下管道时，雷达波除了下地下传播外，还有部分雷达波传向空中，地下管线的雷达反射波与建筑物的雷达反射波同时被雷达接收机收到，异常都反映在雷达剖面图上，因此在判读雷达图像时首先要排除建筑物的干扰。建筑物干扰异常一般为强烈的斜线，长度较长，范围较大。

4.4排水管沟探地雷达异常判别。

（1）由于排水方沟顶部是平面的，探地雷达探测断面的雷达图像不会显示出与圆形管道相似的曲线形状，判断其平面位置和埋深难度较大。正确分析管沟雷达图像的突破口在于找准方沟的两个顶端沟边上，雷达图像上若有两个相似的、相互对称的坡度异常，且两异常之间距离与管沟宽度一致，即可确认两沟顶边的位置。管沟位于马路车行道下，规格为4000mm×2500mm，顶盖板为0.2m厚预制水泥板。探地雷达剖面图的上层异常，为正向连续同向轴板状体异常，正向同向轴对应内部空间顶界面，按波速v=0.09m/ns界面到地面厚度为1.2m，方沟宽度为4000mm。

（2）以上几种情况是我们在使用探地雷达探测管线常碰到的现象，为尽量避免这些情况给我们的探测带来错误，我们就需要在不同的地方多做些雷达断面，以及在情况允许的条件下适当开挖验证。

5. 结论

通过采用地质雷达对地下管线的探测，现场地下管线位置的记录得到了准确的反映，然而，更深入一步，如从中分析求证出管线的粗细、材质，以及其中的充填物和其他信息，则需要进行从施工参数的选取到后期数据的处理和解释等一系列的细微工作。由于地质雷达在应用过程中效率高、无损伤并能实时展示地下图像，适合在城市各种场合使用，因此，随着人们对地质雷达进一步研究，它必将成为城市管线探测的最有效工具。

地质雷达论文:隧道衬砌质量地质雷达检测正演模拟

摘要： 地质雷达是一种快速、无损、高效的隧道衬砌质量检测方法，利用正演模拟软件对隧道衬砌厚度、是否存在脱空区以及钢筋网、钢拱架进行了地质雷达检测正演模拟，总结出了其地质雷达检测响应规律，为在实际工程中的应用提供了判别依据。

关键词： 隧道衬砌质量；地质雷达检测；正演模拟；响应规律

0 引言

目前我国已经成为世界上建设隧道工程最多、发展最快的国家，高速公路的修建在未来一段时间内仍是我国交通建设的重点。在隧道建设中，需要采用一定的方法手段对隧道衬砌质量进行检测，使隧道工程的施工质量符合设计要求，确保隧道运营安全[1]。

隧道衬砌质量检测方法可以分为有损检测和无损检测两种，有损检测方法一般是采用钻孔的方法检测衬砌厚度和是否存在脱空区，这种方法比较直观，但是会对隧道衬砌造成损伤，检测速度缓慢，而且只能少量抽样检测，无法反应隧道衬砌的整体质量情况；近年来人们开始将无损检测技术用于衬砌质量检测中，主要是利用声、光、电、磁等方法，对隧道衬砌的强度、密实度、均匀度和是否存在缺陷等进行检测。与有损检测方法相比，无损检测方法具有操作简单、费用低、不破坏衬砌结构等优点，其中地质雷达（ground penetrating radar，简称GPR）是一种快速、无损、高效的检测方法，在工程领域得到了广泛的应用研究[2-4]。

探地雷达通过发射天线发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回的电磁波，电磁波在介质中传播时遇到电性差异分界面时会发生反射，地质雷达就是根据接收到电磁波的波形、振幅和频率等特征来推断介质的空间位置和形态。本文利用正演模拟软件对隧道衬砌厚度、是否存在脱空区以及钢筋网、钢拱架进行地质雷达检测正演模拟[5]，研究其地质雷达检测响应规律，为在实际工程中的应用提供判别依据。

1 隧道衬砌常见质量缺陷

在隧道修建过程中，由于地质条件复杂、施工环境恶劣、施工工艺不规范等原因，隧道衬砌很容易发生质量缺陷。①隧道施工时欠挖或者模板支撑不合理都会造成隧道衬砌厚度不足，会导致隧道产生较大的变形，影响衬砌结构安全甚至会导致隧道发生坍塌、断裂等严重后果；隧道施工时超挖部分未全部回填密实或者模板支撑不稳固导致模板下沉量过大，会导致衬砌发生脱空，严重影响衬砌强度；②施工单位可能偷工减料，在衬砌中使用的钢筋网、钢拱架用量不足，导致衬砌强度不符合设计标准。如果这些缺陷不能被及时检查出来并加以治理，必然会留下隐患，严重影响隧道的运营安全。

2 地质雷达检测正演模拟算例

2.1 衬砌厚度检测

衬砌厚度检测模型如图1所示，模型x轴方向长2.0m，z轴方向深1.0m，网格划分为200×100个，雷达天线主频400MHz，从左到右探测扫描。模型中灰色区域为混凝土衬砌，相对介电常数为9，电导率为1×10-3S/m；黄色区域为围岩，相对介电常数为6，电导率为1×10-3S/m；右侧黑色区域为脱空区，内部充满空气，相对介电常数为1，电导率为0S/m。

衬砌厚度检测模型FDTD正演结果如图2所示，根据电磁波反射信号同相轴可以确定围岩分界面位置，进而对衬砌厚度进行检测，图中位置1处衬砌厚度明显不足，推断为围岩欠挖区；图中位置2处出现抛物线状强反射信号，且位于围岩分界面附近，推断为衬砌超挖回填不密实的脱空区。

2.2 钢筋网、钢拱架检测

钢筋网、钢拱架检测模型如图3所示，模型x轴方向长1.0m，z轴方向深0.5m，网格划分为200×100个，雷达天线主频400MHz，从左到右探测扫描。模型中灰色区域为混凝土衬砌，相对介电常数为9，电导率为1×10-3S/m；中间红色点状物体为钢筋网，左右“工”字形物体为钢拱架，钢的相对介电常数为300，电导率为1×108S/m。

钢筋网、钢拱架检测模型FDTD正演结果如图4所示，位置1处钢筋的电磁波反射信号呈现为规则的抛物线状信号，钢筋网的地质雷达响应特征表现为抛物线阵列，且抛物线间距相近；位置2处钢拱架的电磁波反射信号强于钢筋网，表现为顶部扁平的抛物线状反射信号。

3 结语

地质雷达是一种快速、无损、高效的隧道衬砌质量检测方法，本文利用正演模拟软件对隧道衬砌厚度、是否存在脱空区以及钢筋网、钢拱架进行了地质雷达检测正演模拟，总结出了相应的地质雷达检测响应规律如下：①根据电磁波反射信号同相轴可以确定围岩分界面位置，进而对衬砌厚度进行检测，衬砌脱空区位于围岩分界面附近，且表现为强反射抛物线。②钢筋的电磁波反射信号呈现为规则的抛物线状信号，钢筋网的地质雷达响应特征表现为抛物线阵列，且抛物线间距相近；钢拱架的电磁波反射信号强于钢筋网，表现为顶部扁平的抛物线状反射信号。以上总结的地质雷达检测响应规律为隧道衬砌质量地质雷达检测在实际工程中的应用提供了判别依据。

地质雷达论文:地质雷达在武警部队地埋油罐监漏中的应用研究

【摘 要】近几十年来，国内外使用地质雷达探测土壤及地下水中的有机污染，已有很多成功的实例，应用效果良好，值得借鉴。针对武警部队部分加油站储油罐超期服役状态，随时都有可能发生渗漏危险的实际背景，此次实验选择了某型工作频段为1.9-2.5GHz的超宽带步进频雷达进行了探测实验。简述了实验场景、过程以及数据处理分析。雷达数据分析结果表明淡水及柴油在干砂土中发生泄露是可以检测出来，并可以进一步区分开来。这一研究成果证实了地质雷达监测部队加油站地埋油罐底部漏油的可行性。

【关键词】地质雷达 砂土 泄漏 介电常数

由于部队加油站都是以地埋油罐的方式进行油料的储存与收发，所以，随着使用时间的增加，锈蚀、腐蚀等因素的作用，对于油罐是否漏油很难从外观上直观看到，所以要通过一定的检测方法来实现监测的目的，现今大多数油库依然使用的通过罐内油位变化和感官检漏的方法[1，2]已经不能有效地实现油罐底部的实时监漏，传统方法[3-8]往往存在着发现微小渗漏困难、发现渗漏不及时等问题。虽然国内对于地质雷达的探索及应用正在展开，在“长江三角洲地区地下水污染综合研究”项目中，周迅[9，10]等对宜兴地区地下储油罐渗漏污染现状进行评价及在苏南地区加油站地下储油罐渗漏污染研究的过程中使用了地质雷达探测地下石油烃污染，应用效果较好；2008年，白兰[11]等对垃圾填埋场等污染场地使用地质雷达和高密度电阻率法进行探测，初步探索了地质雷达探测地下污染物的适用性。但是，不能很好的作为实时检测的手段，所以油罐底板的实时监漏技术一直是国内外关注的焦点和研究的重点。

1 实验原理

1.1实验背景

为了对油罐底部是否漏油进行实时检测，我们首先应该了解清楚地埋油罐的物理特性及其周围的环境。如图1.1所示。

从图1，我们可以看出罐体周围的环境是经过混凝土处理过的墙壁，底部及周围均由砂土垫衬填埋，所以直接监测油罐是否发生泄露不好实施，但是我们可以通过对砂土进行无损监测，通过判断砂土内介电常数是否发生变化而判断油罐是否发生泄露，这样我们就能够有效解决监测的问题，那么雷达是否能够有效监测砂土内介电常数发生变化呢，我们将通过实验进行研究分析。

1.2 探测原理

探地雷达是利用高频电磁波（ 从十到上千MHz） 的反射来探测有电性差异的界面或目标体的一种物探技术。探地雷达探测时，通过发射天线向地下（或其它方向） 定向发射脉冲电磁波，脉冲电磁波能量就向地下（或其它方向） 定向辐射，当脉冲电磁波传播过程中遇到有电性差异的界面或目标体（ 介电常数和电导率不同） ，就会发生反射和散射现象[12] ，雷达探测时电磁波传播示意见图1.2。

从图1.2 所示，反射界面的深度可以通过下面公式计算：

式中： 为电磁波在真空中的传播速度，m/s ；为介质的相对介电常数： 为界面的反射波双向传播时间。某一介质的相对介电常数，是把雷达在已知反射点上实际探测，用反射波双向走时时间 和深度来计算：

雷达波在介质中传播速度取决于介质的相对介电常数和电导率，通常工程勘探和检测中所遇到的介质都是以位移电流为主的低损耗介质，在这类介质中雷达波的反射系数和波速（ ）取决于相对介电常数 ，即：

1.3影响因素

一般而言，地质雷达探测法适用于金属、非水相液体和其它有机污染的探测。影响地质雷达的探测深度、分辨率以及精度的因素主要是环境的电导率，介电常数以及探测方法，包括探测所采用的频率，采样速度等[13，14]。一般的地质雷达都拥有多种频率的天线，低频可达到16 MHz，高频可达到2GHz[15]。

2实验实施

2.1 实验目的

利用雷达对水和油在砂土中的渗透过程进行探测，通过实验及数据处理分析判断出其变化规律与不同。

2.2 实验准备

为了实验顺利进行，在试验开始前应做好充分的实验器材准备、了解实验设备及系统工作的基本原理和明确实验所采取的基本方法。

2.2.1 实验器材

94.5cm×64.5cm×49cm塑料沙箱1个，沙土0.5立方米，地质雷达1台，1L淡水，1L柴油，卷尺1把，500ml点滴瓶及输液软管一套。

2.2.2雷达基本参数

此次实验采用某型超宽带步进频雷达，工作频段1.9-2.5GHz，频跳间隔4MHz，慢时间采样率5Hz，采用多普勒处理。多普勒处理是指对接收到的来自某一固定距离单元、一段时间内（对应于几个脉冲）的信号进行滤波或谱分析处理。静止目标会出现在零多普勒频率处，而运动目标会出现在谱的任何位置，这个位置取决于它们相对于雷达的径向速度[16]。

2.2.3 实验方法

（1）将砂土晾晒烘干，搅拌均匀后装入准备好的砂箱内，搅拌均匀，并使其表面平整；

（2）将雷达架设并固定于砂箱上方，使其与水平面成45°夹角，固定实验液体瓶及输液管，防治液体流动过程中水管产生扰动，对实验造成干扰，致使误差增大。具体如图2.1所示：

（3）实验设备架设完毕后，首先利用雷达对干燥砂箱采集背景数据，时常为8分钟，共计2400帧。

（4）首先进行注水实验，采集完背景信息后，让1L水以均匀的速度进行滴漏，共录制8分钟，共计2400帧；第二，将砂箱内湿砂按要求进行更换，柴油参照注水方法进行测试。

（5）对实验结果进行分析处理。

3实验分析

实验完毕，我们通过数据分析，探讨我们利用雷达检测渗漏的可行性。

3.1注水实验分析

如图3.1所示，每张图片中左侧为对背景对消、抑制零频杂波后的图像，本次采用参数为5帧/次。

我们通过左侧对消图像可以发现，水在不断注入过程中，在系统收敛稳定后，随着水在砂土里边渗透面积及空间不断扩大，这一过程的变化是能够被雷达检测到，并且能在图像上清晰看到，此时它的零频已经被滤除，只是运动目标的信息图像；图片的右侧为注水前采集的空背景数据图像，与注水图做一些对比。刚开始水流比较大，这种雷达探测图像反映较强，能够清楚的看到水在砂土里面的运动，如图3.1。

通过对注水实验的数据进行研究发现，当水从外界流入砂土中渗透时，这一过程是可以被雷达监测到的，这也为我们试图利用雷达对油罐底部水泄露监测的可行性提供了有效支撑。

3.2注油实验分析

刚才我们分析了注水在砂土中的渗透过程，现在我们分析一下注油在砂土中的渗透情况，如图3.2所示，背景对消图像参数不变，图像左侧为注水过程背景对消图像，右侧为注油前采集的空背景图像。通过图像我们可以看出，柴油由于自身的粘滞性比水要强，所以在软管中的流速要比水缓慢一些，在砂土中渗透也就比较缓慢一些，所以从每张图片中的左侧图像可以看出在柴油进入砂土后，渗透运动要比水弱一些，虽然弱，但是也能够被雷达采集到，这与实际是相符的。

通过对注油实验的分析，为我们利用雷达监测油罐底部漏油可行性提供了依据。

3.3比较分析

前面我们分别对注水及注油实验做了分析，为了进一步深入研究，我们对比分析一下注水及注油实验。如图3.3所示，每张图片中左侧为注水实验，右侧为注油实验，均为背景对消图像，为了实验条件的统一性，我们依旧采用参数为5帧/次，从图片中可以明显看出注水与注油的不同，在对注油实验分析的过程中，我们提到了一些它们的区别，从这些区别中我们也可以看出水和油在砂土中的渗透是不同的，是可以通过雷达监测并区分出来，这就为区分罐底是否单纯漏水监测提供了可能。

通过比较分析，我们可以直观的从数据图像上区分出水与油渗透的不同，这为我们研究雷达监测罐底漏油提供了很大的支持。

4结语

综上，通过实验及数据处理分析，我们基本达到了实验的预期目的，发现了水和油在干砂土渗透过程中可以被雷达适时的监测到，而且水跟油的雷达监测图像也有很明显的区别，为后期做好实时监测提供了很好的理论参考。这一研究成果证实了地质雷达监测部队加油站地埋油罐底部漏油的可行性。虽然有很多收获，但也存在很多不足，如：雷达探测信息图像中只能反映有无，并不能精确反映出其渗透面积及深度，对油或水不能做出定性及定量的研究；实际工作中数据量大，不能长时间的连续监控等。

地质雷达论文:地质雷达在隧道衬砌检测中的应用

1.前言

公路山区隧道的围岩和初期支护作为隧道的主要受力结构，二次混凝土衬砌则主要是起安全储备作用，因此初期支护背后有无脱空或背后空洞的位置形态以及二次衬砌混凝土的实际厚度对于隧道的安全和质量起着至关重要的作用。因此必须在施工过程中应及时对隧道施工质量进行检测，以清除质量隐患。地质雷达方法具有快速、连续、高效等优点，被广泛应用于各类隧道衬砌质量检测中。

2.地质雷达数据处理与分析

探测的雷达检测数据以脉冲反射波的波形形式记录，用波形或灰度显示探地雷达垂直剖面图。地质雷达数据分析包括两部分内容：数据处理和图像处理。

2.1地质雷达数据处理

地址雷达数据处理步骤一般分以下4个步骤：

（1）消除随机噪声、压制干扰，改善背景：

（2）自动时变增益或控制增益，以补偿介质吸收和抑制杂波；

（3）滤波处理除去高频，突出目标体，降低背景噪声和余振影响；

（4）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，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。

2.2地质雷达图像处理

地质雷达图像处理包括图像解释和识别异常，一方面基于探地雷达图像的判别结果，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，正确的判别异常，才能获得可靠、准确的探测解释结果，因此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。

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；⑧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。

2.2.1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，如图2所示。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，如图2所示。

2.2.2二次衬砌结构

二衬检测中重要的是判别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，否则其能量越弱，边界不明显，如图3所示。

3.地质雷达对隧道衬砌质量的检测技术重点

3.1检测设备以及检测方法

检测设备：在检测的时候运用产自于瑞典的MRMAC地质雷达，接收天线运用单置式天线。

检测方法：通常在隧道的拱顶、两侧的拱腰以及底墙处各布置一条测线，观察的过程中如果发现存在信号异常，要对该处的测线进行加密检测。测线布置完成之后，在墙壁上每隔10m，用颜色鲜艳的标志做一个标记，然后使天线贴紧隧道的内侧墙壁，沿测线的方向进行测量，并对该过程中的数据进行及时准确的记录。

3.2判断依据

1）隧道衬砌质量的检测，其判断依据有以下几点：其一，当衬砌密实程度较好时，雷达的反射信号强度较弱，甚至会出现没有接收到反射信号的现象；其二，当衬砌密实程度较差时，雷达的反射信号强度较强，且出现不连续的弧形形状；其三，当衬砌存在空洞现象时，衬砌界面的雷达信号强度较强，在下部依然存在强度较强的反射信号，但是两组信号的接收时间差较大。

2）对钢筋存在位置的判断：其一，当雷达信号呈现分布较为分散的月牙形，且反射信号强度较强时，则说明此处存在钢架结构；其二，当雷达信号呈现分布较为连续的双曲线的形状，而且其反射信号强度较强时，则说明此处存在钢筋。

3.3地质雷达检测图像的分类

1）当隧道衬砌与围岩的紧密性相对较好，不存在空隙时，界面图像的清晰程度直接受到混凝土与围岩的紧密性以及混凝土介电常数的影响，其雷达反射信号相对较弱，但是可以通过相关软件对隧道衬砌的厚度进行计算。

2）当隧道衬砌与围岩的紧密性较差时，电磁波在衬砌混凝土与空气之间的界面上出现强度较大的反射信号，且其界面很容易被认识，隧道衬砌与围岩之间的空隙可以被计算出来。

3）当雷达的图像中不存在差异较大的信号，且其图像较为均匀，这就说明隧道衬砌混凝土的密实程度较好。

4）当雷达的图像中呈现连续性，而且图像纵向尺寸相对较大。

4.结论与建议

（1）地质雷达检测隧道衬砌厚度、背后脱空、空洞的位置是能够实现的，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。

（2）隧道工程中，地面和衬砌表面往往起伏不平，导致在检测过程中，雷达天线的跳动，产生较大的干扰信号。检测长大隧道时，里程较长而累计的里程误差往往使检测结果失真。因此在开展检测工作时，需特别注意，以减小人为误差，提高检测精度。

地质雷达论文:水工隧道衬砌质量的地质雷达波普判读与解释

摘要：由于地质雷达波普判读的随意性和测试对象本身介质特性的差异，如果处理不当，极易造成对雷达检测结果的误解。本文从地质雷达波普判读与解释的重要性着手，对隧道衬砌质量检测中碰到的波普图形进行了归类解释，希望对以后地质雷达波普图像的判读起到一定指导作用。

关键词：隧道衬砌质量，地质雷达波普，

1 前言

随着国家水工隧道数量的逐年增加，其在运营过程中暴露出来的病害也在接连发生。这就迫切需要一种高效、快速、全面的检测方法来解决隧道病害这一难题，使隧道病害能够提前得到治理。地质雷达检测方法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的缺点，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，在隧道质量检测中得到了广泛的应用。

虽然地质雷达在隧道工程质量检测中得到了广泛的应用，但其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。

由于目前仍没有统一的测试规程，现在均是根据经验进行处理分析，造成了对雷达测试结果评判的混乱。如果处理不当，容易造成对雷达检测结果产生误解，可能会制约地质雷达检测在隧道质量检测中的应用前景。

同时，由于标准图谱库的欠缺，造成相同的地质雷达剖面图像，由不同的人判读，会得出不同的结果。这就提出要有统一的标准图谱，对各种可能的情况（空洞、不密实、含水及分层等情况）经过试验，做出标准图谱，供判读图像的检测人员参照，以避免读出错误的结果，从而避免错误检测报告的产生。[1]

2 地质雷达波普的判读与解释[2]

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：一为数据处理，二为图像解释。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，识别现场探测中遇到的有限目标体引起的异常现象，对各类图像进行解释提供依据。

地质雷达的数据处理流程一般情况下可分为三部分[3]。第一部分数据编辑：包括数据的连接，废道的剔除，数据观察方向的一致化等；第二部分常规处理：数字滤波、振幅处理、反褶积和偏移等；第三部分包括剖面修饰处理的相干加强，以及数字图像处理技术中的一些图像分割方法等。

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，突出目标体，降低背景噪声和余振影响。

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。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。

一些常见易混淆雷达现象的识别

（1）初砌层（混凝土）与围岩反射界面的拾取标志

虽然衬砌层与围岩两者的介电常数一般相差不大，但仍然能从能量上看出差异，而且混凝土一般比较均匀，反射波反映出来的能量也均匀，而在围岩中这种能量的均匀性要差些。反射界面拾取成功厚就得到的衬砌的厚度，从而可以验证混凝土的厚度满不满足要要求。

（2）空洞和不密实辨别标志

由于空洞中介质为空气，它与周围介质的介电常数相差很大，反射系数很大，反射能量特别强。衬砌与围岩接触不密实时，就会存在一些空隙，类似于空洞一样会产生强反射，只是空洞在剖面上反映为一大团面积，而不密实为零星的点点。

（3）钢筋辨别标志

当衬砌混凝土中存在钢筋网时，将产生连续点状强反射信息，每一点信号代表一榀钢筋格，通过试测的钢筋格式量并结合水平距离可算出钢筋格的数量及间隔是否满足设计要求。

3 地质雷达波普的分类

（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；

如果初衬和二衬介质差异较大，且结合不好，通过地质雷达去波普图能明显能看出初衬和二衬分界线，如初衬与二衬结合较好，则可能看不出初衬和二衬分界线。

（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。“不密实带”是指混凝土衬砌与围岩之间的回填层或浆砌片石中的某块区域结构疏松，密实程度差，有蜂窝状孔隙或砂浆不饱满有小空洞存在；

（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；

红色线筐内表示初衬后可能存在空洞 红色线筐内表示的是围岩内部的空洞

图中红色线筐内表示的是衬砌背部的围岩内还有隐患―蜂窝、空洞组织存在

（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；

可以清楚地看到隧道顶拱板缝处出现了典型的三角形脱空，而且已经看到了脱空顶和底反射（见雷达图像上的红色标识），并且电磁波信号在脱空的空腔中产生了振荡信号。

某隧道交工验收测试数据，采用500MHz屏蔽天线，从雷达图像上可以清楚地看到大面积的脱空区域。

（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；

800M屏蔽天线隧道衬砌检测，可以清楚地看到隧道衬砌内部的钢筋分布情况。 用RAMAC/GPR雷达，1000兆天线，图中可以清楚地看出两排钢筋。

钢拱架：单个的月牙形强反射信号，月牙波幅较宽；

某隧道交工验收测试数据，采用500MHz屏蔽天线，从雷达图像上可以清楚地看到初衬和二衬的界限，同时还能看清楚初衬上的钢拱架（见雷达图像上的红色标识）。

（6） 钢格栅：连续的两个双曲线强反射信号；

（7） 干扰：界面反射信号强，同相轴连续，由剖面表面至深部的强烈震荡。

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。（见图1）

从雷达图中可以看到衬砌表面的钢拱架形成的多次振荡干扰。

4 结论

1） 由于地质雷达测试自身的原因，虽然能很好的标示出缺陷的位置，但对于其介质差异性，所以对脱空的厚度描述还不够准确，需要做更多的前期辅助工作来改进其对厚度的准确性。

2） 由于个人经历及能力有限，文中未能全部列举隧道衬砌检测中所遇到问题的图片。

地质雷达论文:地质雷达检测技术在公路工程检测中的应用实践分析

【摘要】现今我国公路道路的建设逐渐发展，并在规模上和投资成本上呈现逐渐扩大的形式，因此公路的路面的好坏将直接影响公路的整体运行质量，同样的公路投入运营的使用质量将直接影响投资建设的效益和公路形象。因此对公路工程的运营质量进行检测已经成为了公路维护的重要环节。因此随着公路检测的难度加大以及重要性的发展，新型的雷达检测技术得到了广泛的发展，它可以弥补过去随机测点方法在速度上和密度上的不足，实现公路检测的信息化和科学化，因此本文首先对雷达检测技术的特点进行概述，然后分析雷达检测的工作原理，然后通过某工程实例，来探讨雷达检测技术在我国公路工程检测中的实际应用。

【关键词】雷达检测；公路工程；应用实践

雷达检测技术在公路检测中的应用是指在不损害路面的情况下就可以对路面的结构层进行合理的、全面的掌握因此具有检测速度快，检测全面合理的独特优势，我国传统公路路面的检测都是通过钻芯取样的方法，来检测路面的实际厚度，因此会对公路的路面产生损坏，因此雷达检测的技术在今后的公路检测技术发展中将得到更广泛的运用。

一、雷达检测技术的特点

雷达的检测应用主要是通过超高频的脉冲电磁波来有效的探测地下的整体介质分布的一种物理检测手段。现今雷达技术应用的范围愈加的广泛，如建筑工程的地质探测、矿井探测以及公路路面厚度检测等多个领域，这与它独特的优势特点是分不开的，其中具体的优势特点有：（1）可以对路面进行无损性的探测，雷达检测技术在公路路面的检测中可以不进行损毁就可以进行连续的探测，因此省去了后面修补路面的成本和劳力，从而节约大量的成本和劳动时间。（2）检测效率高，雷达探测器可以实现数据的采集和应用成像的全过程，并且整个过程仪器操作较为简单，数据采集迅速，并且在车辆实际运行的状况下也能进行检测，检测的速度达到80km/h。（3）检测的精度高，同其它检测方法相比，探测雷达的实际分辨率可以达到厘米的等级，并且探测深度的符合率通常都小于5cm，因此探测的精度较高。（4）探测频带较宽，雷达探测器的无载频脉冲类型，可以拥有宽度较高的频带，因此可以通过信息处理技术的应用来提高公路检测的探测能力和信号的分辨效率。（5）较强的抗干扰能力，雷达中设有屏蔽天线，因此可以只接受地面探测的信号，避开其它电磁波的影响，因此具有较强的抗干扰能力。

二、地质雷达检测工作原理和依据

（一）地质雷达检测工作原理

地质雷达的检测主要是通过雷达探测器向地下目标发着脉冲式的高频电磁波来进行检测，当电磁波到达路面之后会根据不同的电性目标和介质，发散出不同散射和反射的现象。主要是指反射或散射出来的波频和波长会出现明显的差异，当电磁波到达地面后，地面反射的波频就会通过天线然后传输到频率接收仪器上，然后就会通过观测屏幕将检测图像具体的显示出来，然后路面的检测人员就可以根据图像的特征来分析路面运行的质量好坏，并可以迅速的采取相应的促使进行路面维护和补救。例如：当路面发生脱空的情况时，雷达探测器发射的电磁波遇到地下的脱空状态会反射出两条反射波，然后根据具体的工作原理，检测人员就可以实际的了解到路面是否发生脱空的现象，具体的路面脱空雷达检测原理我们可以从图一中形象的来看[1]：

（二）地质雷达检测工作依据

地质雷达检测最为明显的特征就是对路面的无损检测，由于探测深度较小，数据的分辨率较高，公路检测目标周围存在电性差，当差值越小，反射的系数就越小，差值越大，反射的系数也就越大。因此我们可以根据路面的结构组成进行分析，通常情况下路面分为表面层，由水泥混凝土或者沥青改性材料修筑。基层和路基层，由水泥混凝土、稳定性碎石或者石灰的稳定材料等修筑。可以根据相关数据来确定各种材料的电性参数，公路表面层水泥混凝土电性参数为3-5，沥青改性材料为5-10。基层的电性参数通常情况下要不小于8。所以根据不同介质的电性参数可以为雷达检测提供良好的检测依据。

三、地质雷达检测技术的实际应用

我们主要通过对某个发生路面损毁的公路进行雷达检测技术的实际应用探析，运用CSSI SIR-20的地质探测雷达来具体的阐述检测技术的应用。

1.路面厚度的检测分析

通常情况下公路建设为了成本的节约，会减少公路路面的摊铺厚度来获得利润的增加，所以现在对公路的检测中路面厚度的检测指标已经成为了路面质量的重要标志。我们对某公路路面的检测设立IG形式的空气耦合天线，然后数据的采集点的距离为每米1点，然后通过雷达进行检测，检测完成后，选取70米的公路剖面长度进行取芯试样，总共设立3个取芯点，对第一个取芯路面厚度和雷达检测数据进行选取，然后根据雷达检测的具体时间来确定第二个和第三个取芯点的路面厚度，检测的结果说明，雷达检测的第二个和第三个孔位的厚度与实际钻芯取样的厚度的误差较小分别小于1.2毫米和负1.6毫米。所以地质雷达的检测数据和精度完全的满足相关的规定和标准。具体的对比表如表一所示：

2.公路路面病害的检测

某公路建设后，在长时间通车负荷的情况下发生了许多病害，我们可以利用地质雷达探测技术有效的检测路面病害的类型，然后采取合理的措施进行维护。首先运用具有400米的屏蔽天线的探测雷达对公路的病害进行检测，该公路的路面结构为沥青表层、水凝混凝土的底板和基层，然后进行分层探测，从雷达检测的图像进行分析，该路段存在的主要病害类型有许多种，我们对其病害产生的原因和防护进行分析：（1）基层的顶面较松散，主要是由于路面的施工时基层的材料配比不达标，路面的压实度不强，通车后长期受到雨水的侵蚀和车辆负荷的压力等就会造成这种病害的发生。在雷达的图像上这一类型的病害特征是路面基层的顶面起伏比较大，然后整体呈现松散的状况。（2）路面基层发生沉降病害，使结构层整体滑移，产生这种现象的原因是路面长期受到超载车辆负荷压力，或者公路在前期建设中基层结构不够密实。雷达成像的特点路面的剖面图呈现不平稳的下降趋势。（3）路基沉陷的病害发生，路基坍塌与路面建设不规范有关，会造成公路的局部段发生沉陷的现象。雷达检测图像显示基层发生塌落，顶面的起伏比较大[2]。

结语：

随着我国公路建设的不断发展，地质雷达检测技术在公路工程的检测的应用中将会更加广泛，运用雷达探测仪进行公路工程的路面检测，不仅具有超高的检测精度和检测速度，同时还能最大限度的减少检测成本的应用解放劳动力，所以在未来的不断发展中，地质雷达检测技术在公路检测中将会进一步完善，为我国公路的合理建设和运营提供强大的技术支持。

地质雷达论文:地下管线探测中地质雷达的应用

摘要：目的：探究地下管线探测中地质雷达的应用。方法：对地下管线探测中地质雷达的应用技术进行简单的阐述，立足于当前地下管线探测现状（存在的问题），分析地质雷达应用的优越性，并且针对具体的地下管线探测工程的实施，对比性重点突出该技术应用前后所产生的应用价值（效果）。结果：地质雷达探测地下管线的效率及质量明显的优于传统探测技术，能够有效的降低安全隐患，保障地下管线探测工作的顺利、健康、可持续发展。结论：利用先进的地质雷达探测地下管线的实际情况，能够为地下管线的顺利铺设保驾护航。

关键词：地下管线；探测；地质雷达；应用

0 引言

地下管线的种类繁多，而且不同尺寸、不同用途、不同材料性质的地下管线，所适用的探测技术也不同，传统的地下管线探测技术，往往难以准确的评估损伤程度、无法直接检验地下管线的铺设情况是否合格、且对地貌地形条件要求较高，容易引发一系列的安全隐患，且达不到理想的探测效果，而近年来，随着城市建设的加快，地下管线越来越成为保证城市健康运转的基础性保障设施，他承担着城市的信息运输、用水输送、污水排放、居民供暖等，而且随着我国社会主义市场经济的不断发展、繁荣，城市建设中的地下管线的铺设密度越来越大，错综复杂，逐渐的加大地下空间的开发力度，但是不可避免的就会导致一系列的安全隐患，而且由于已有的地下管线网络排布比较杂乱，建设资料不完整的，进一步加剧地下管线的探测难度，难以有效的避免探测问题的产生，因此，地质雷达探测技术应运而生。地质雷达探测技术是一种高频宽度电磁波地下管线探测技术，对于浅层的探测目标，具备无损、快捷、连续、准确、分辨率高等应用优势，应经成为目前地下管线探测的最佳方式，基于此，本文对地下管线探测中地质雷达的应用技术进行简单的阐述，立足于当前地下管线探测现状（存在的问题），分析地质雷达应用的优越性，并且针对具体的地下管线探测工程的实施，对比性重点突出该技术应用前后所产生的应用价值（效果）。

1 简单的阐述地下管线探测中地质雷达的应用技术

地质雷达探测技术：是在电磁波传播理论的支持下，利用接收以及发射高频宽谱电磁波，来有效的辨别地下介质的分布情况。而且根据点此不传播理论得知：电磁波在地下介质传播时，往往通过介质的介电性质以及介质相应的几何形态，来使得电磁场的强度以及相应的波形特征有所改变。地质雷达探测技术，是根据探测后，经数据处理，得出地下管线分布图像的剖面图，并且根据反射波组的波形以及对应的强度特征，利用地质雷达探测仪进行同相轴的跟踪，最终确定地下管线的实际分布情况，从而有效的指导城市建设。

2 当前地下管线探测现状（存在的问题）

2.1 探测效率及质量差，难以有效的服务于城市建设

目前，我国的地下管线探测，在很大程度上还依靠人力探测，利用传统的探测工具进行地下管线的维修和养护，这样的探测方式，往往耗时耗力，且所产生的价值微小，面对快速发展的城市化建设，难以提供快捷、优质的服务。同时，毕竟地下管线维修和养护人力资源是有效的，且部分人员的综合素质较差，缺乏系统的技术支持，容易造成人为失误，最终导致不可估量的严重后果，影响到居民的正常生活秩序，也不同程度的影响到城市化建设进程，影响文明城市的建设。

2.2 传统的地下管线探测技术操作困难，流于形式

传统的地下管线探测，往往需要耗费大量的人力、资金、材料等，存在严重的手动探测现象，相关工作人员需要深入地下进行探测，容易造成人身安全隐患，且由于操作复杂，往往容易导致操作失误，甚至部分工作人员对操作技巧的熟悉度并不高，部分员工按照自己的经验来执行，缺乏科学性，容易引发一系列的问题。

2.3 分辨率低，难以准确的掌握地下管线的实际分布情况

传统的地下管线探测技术的分辨率较低，图像比较模糊，对地下管线的分布状况不能完整的呈现，甚至呈现片段化、零散化状态，对于地下管线的实际分布的呈现，往往影响设计图纸的准确构建，因此，影响到整个施工效率及质量，并且在施工中，难以避免的会发生不可预知的稳态，再进行修复，往往会对居民的正常生活秩序造成较为长久的负面影响，不利于优质城市的建设。

3 阐述地下管线探测中地质雷达的应用优势

3.1 无损快捷

地质雷达探测技术，对于浅层的探测目标具有无损的应用优势，而且该技术是利用接收以及发射高频宽谱电磁波，来有效的辨别地下介质的分布情况，可以利用先进的互联网辅助技术，实现地上操作，且该技术具有高速反射的作用，快速运转的联网形式，能够更加及时的掌握地下管线的实际分布情况，针对出现的问题，及时的采取解决措施，或者针对安全隐患，及时的做好控制防治工作，从而保障地下管线探测效率及质量，保障居民的正常生活秩序，推动优质城市建设。

3.2 探测准确且连续

地质雷达探测技术具有较高的准确性能，且对地下管线的分布探测呈现连续性，能够有效的避免探测结果的片面性，保障探测结果的完整性，同时，该技术是通过介质的介电性质以及介质相应的几何形态，来使得电磁场的强度以及相应的波形特征有所改变，从而能够使得不同形态、不同性质、不同功能的地下管线更加准确的呈现出来，有利于地下管线的准确选取，从而保障地下管线的铺设质量，同时保障施工安全，为整个地下管线的精准探测提供一定的参考与指导。

3.3 分辨率高，图像清晰，有利于城市建设

地质雷达探测技术的分辨率较高，所呈现出来的地下管线分布图像比较清晰，能够更加直接的掌握地下管线的实际分布情况，根据探测结果，进行科学的施工设计，强化设计质量，从而有效的服务于正式施工，为地下管线的正式铺设打好坚实的基础，另外，高分辨率的图像，也可以应用于整个城市建设探测，综合评定该城市的建设水平。

4 工程实例

在北京市海淀区西二旗西路的某项工程建设，首先需要对该路段进行明挖施工，并且需要将开槽深度控制在4m范围内，但是，根据相关数据资料的调查分析发现：该路段的地下管线分布比较复杂，而且埋深各异，对整个工程建设造成一系列的施工安全隐患，因此，需要借助地质雷达探测技术，明确的诊断该地区的地下管线的实际分布状况，排除安全隐患，保障施工建设的顺利开展。另外，根据探测实际情况以及应当遵守的测线布置原则，并且充分地考虑埋深，利用地质雷达探测技术，在路的两侧以及路中央设置3条测线方向，并且每隔20m均要布置1条横向的测线。

5 探测结果及对比性分析结果

探测结果：利用地质雷达检测出：整个西二旗西路这项建设工程的测线长度为1195m，并且探测的有效深度为0-4.0m。另外，对原始图像进行了反褶积、数字滤波、影像增强等后期处理，准确的探测出地下管线的分布情况。附：西二旗西路雷达测线布置图，如图1。

对比性分析结果：地质雷达技术应用之后，探测的反射波双曲线现象严重，能够清晰的检测出地下管线的分布及形态，而且地下管线的形态不受雷达天线之间的距离的影响；在用用过程中，若雷达探测仪正处于探测目标的上方，则显示出，雷达波的传播时间最短，能够有效的提升地下管线的探测效率，并且保障探测质量；在探测速度保持不变的情况下，若地下管线的埋深越大，则显示出来的趋向形态越平缓，反之，则越明显，能够充分地掌握地下管线的分布节理，提升探测的准确率。

附：地质雷达设备，如图2。

6 结论

总之，地质雷达探测地下管线的分布情况，具备无损、快捷、连续、准确、分辨率高等应用优势，利用先进的地质雷达探测地下管线的实际情况，能够为地下管线的顺利铺设保驾护航，有利于推动和谐城市建设进程。

地质雷达论文:地质雷达在煤矿超前地质预报中的应用研究

【摘 要】通过对地质雷达探测原理的深入理解，结合地质雷达在矿井超前地质预报中的经验，总结了断层破碎带，富水带，节理裂隙密集带等不良地质现象在地质雷达波形上的响应特征，并进一步分析了地质雷达低频的原因，从而为以后地质雷达超前地质预报提供参考经验，提高预报的准确性。

【关键词】地质雷达；断层破碎带；响应特征；低频

引言

地质雷达用于矿井超前地质预报的特点是探测距离短、探测精度高且成果可靠[1]。对于如何根据地质雷达的波形和频谱特征判断围岩质量及各种不良地质现象，前人在使用地质雷达进行超前地质预报时取得了很多宝贵的经验[2-3]。但由于各地下工程的地质条件千变万化，根据地质雷达的波形和频谱特征判断围岩质量及不良地质现象既有共性，也有特性，因此超前预报既要参考前人经验，又要根据各矿井的具体地质条件在每一个工区进行详细的总结，才能提高超前预报的质量。

根据地质雷达在矿井地质预报中的经验，将各种常见的不良地质现象如断层破碎带、富水带、岩溶带等在地质雷达上的响应特征进行总结，从而为以后类似不良地质现象的预报提供参考依据，从而提高超前地质预报的准确率。

1 地质雷达的基本原理

电磁波在介质中传播时，当遇到电磁差异界面时，将依据电磁波的反射和透射定理产生反射和透射电磁波。反射波的强度及透射波的强度大小取决于反射系数（见式1）及透射系数（见式2）。

反射系数：

透射系数：

式中：ε1，ε2分别为上下层电磁波传播介质的介电常数。

由上式可以看出，电磁波反射系数的大小主要是由界面两侧的相对介电常数决定的，界面两侧介电常数差异越大，反射越强烈，越有利于探测到异常界面的存在。这是地质雷达探测的地球物理基础。

2 不良地质现象在地质雷达上的响应特征

2.1 断层破碎带

断层破碎带是煤矿常见的一种不良地质现象，以其松散、破碎、含水量多会对煤矿掘进与开采施工产生影响，因此对其进行准确预报，提前采取预防措施具有重要意义。

刘基[4]，肖宏越[5]等总结的成果表明断层破碎带的雷达波形错段、分叉、合并等现象多，波形连续性差、电磁波能量衰减快、波幅变化大，波形杂乱；雷达波在穿越破碎带的过程中，有时出现低频化现象，电磁波能量衰减快且规律性差，特别是高频成分衰减很快，自动增益梯度较大。

通过某断层破碎带8条测线的探测结果分析表明，会出现两种情况，一是信号频谱正常，整个探测深度内都有波形，但波形连续性差，波形错断、分叉、合并等现象较多，波幅变化大，波形杂乱，典型见图2-1。

另一种情况是信号低频，仅浅部有信号且波形较杂乱，深部信号微弱或基本没有。

通过前人总结及实地探测的成果表明，当探测到以上波形现象时，应注意是否存在破碎带的可能，及时提出预警。

图2-1 断层破碎带波形

2.2 富水带

富水带在地质雷达波形图上的特征是波形反射强烈，波幅宽大，波形连续性较好，呈黑条带状；其相位显示为负相，频谱图一般会显示低频。出现此现象的主要原因是水充满节理裂隙而使反射面连续性较好、水的介电常数与岩石的介电常数差异大且电磁波在穿越水时高频成分衰减很快，因此显示出以上波形特征。以下图片是某富水段探测的结果，频谱见图2-2。

图2-2 富水带频谱

2.3 节理裂隙密集带

节理裂隙密集带的主要裂隙面由于其产状均大致相同，因而在地质雷达上的响应是波形图上的一系列连续性较好的大致平行的同相轴，总体上看波形相对较平整，与富水带的差别是反射没有富水带的长同相轴反射强烈，还有就是其频谱图上不会显示低频。

2.4 围岩强风化带

一般围岩强风化带普遍被认为是均匀性较差，在地质雷达上的响应应该是波幅变化大，波形连续性差，波形杂乱。出现以上现象的原因主要是因为强风化的云母石英片岩结构面空隙均被泥质充填，结构面两侧的岩体均向内部发生不同程度的风化，导致围岩的介电常数是逐渐变化的，不存在突变，因而不存在强反射面且同相轴振幅小，此外由于围岩本身破碎，又被风化均一，因此横向、纵向均不存在介电常数突变的强反射界面，故振幅变化都较均匀。

3 讨论与分析

已有的研究成果表明，地质雷达电磁波在遇到岩石破碎或岩石大量富水时，会产生低频现象。从图2-1的波形图和图2-2的频谱图可看出，在前方围岩中富含大量的水时，电磁波信号的振幅会比较宽大，同时电磁波的频谱呈现低频的特征（100MHZ的地质雷达天线的主频为75-110MHZ之间）。

出现此种现象的主要原因，笔者认为结合探测介质的特性（破碎和富水）和电磁波的传播及衰减特征，可以对该现象做出以下解释：电磁波在穿过此类介质（破碎和富水）时，高频率的波衰减快，低频率的波衰减慢，且频率越高的波衰减越快，因此反射回来被仪器接收到的电磁波高频成分相对减弱，低频成分相对增强了，且越深处反射回来的电磁波低频成分相对越显著。而由波的频率和波长的关系可知，频率越低的电磁波信号，波长越大。因此，在高频信号衰减快的情况下，最终仪器接收到的电磁波信号就综合表现为低频和振幅宽大的现象了。

4 结论

（1）通过实践经验的积累，结合前人已有成果，总结了各种不良地质现象如断层破碎带、岩溶带等在地质雷达波形上的响应特征。

（2）地质雷达电磁波信号的低频现象主要是由于在破碎富水介质中传播时，高频信号衰减快，低频信号衰减慢造成，最终使信号表现为低频和振幅宽大的特征。

地质雷达论文:应用地质雷达的隧道工程质量检测流程与方法研究

摘要：本文针对隧道工程中易出现衬砌厚度不够、衬砌与围岩间存在脱空区、塌方回填不实以致影响隧道稳定性的问题，探讨了基于地质雷达技术的检测方法，论文首先探讨了地质雷达检测的基本原理，进而详细分析了数据采集和数据处理、资料解译的具体实施策略，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：隧道工程检测地质雷达

我国是一个地域辽阔，多山的国家，交通运输发展很快，新修建的公路为缩短建设里程、改善线路走向及保护环境将大量修建隧道，以改变那种逢山绕着走、坡陡、曲线半径小的现象。隧道工程既能保证行车安全又可防止滑坡、泥石流及提高行车速度和安全的可靠性，还能与周围环境协调，保证自然景观的完善。修建隧道作为公路施工中的重点环节，加强质量检测具有重要的意义，但由于隧道支护质量较难检测，易给通车后的营运和安全遗留下隐患。隧道常见的问题有衬砌厚度不够、衬砌与围岩间存在脱空区、塌方回填不实等。由于以上问题的存在，降低了衬砌的承压力，严重影响隧道的稳定，甚至可造成拱部坍塌。如果对以上问题能及时发现，采取适当的加固措施，可将施工中存在的质量隐患排除在正常营运之前，确保以后隧道的正常使用。地质雷达检测是近年来应用于浅层探测的一项新技术，其特点是快速、无损、连续检测，并以实时成像的方式显示探测结果，分析、解释直观方便。加上其探测精度高、样点密、工作效率高等优势而倍受青睐。使用地质雷达对隧道衬砌结构进行检测是物探领域发展较为迅速、效果较为显著的方法之一。

1 地质雷达检测的基本原理

地质雷达设备由两个主要部分组成，即控制主机和天线。主机提供控制信号，由天线发射、接收超高频电磁波。电磁波从天线发出，在衬砌和围岩内传播，遇到衬砌边界、内部裂缝、空洞和围岩及围岩内界面等都会发生反射，这些反射的电磁波又传回天线，天线接收到这些反射信号，把它传到主机，主机对这些反射信号进行全时程数字化记录，存储并显示出来。反射界面距离越远，反射信号往返所需时间越长；反射界面越平整、面积越大和两侧的物性差异越大，反射的信号越强。通过记录到的反射波的走时和强度数据，可以判定反射界面的位置和两侧介质的性质，从中得到衬砌厚度、劈裂、空洞的位置和形态、围岩结构状态等参数，达到高分辨无损检测的目的。

从该方法的原理中可以看出，要从反射信号的走时换算到空间位置，需要了解混凝土和围岩介质的电磁波速度，它影响到测量深度的换算精度。空气中电磁波速是0.3 m/ns，一般干燥岩石为0.11 m/ns左右，水是自然界中电磁波速最低的物质，为空气的1/9，约为0.033 m/ns，在混凝土中的电磁波波速为0.12 m/ns。其反射和工作原理示意图如图1所示。

图1 电磁波遇到地下物体后的反射示意图

理论研究与试件的模拟试验证明，雷达电磁波在物体或介质中的传播速度随介质的相对介电常数的增加而降低。介质的介电常数不仅与介质本身的性质有关，而且还与介质中的含水率有关，如果衬砌孔隙较多，又充有水，那么波速会显著降低。物性的差异反映到波速的不同，同时也影响到反射信号强度的不同。在野外工作条件下，岩石、土和混凝土等工程介质之间都有物性差异，之间的界面都能形成反射，它们的介电常数差异不大，界面反射信号虽不太强，但地质雷达有足够高的灵敏度将它们辨别出来。岩石、土、混凝土等工程介质与水、空气、金属之间的电磁性质的差异极大，界面反射信号很强，极易识别。在隧道衬砌检测中金属构件、饱水带、空洞乃至劈裂空隙反映更加明显。

2 数据的采集

当使用地质雷达进行检测时，发射和接收天线与隧道衬砌表面密贴，沿测线滑动，由雷达仪主机高发射雷达脉冲，进行快速连续采集。雷达每秒发射64个脉冲，每米测线约有测点40个～60个。雷达时间剖面上各测点的位置和隧道里程相联系。为保证点位的准确，在隧道壁上每5 m做一标志，标上里程。当天线对齐某一标记时，由仪器操作员向仪器输入信号，在雷达记录中每5 m做一小标记，50 m或100 m的整数桩号打一个大标记。内业整理资料时，根据标记和记录的首、末标及工作中间核查的里程，在雷达的时间剖面图上标明里程桩号。选择900 MHz和500 MHz天线，其他参数为：1）采集方式：连续测量；2）扫描点数：512；3）增益方式：自动；4）900 MHz天线的时间窗（记录长度）为15 ns，500 MHz天线的时间窗为50 ns。

3 数据的处理与资料解释

雷达探测透视扫描的所有记录数据，在现场回放并转储在计算机硬盘上，室内工作使用电脑进行分析处理。数据与资料的处理基本可分为两个阶段：

（1）将记录数据图像回放显示，通过分析，确认标志层与异常，确定突出异常的相关处理参数和使用程序；

（2）用雷达专用软件进行正式处理。探地雷达所接收的是来自地下不同电性界面的反射波，电性界面包括了地质层界面和有限目的体的界面。探地雷达透视扫描提供的二维彩色图像，由16种色彩组成，不同色彩反映的是电磁波反射强弱的变化，即反映了不同介质的电性差异。探地雷达扫描图像的正确解释是建立在探测参数选置合适，数据处理得当，有足够的模拟试验对比以及阅图经验丰富等基础之上。依据雷达图像中的相位、频率、幅值及形态等特征的不同，对雷达剖面逐一进行了分析判别；并将不同地段的时间剖面和已知资料及钻孔资料相对比，找出了不同界面及不同地质现象的反射波形特征，对混凝土厚度、衬砌周围松散带、围岩松动带和基岩裂隙带等进行了解释。

4结语

地质雷达在隧道衬砌检测过程中，能有效地探测到衬砌厚度、脱空区范围、衬砌开裂、衬砌外围击岩富水等数据，对施工方采取加固措施消除隐患提供科学准确的依据，将隐患排除在隧道投入使用之前，对隧道的安全使用和正常营运起到了重要作用。随着地质雷达检测技术的不断完善和发展，地质雷达检测技术必将成为隧道施工质量安全保证的必不可少的重要环节。

地质雷达论文:关于路桥检测的地质雷达技术的研究

摘 要：随着科技的迅猛发展与人们对道路质量要求越来越高，我们通过以往大量的实践结果发现，由于地质雷达自身具有无损、精度高、分辨率高以及所耗成本低等特性，当前的路桥检测部门应当将其最大限度地贯穿于道路施工以及检测维修的整个过程当中去。该文主要阐述地质雷达技术的发展状况以及相对应的误差分析，希望能在今后得到一些借鉴和参考。

关键词：路桥检测 地质雷达技术 应用 误差分析

所谓的地质雷达检测技术其实指的是一种具有精度高，与此同时还可以快速成像的高科技技术之一。归纳的说，其实这项技术主要就是借助地质雷达根据所要检测的物体属性发射与之对应的电波，不仅如此，还可以适当的接收部分对该物体加以判断的发射波。经过多年来的努力研究以及在各个领域中的广泛应用，地质雷达检测技术作用十分显著。

1 地质雷达技术的发展状况以及勘测误差分析

1.1 发展状况

如果仅仅论地质雷达概念的提出可以追溯到20世纪10年代，然后在人们对其不断加强研究的过程中得到越来越为迅猛的发展，而且涉及到的领域也是越来越广泛。但是值得我们注意的是，由于雷达所发射出的电波稳定性较差，外加比较复杂，这样一来就会对地质环境造成很大的破坏。鉴于此，一直到20世纪70年代后，随着各种电子技术的兴起与发展，雷达技术的应用领域也随之广泛起来，并于80年代终于使得第一台雷达设备问世。自从这台雷达设备的出现，广大研究学者产生极其浓厚的兴趣，并在未来的时间里取得了一些重大突破，其中以成像技术为代表，这样一来就可以在很大程度上提高了它的分辨率，大大帮助到了路桥检测。

1.2 地质雷达产生误差分析

就这一点上来看，主要表现为：（1）反射信号时间差。通过调查发现，要想十分准确地对反射信号时间差进行记录，我们首当其冲需要做的就是根据实际需要确定计算时间的起点。话虽如此，但是我们要是将探地雷达的触发点（反射信号的）看作是物理时间的起点位置依然会存在一些问题。首先，直达波信号和地面反射信号的干扰如果比较强烈的话，会使整体记录面貌变坏，这样一来就会在一定程度上影响增益设置以及自动增益的使用效果。除此之外，天线的位置通常情况下都会随着路况的不同而出现起伏颤动，在这个时候我们要想准确无误的识别地面反射点的位置并非易事。鉴于此，要想尽可能的提高起始零点的标定精度，我们最为常用的做法就是将地质雷达配备自动调零设置，设同时将时间起点移到地面反射信号位置。

2 在公路检测中的实际应用

通过以往大量的应用结果表明，公路路基在通常情况下会由于含水量过高、承载力较低、压实度无法达标等综合原因，会在很多时候造成路基产生过量沉陷，这样一来就会形成空洞或者暗穴，情况严重的话局部还会产生滑坍等。另外，还会因为公路结构层透水性差而造成局部出现集水现象。如果是这样的话就会产生软弱体等病害。通过多年的实践情况看来，形成公路病害的原因是多种多样的，有本身质量所导致的，也有自然风化或者是外界作用产生的。有一点值得注意的是，路基和路面问题通常是结伴而行的，而并非独立存在，因此在调查公路病害的过程中，查明“病因”显得尤为重要。以下就是地质雷达技术在路桥检测中的几种主要应用。

2.1 检测公路基层与路基损坏程度

通过实践表明，如果检测出基层及路基损坏的区段较多的话，在雷达资料上的结构层会表现为界面反射凹凸不平，反射波出现一定程度的扭曲。虽然说该段基层反射波起伏比较小。但连续性在通常情况下不是十分好的。如果发现路床反射非常微弱，但反射起伏程度比较大，这就可以从侧面说明路基及基层已遭受外界的破坏。

2.2 检测公路路面裂纹

通常而言，裂纹在高速公路病害异常中是肉眼难以捕捉到的。我们可以根据雷达探测原理可得出以下结论：频率越高，探测越浅，分辨率也会随之越高，反之亦然。从这一点上来看，雷达探测在通常情况下可有效解决浅层部位的裂纹异常现象，如果是深部的裂纹我们最好的办法就是采用超声波探测法。主要表现为向两边分散的产生一定角度的同相轴。

3 地质雷达技术在修建桥梁工程中的实际应用

通过多年的实践表明，地质雷达技术在桥梁修筑中的应用主要表现为以下几个方面。

3.1 地质雷达应用于桥梁施工前的地质勘察

换言之，就是可以通过这种地质雷达来有效检测出地质条件，从而发现一些溶洞、夹泥层以及裂缝等所谓的不良地质体，这样一来就可以很好的提醒施工单位进行安全施工做好充足的准备，比方说某一个桥梁沉降检测中，发现该桥梁竣工通车之后在很短的时间里有部分桥面出现了不同程度的下沉，在这个时候我们应用地质雷达就很容易的发现这是由于地层的底部位置存在较多的裂缝带以及溶洞。

3.2 地质雷达应用于桥梁施工过程中

通过多次的实践发现，在桩基施工之前我们可以通过雷达来有效的检测出基地的实际地质情况，并且在第一时间内发现溶洞或者夹泥层等一些不良现象后迅速的予以处理，从而保证施工质量能够达到设计要求，比方说在LTD2100+GC400兆赫的检测过程中，施工人员可以在基底位置布置两条测线（具体是安置在哪个位置依据实际情况而定），然后可以沿着边线紧紧贴住移动地面天线进行检测。经过正确的操作过后发现在基底下方的3m处存在较为强烈的反射信号，工作人员挖开后果然是夹泥层，这就证明了雷达检测结果的准确无误。

3.3 在桥梁建筑竣工后进行验收以及维护中的应用

我们可以发现，在竣工后我们可以通过地质雷达技术正确的检测出钢结构的水平以及垂直分布情况，与此同时还能够发现桥梁结构的内部存在哪些不足之处等，如果一旦发现钢结构分布情况与设计资料当中的路面厚度不相符合，或者是施工与运营过程中所导致的内部缺陷等相关问题后，施工单位可以派遣专职人员在第一时间进行处理，从而最大限度地减少人力、物力、财力的重大损失，保障桥梁为人们出行提供便利。

4 结语

综上所述，随着地质雷达技术的快速发展，因其自身所具备的独特性，已经应用到了社会的各个领域，比方说在工程施工过程中，可以勘测该工程的地质情况等。除此之外，我们必将会在今后对这项技术不断进行研究和实践的基础上加以完善，这样一来就可以更加方便地借助更多较为先进的技术，来提供更加扎实的技术保障，从而推动地质雷达技术的进一步发展，为路桥检测做出重要的贡献。

地质雷达论文:地质雷达在隧道超前预报中的应用

摘 要：地质雷达作为常用的物探手段之一，在隧道超前预报中大量应用，本文结合某高速公路隧道实例，阐述了地质雷达做超前地质预报的原理和应用范围，并得出探测结论，旨在积累预报经验，为类似工程提供借鉴和参考。

关键词：隧道施工；地质雷达；地质预报

1 前言

探地雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR），又被贯以地质雷达之称，是浅层地球物理探测的一项新技术，具有高效性。它借用主频电磁波，其波段达到数十兆赫至千兆赫兹，借助宽频带短脉冲的方式，由地面通过天线发射器发送至地下，经地下目的体或地层的界面反射后返回地面，被雷达天线接受器所接受，进行处理和图像解译的操作针对所接受的雷达信号，来实现探测前方目的体的目的。探地雷达较传统的地球物理方法而言优点是更加突出，具体体现为便捷迅速、高精度以及对原物体无破坏作用。故此，在道路建设和公路质量检测方面，探地雷达已渐渐被人们所认识并得以广泛应用。从20世纪70年代地质雷达就人们所应用，到现在快有40年的历史了，它的应用范围有了不小扩展，譬如考古考察、建筑工程、铁路公路、水利电力、地质采矿、航空飞行等领域起着重要的作用，也解决了诸多问题，例如现场勘察、选择线路、检测工程质量、地质预报、地质构造研究等。关于工程地球物理方向的探测方法也分好多种，像反射地震、地震CT高密度电法、地震面波及地质雷达等方法均被涵盖，但是地质雷达却以其高清的分辨率，直观的图象，便捷的使用，得到了工程界认可信赖和欢迎。

2 地质雷达探测的基本原理

2.1 工作的基本原理

地质雷达是一种宽带高频电磁波信号探测介质分布的非破坏性的探测仪器。断面的扫描图像即是雷达借助连续拖动的天线而获取的。雷达不断地把高频电磁波发射到地下，在物体内部传播的电磁波信号在通过不同介质的界面时，反射、透射和折射就会产生。介质的介电常数差异愈大，反射的电磁波能量随之愈大；反射的电磁波被与发射天线同步运行的接收天线成功接收后，借助雷达主机对反射回的电磁波的运动特征进行精确记录，再用技术对数据的进行处理，形成断面的扫描图，利用图像进行判读，即可获取地下目标物的实际情况。

雷达天线把电磁波发射与物体内部，物体内部的填充物或其密实度的差异，导致它们的介电常数有所不同，使电磁波于不同介质的界面处形成发射，并被物体表面的接收天线所接收，参照电磁波发射到反射波返回的时间差及物体中电磁波的速度来测算反射体距表面的距离，完成探测出物体内部的不同层面等结构。

探地雷达主要借助宽带高频时域电磁脉冲波的反射探测目的体。

公式如下：

t=4z2+x2/v

雷达依据测取的雷达波走时，自动求出反射物的深度z及范围。

图1 雷达的工作原理及其探测方法

根据上述原理，可用地质雷达仪探测地基中的不同地质分层及异常体的位置、深度和范围。

2.2 测试方法及仪器

不同频率天线的测深能力也会存在差异，频率愈低，探测深度愈大；且此次检测的任务在于探测地质构造及断裂带，本次预报选用美国劳雷SIR-20地质雷达，100MHz天线，采集参数为：采集方式为点测，每20cm一个点，每扫描采样数为512，采集时窗为300ns，采用32次迭加。测线布置如图2所示。

图2 雷达测线布置

3 工程实例

3.1 工程概况

XX高速公路XX合同段XX隧道位于陕西省安康市紫阳县县城东部，设计为两座单线隧道，左线长921米，右线长862米。结构为Y形隧道，采用复合式衬砌。洞身最大埋深200m左右。隧道如图3所示。

图3 隧道整体图

3.2 地质情况

宋家梁隧道设计为强～弱风化泥质板岩、弱～微风化泥质板岩及微风化辉绿岩，但实际施工过程中围岩较差，只有极少段落为微风化辉绿岩，其中进口小净距段全部为强风化碳质千枚岩，岩性极差，数次造成隧道冒顶塌方，按照普通围岩支护无法进行正常施工；且隧道紧邻汉江，水系发达，而强风化碳质千枚岩遇水则成沥青状外流，造成极大安全和质量隐患；且初期支护施作以后，围岩变形大，且长期不收敛，强风化碳质千枚岩段落4～5个月不趋于稳定，无法进行下步施工；开挖时有地下水，且水量较大，后期地下水增大。且进口段落为小净距，左右洞施工干扰较严重。这些病害都危及到隧道施工安全与结构质量，严重制约隧道施工进度，造成了人员机械的极大浪费，并给项目部造成了严重的经济损失。

4 检测结果及分析

4.1 地质雷达探测成果分析

根据地质雷达在隧道掌子面探测数据图像（见图4）分析，推断此段0-25米范围内围岩为微风化碳质千枚岩，呈碎裂状结构，节理、裂隙发育，含水率大，整体稳定性差，其中15-25米范围内，有稍强的反射截面，推断该段范围内，围岩裂隙增多，拱顶和拱腰位置可能有掉块落实，可能有渗漏水，以及涌水，应加强防排水措施。

图4 ZK13+540掌子面雷达波列图

4.2 验证

经过15天开挖，距预报掌子面13米处，隧道开挖掌子面由渗水变为涌水，且拱架变形严重，由于预报准确，施工单位提前做好准备，增强支护等级，提前抽调大量抽水设备，避免了灾害进一步发生，为下一步施工的有序进行，打下良好的基础。

5 结语

根据以上实例，可以说明以下几个问题：（1）地质雷达用于隧道超前地质预报中，可较快做出判断，有利于下一步施工的安全有序进行；（2）隧道超前预报，需要大量实践，反复研究图形和地质情况，以提高工作水平；（3）地质雷达的预报范围不宜过长，20-25米为最佳预报范围，最好留有一定的搭接长度。

未来，随着我国经济的进一步发展，隧道也将越来越多，大力拓展地质雷达在隧道超前预报中的应用，可以减少不要的损失，为工程的正常进行提供有力的保障。

地质雷达论文:地质雷达在隧道检测中的应用

【摘要】为了研究地质雷达在隧道无损检测中的应用，从理论出发对地质雷达参数选择及病害判别方法进行研究，结合实际工程分析隧道衬砌背后空洞，衬砌混凝土密实程度等病害，结果表明雷达解释准确性比较高。为其他类似工程积累宝贵经验，具有一定指导意义。

【关键词】地质雷达 隧道 无损检测

1前言

随着我国交通事业的蓬勃发展，隧道建设数量越来越多，断面也不断增大，施工难度越来越大，为了保证人民生命及财产安全，对隧道的施工质量要求越来越来高。隧道在建设过程中隐蔽工程较多，病害一旦形成，如果得不到及时处理，在隧道运营中会产生很多安全威胁，如衬砌厚度不足，空洞等都会对安全构成极大威胁，相比较传统检测方法，如取芯、开挖等直观检测，地质雷达有快速、连续、无损的特点，能够在不破坏衬砌的情况下对隧道病害进行检测，再通过计算机进行数据处理、分析、解释，可判释隧道存在的病害。目前应用探地雷达进行无损检测成为隧道质量检测的重要手段。

2地质雷达方法

2.1地质雷达原理

地质雷达探测中一般以电磁脉冲的形式进行探测，脉冲在介质中的传播遵循惠更斯原理、费马原理和斯涅耳原理，发生反射、折射等现象，其运动规律与地震勘探方法相似。这也是地震数据采集、处理和解释方法技术广泛应用于地质雷达的基础。

地质雷达是一种对地下的或物体内不可见的目标体或界面进行定位的电磁技术。其工作原理是高频电磁波一宽频带脉冲形式，通过发射天线被定向送入地下，经存在电性差异的地下地层或目标体反射后返回地面，由接收天线所接收。高频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特征及几何形态而变化。故通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下界面或地质体的空间位置及结构。

2.2隧道衬砌质量检测

衬砌是隧道的主要承载结构，也是隧道防水的重要工程，其施工质量对隧道长期稳定发挥着重要的作用，因此对隧道工程质量的检测也显得尤为重要。隧道衬砌质量检测包括隧道衬砌厚度，衬砌背后未填实的空洞，两层衬砌间的脱空，地下水的侵入，衬砌混凝土的密实程度等，主要检测方法即地质雷达法。

地质雷达进行隧道衬砌质量检测一般采用400MHz或900MHz天线，检测厚度因天线频率不同而相差较大。检测时一般布置5条测线，分布在隧道的拱顶、拱腰及边墙三个部位，拱顶为隧道的正顶部附近，拱腰为隧道的起拱线以上1m作用，边墙为排水改版以上1.5m左右。测量方式采用连续测量方式，为保证地质雷达时间剖面上各测点位置与实际检测里程相对应，在检测时在隧道边墙上每10m做一个里程标记，以供校正剖面上的里程桩号。检测时天线要贴紧洞壁保持匀速运动，避免天线的颠簸对时间剖面产生干扰。

隧道衬砌检测时会受到很多因素的干扰为了压制干扰，对隧道衬砌检测的地质雷达数据在解释前，需经过背景消除和反褶积滤波等数据处理，消除多次波和其他背景干扰波，突出衬砌介质与围岩接触面上的反射信号。隧道衬砌质量检测中，相关介质的物理参数如表2.1所示。

2.2.1检测参数的选择

检测参数选择合适与否关系到探测的效果。探测参数包括天线中心频率、时窗、采样率、滤波设置等。

（1） 天线中心频率选择

天线中心频率的选择通常需要考虑三个主要因素，即设计的空间分辨率、杂波的干扰和探测深度。根据每一个因素的计算都会得到一个中心频率。

一般来说，在满足分辨率且场地条件又许可时，应该尽量使用中心频率较低的天线。如果要求的空间分辨率为 （单位为m），目标体相对介电常数为 ，则天线中心频率可由下式初步选定：

（MHz） （1.1）

根据探测深度，也可以获得中心频率的选择值。假设探测深度为D，则

（MHz） （1.2）

天线的中心频率与对应的探测深度如表2.2。

（2） 时窗选择

时窗选择主要取决于最大探测深度 （单位为m）与地层电磁波速度 （单位为m/ns）。时窗 可由下式估算：

（1.3）

上式中时窗的选择值应增加30%，这是为了地层速度与目标深度变化所留出的余量。表2.3给出天线主频与时窗大小的选择。

（3） 滤波参数的选择

地质雷达测量中，自然界具有多种频率成分的电磁波，这些电磁波将对测量造成较大的影响。在测量中需要设置滤波参数，来增强目标体的异常响应。

一般情况下，当天线中心频率确定以后，以一个天线中心频率为带宽进行带通滤波。即假设选择100MHz天线，带同范围为50～150MHz。

2.2.2隧道衬砌病害识别

衬砌质量检测过程中，首先要在地质雷达剖面上确认出混凝土与围岩或二衬与初支界面间的反射波同相轴，读取反射波双走时时间，按照公式 计算出混凝土衬砌厚度及异常埋深。电磁波在衬砌中传播速度的求取方法可以采用标定厚度的方法，即在已知厚度的衬砌上采用地质雷达探测，通过厚度及双程走时计算出电磁波在介质中传播速度。

脱空是隧道衬砌质量检测的重要内容之一，如果脱空体内为空气，当电磁波在混凝土与空气、空气与围岩之间传播时，上下界面会产生两次强反射，雷达剖面上会出现双曲线形态的强反射波，其同相轴与相邻道发生错位，依此特征可确定出空洞位置、分布范围等。

衬砌混凝土欠密实在地质雷达上会有明显的显示，在欠密实的区域，地质雷达上出现反射相位不连续强反射信号。地质雷达检测分析的密实与否是反射波振幅与相位的变化程度得到的，其物理意义很难用密实度来量化。我们可以根据地质雷达剖面反射波振幅、相位的频率的变化特征将衬砌混凝土划分为密实和相对不密实两种类型，在密实性好的混凝土上，雷达反射波的振幅呈指数衰减，反射相位稳定，层内没有强振幅的杂乱反射；在不密实的混凝土上，雷达反射波的振幅变化较大，反射相位不稳定，剖面上波形杂乱。

3工程实例

3.1工程概况

正岙隧道是温州绕城高速公路西南线工程（仰义至阁巷）第01标段内双洞六车道分离式隧道。左线隧道设计长度564m，设计桩号范围为ZK3+361～ZK3+925；右线隧道设计长度697m，设计桩号范围为K3+351～K4+048。隧道左右线净高均为5m，净宽为14.5m。衬砌采用复合式衬砌，二衬厚度Ⅲ级围岩为450mm，Ⅳ级围岩为500mm，Ⅴ级为围岩为600mm。

3.2现场测试

为检测正岙隧道右洞K3+710- K3+750衬砌背后空洞及密实情况，共布置5条测线，分别位于拱顶、左右拱腰及左右边墙。为准确确定病害位置，每10m打一标记。地质雷达采用中国电波传播研究所LTD2100型探地雷达，采用400MHz屏蔽天线，详细参数设置如下：

3.3数据分析及解释

地质雷达天线采集到的信号，其中包含很多干扰波，使雷达图像很多有用信息被覆盖，不能清晰的反应目标体。另外电磁波在传播过程中会有不同程度的衰减，导致天线接收到的反射波与原始波形产生差异，因此需要借助计算机进行有效处理，为使数据解释更加正确。将采集的地质雷达数据传至计算机中，应用IDSP6软件进行处理，通过滤波、反褶积等处理达到突出有效信息，压制干扰波的目的，通过雷达波形图提取有效信息，判定隧道衬砌质量病害。对于检测结果与设计相差较大的地方，采用取芯法进行确认，证明检测结果的正确性。地质雷达技术有一定的局限性，因此对于雷达的应用，要有针对性。

4结论

地质雷达作为一种快速、连续、无损的检测方式应用到各个领域，它具有高分辨率、高效率、无损、结果直观的优点，相比较重磁方法、直流电法等采用位场进行探测，地质雷达都具有高分辨率的特点。但也与其他探测方法一样，存在着一些缺陷，雷达波在传播过程中有较大的衰减，限制雷达波的穿透能力。而且对于电磁脉冲，不同频率成分的衰减程度不同，高频成分衰减较严重，而低频成分衰减较少，探测中会降低探测的分辨率，这是探地雷达的一个主要局限性。

地质雷达论文:地质雷达在吹填造陆道路建设中的应用

摘要：在汕头东海岸新城区围海造地建设中，因填砂层、吹填淤泥层、原海床地层的分界线难以确定，道路建设中沉降值及沉降随时间的关系计算误差大，难以控制。通过静力触探、地质钻探、地质雷达三种方式的对比分析，地质雷达与静力触探测试的分层结果符合较好，且成本较低。研究认为，通过地质雷达确定的土层分层来计算道路沉降，与实测数据较为一致，能用于指导工程施工。

关 键 词：地质雷达；沉降；吹填造陆；道路

1前言

随着世界人口数量的急增，人类活动空间不断扩大世界范围内城市特别是港口城市可利用的土地资源越来越少，从上个世纪开始世界范围内开始进行着大面积的围海造陆工程。我国沿海城市的围海造陆也在大力开展，在围海造陆的过程中，沉降控制是一个较为关键的问题。张全威（2012年）通过有限元法对胶州湾产业新区围海堤工程进行了模拟和分析，对海堤施工中的位移特性及边坡稳定性进行了研究，但得出的结论和工程实际不大相符，可靠性不够[1]。迟朝明（2013年）对青岛围海堤工程软土地基处理工程进行了研究，对现场路基沉降实测数据进行整理分析，得出针对现场地质情况下的地基变形规律，并通过变形规律确定现场施工指标[2]。但是对现场地质进行详细地勘探和原位测试，存在耗时长、费用大的问题。

李志佳（2013年）对惠州市大亚湾石化区D1、D2配套海堤地基采用了地质雷达探测分析，认为地质雷达探测在分析海堤底淤泥及抛填层厚度的工作中，效果很好[3]。李大心（1996） [4]、薛建、田刚等（1997） [5]、刘敦文、徐国元等（2004） [6]分别研究了地质雷达在公路建设中的应用研究，认为地质雷达在路基工程质量检验中，应用效果较好，能满足工程需要。在汕头东海岸新城区围海造地建设中，因填砂层、吹填淤泥层、原海床地层的分界线难以确定，道路建设中沉降值及沉降随时间的关系计算误差大，难以控制。通过静力触探、地质钻探、地质雷达三种方式的对比分析，地质雷达与静力触探测试的分层结果符合较好，且成本较低，能用于指导工程施工。

2土层厚度的测试对比分析

汕头东海岸新城项目包括水利和市政两大部分，涉及兴建海堤、吹填造陆、内河涌、泵闸站以及市政管网、主次干道、连接桥梁等多项工程内容。

测试试验段位于汕头东海岸新城WE3路，两个路段，分别为L0+252～L0+292、L0+370～L0+410。图1为L0+272断面上JT1号静力触探点的比贯入阻力Ps随深度z的变化曲线图，图2为L0+272断面的地质雷达测试图，图中竖线为JT1号静力触探点所在位置。

分别采用单桥静力触探、地质钻探法、地质雷达法对6个断面12个点位进行了土层分布测试。地质雷达型号为sir-20型探地雷达，雷达天线频率为40mhz。三种方法测试的砂层厚度见表1。

由表1 可以看出，各个测试点位的不同方法的测试值，比较接近；总体说来，地质雷达法的测试值和静力触探法的较吻合，都比地质钻探法的测试值小。

因为松散砂层钻探取芯是非常困难的，松散砂层几乎全由粗、中、细砂组成，极为分散，遇水又极易流失，无胶结力，钻孔极易坍塌。在这种地层中钻进要解决两个问题，一个是钻孔护壁。保证钻孔结构完整；一个是防止钻进中产生涌砂现象。在戈壁和沙漠地区，如新疆吐鲁番铀矿区、罗布泊环境科学区钻探存在的主要问题是，在胶结松散、振动易碎的地层中，取心率很低（10-30%），往往使地层被误判，上下层位被颠倒。这些问题一直困扰着钻探界的技术人员，曾特邀乌兹别克钻探专家伊万来华指导，但也无好的办法。伊万先生说“松散砂砾石层钻进取芯，前苏联钻探界曾投入大量人力、物力、历时30多年，至今未找到很好的方法。”

静力触探主要适用于粘性土、粉性土、砂性土。静力触探适用于地面以下50m内的各种土层，特别是对于不易取得原状土的饱和砂土和高灵敏度的软粘土地层的勘察，更适合采用静力触探进行勘察，来划分土层及土类判别。

综合分析，认为地质雷达法测试的优点是能描绘出整个断面的深度随位置的关系曲线；从测试方法上来说，地质钻探法对于松软、饱水砂层，存在钻孔极易坍塌、地层分界线被误判的问题，且测试费时、费用高，且测试的是少数几个点位的砂层厚度，代表性不强；从测试原理上而言，静力触探非常适用于原状土的饱和砂土和高灵敏度的软粘土地层的勘察，测试结果精确，但测试费时、费用高，且测试的是少数几个点位的砂层厚度，代表性不强。

由表1可以看出，采用地质雷达法来对填筑砂层和吹填层进行分层分析，具有足够的准确度。

3 沉降观测及计算对比分析

汕头东海岸新城WE3路，采用在已填筑的砂层上逐渐往前推进的填筑方式，每个断面的填筑在较短时间内就完成了，可以视为一次填筑。根据吹填前的地质勘探所得各地层的分布和参数，以及以上试验断面用地质雷达法所测试的吹填淤泥和填砂层的厚度，对6个断面的总沉降量及沉降s随时间t的关系，进行了计算。总沉降量计算采用分层总和法，沉降s随时间t的关系采用太沙基一维固结理论。计算方法如下：

在试验路段，也进行了沉降观测。沉降观测采用沉降板，因填砂层底是淤泥层，淤泥层不能承受沉降板的重量，故在淤泥层顶放置沉降板，没有意义。故在填砂层完毕后，沉降板放置在填砂层顶，并加以保护和固定，保证沉降板不受潮汐和雨水的影响，且能随基底一起沉降。沉降观测数据至今已逾一年，观测结果如图5、图6所示。

沉降观测值和各种沉降计算结果如表2所示。可以看出，按地质雷达法测试的土层分布计算的填筑后365d的沉降计算值，和沉降实测值比较接近，误差在10～44mm之间，6个断面的平均误差为20.3mm；按地质钻探法测试的土层分布计算的填筑后365d的沉降计算值，和沉降实测值误差较大，误差在19～82mm之间，6个断面的平均误差近50mm。

4 结论

采用地质雷达法来对围海造陆中的土层分层测试，具有较高精度，与静力触探法相比效率高，成本较低，且能显示全断面的土层分层；地质钻探法在松散砂层中钻探取芯困难，导致土层分层的误差较大，从而导致沉降计算误差较大。测试分析对比结论，能对相类似工程提供借鉴参考。

地质雷达论文:地质雷达无损探测技术在隧道检测中的应用分析

摘 要：随着计算机信息技术的发展，地质雷达无损探测技术在我国隧道工程的检测当中应用越来越广泛。文章阐述了地质雷达探测技术的基本原理，依托某隧道工程实例，对地质雷达无损探测技术在隧道工程检测中的具体应用进行了论述。期望通过文章的研究，能够对提高隧道工程的施工质量有所帮助。

关键词：地质雷达；无损探测技术；隧道；检测

进入21世纪以来，我国交通和水利的发展越来越快，从而各类隧道工程的建设也越来越多，隧道工程的质量检测是非常关键问题。以往隧道工程的开挖的方式主要是直接爆破，达不到工程预期的效果，从而影响了隧道混凝土衬砌造成较大难度，使得衬砌层厚度无法满足设计要求。随着科学技术的发展，隧道工程的施工方式发生了变化，工程开挖质量得到了很大的改善，但是仍然存在着很多问题。此时高效率全方位的地质雷达无损探测技术就出现了，为隧道工程的检测提供了准确的数据。论文以某隧道工程为实例，来对地质雷达无损探测技术进行分析。

1 地质雷达探测技术的原理分析

地质雷达设备主要由控制主机和天线两个部分构成，主机的功能为提供控制信号，天线的功能为发射或接收超高频电磁波天线发射电磁波后，电磁波在衬砌和围岩内传播，一旦遇到内部裂缝、衬砌边界、孔洞、围岩时就会发生电磁波反射，由天线接收反射的信号，并将其传送至主机，主机负责全程记录、存储、显不反射信号的强度、走时等信息反射信号的强弱与反射界面面积、平整度以及两侧物性差异有关，反射信号往返时间长短则与反射界面距离有关通过分析反射信号的相关信息，可以判定反射界面的位置和两侧介质的性质，获取围岩结构状态，衬砌厚度、劈裂、孔洞的形状与位置等参数，实现无损探测。地质雷达探测技术的工作原理如图1所示：

图1 探测原理示意图

2 某隧道工程实例地质雷达无损探测技术的应用分析

论文以某隧道工程实例为依托，对地质雷达无损探测技术的具体应用进行论述。该隧道是基于新奥法的原理进行设计施工，衬砌形式为复合式衬砌，为确保隧道工程的整体质量，决定在施工过程中，采用地质雷达无损探测技术对关键工序进行质量检测。

2.1 雷达设备的选择及参数的设置

在应用地质雷达探测技术对隧道工程进行质检的过程中，应当结合工程实际情况选择地质雷达，并对相关参数进行合理确定基于本工程的特点，经过多方面综合考虑，最终决定选用RAMAC/GPR型地质雷达，配以500mHz屏蔽天线该雷达的特点如下：高集成化、真数字式、体积小、重量轻，是目前唯一一款能够由单人进行操作的探地雷达其功耗较低，主机功耗仅为25W，系统耗电量较低，无需电瓶供电，给野外工作提供了极大的方便在质检过程中，需要重点控制的参数如下：采样频率设置为7005mHz；采样点为483个；叠加次数为8次；触发方式为时间触发。

2.2 检测项目及检测要点

2.2.1 支护厚度检测。在不考虑其它影响因素的前提下，由地质雷达天线发射出的雷达波中，空气直达波是传输速度最快且最先抵达接收天线的，次之的是表面直达波，反射波居于最后在影响反射波能量的各种因素当中，隧道围岩与混凝土的物性差异是关键性因素，研究结果表明，两者之间的差异与反射波的能力成正相关的关系，雷达波经由隧道围岩和混凝土界面反射至雷达中的。反射信号在图像中的具体表现为强振幅和连续同相轴，基于这一特性，便可在地质雷达中准确读取出混凝土的厚度。

2.2.2 二次衬砌厚度检测。隧道内的围岩与一二次衬砌间存在着非常明显的差别，具体体现在物性和成分上，正是因为这此差异造成了围岩、一次衬砌和二次衬砌三者间的介电常数不同，尤其是在衬砌与围岩间当电磁波经衬砌进入到隧道围岩当中时，通过观察能够发现如下现象：即反射波的振幅增大、视频率降低相关研究结果表明，电磁脉冲在结构层的各个界面当中均会发生一定程度的反射，并且不同结构层中的电磁脉冲速度均不相同，按照反射的速度与时间，再借助相应的计算公式，便可求出隧道结构层混凝土的具体厚度。通常情况下，电磁脉冲在混凝土当中的传播速度可预先获知，基于这一前提，采用地质雷达对隧道衬砌混凝土的厚度进行检测时，关键环节是准确获得电磁脉冲在各个结构层当中反射时间。

2.2.3 脱空区检测。由于空气与混凝土的物性差异较大，从而导致了两者之间的介电常数存在很大的差别。在隧道工程施工时，若是衬砌混凝土的背后回填密实度未达到设计要求，便会使混凝土与围岩之间形成缝隙，此时电磁波在经过空气与混凝土界面时，就会出现较强的反射信号。相关研究结果表明，脱空区的区域越大，在雷达图像当中的围岩界面就越清晰通过观察可以发现，在雷达图像中的反射波呈弧形，并且多次出现，同时反射波具有同相轴的特点，它出现的位置一般都在混凝土层下方，随着时间的变化反射波的能力会随之增强为此，可按照雷达波在隧道洞内的传播速度和介电常数对脱空区的大小进行计算，同时按照水平距离还可求出脱空区的具体范围

2.2.4 钢拱检测。雷达设备发射的电磁波在传播过程中存在能量传递由于传播导体的电磁性差异较大，所以使得电磁波在传播过程中一旦遇到金属材料等良性导体，就会产生强烈的反射现象。在隧道工程施工中，经常会使用到钢支撑和钢筋网，这两种金属材料结构均属于良性导体。在运用雷达无损探测技术进行隧道检测时，如果混凝土中存在钢拱，那么就会在雷达图像上显不明显的、呈月牙形的反射信号，且每一个钢拱均会有一个对应的反射信号；如果混凝土中存在钢筋，那么就会在雷达图像上显不出强烈的、呈连续点状的反射信号根据雷达无损探测获取的信号形状及雷达图，可得知钢筋、钢拱数量及其分布情况等信息，用以判断钢拱和钢筋用量是否满足工程设计要求。

3 结语

总而言之，隧道工程施工质量检测是一项较为复杂且系统的工作，在不影响施工正常进行的前提下，对各道工序施工质量的检测，一般都是采用无损检测技术本文依托某隧道工程实例，对地质雷达无损探测技术在该工程中的应用进行论述，结果表明，地质雷达能够准确检测出隧道的施工质量，为工程整体质量的提升提供了强有力的保障。

作者简介：房俊超（1981.04- ），男，陕西商洛人，本科，中铁十二局集团第三工程有限公司，工程师。

地质雷达论文:地质雷达在隧道检测中的应用

摘要：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。本文介绍了地质雷达工作原理与工作方法，并探讨了地质雷达在隧道检测应用时的技术要点。

关键词：地质雷达；二次衬砌；背后脱空

一、地质雷达工作原理与工作方法

（一）地质雷达的工作原理

地质雷达作为一种电磁技术，可以对地下的不可见目标进行定位。其工作原理是：以高频电磁波的脉冲形式，通过电线定向传入地下，反射回地面的电磁波被地面仪器接收。由于地下不可见目标的不同，病害的类型也不同，那么电磁波到达之后会反射回不同的形式。再根据其返回波的性质进行分析，得到地底隧道病害的真实情况。地质雷达并不适用于所有类型的病害检测，其必须要具备一定的基础条件，即衬砌或岩体中存在的孔洞与周围物质的相对介电常数差异较大。此外，我们还可以根据病害的时间，将病害类型的检测分为建设之前和后期维护，即地质的超前报告以及隧道健康监测。只有两种检测同时应用，才能有效的施工建设，并且在建设中、完工后避免意外，从而保障隧道运营的安全。

（二）地质雷达工作方法

目前常用的时域地质雷达测试方法有环形法、宽角法、多天线法、剖面法等，其中。以剖面法结合多次覆盖技术应用最为广泛。剖面法是发射天线（Tx）与接收天线（Rx）以固定间距沿测线同步移动的一种工作方法当发射天线和接收天线的间距为零时，也就是发射天线和接收天线合二为一时、称为单天线形式，反之称为双天线形式。剖面法的测试结果可以用地质雷达时间剖面图像表示，其横坐标记录了天线在地表或衬砌面的位置，纵坐标为反射波双程走时，表示雷达脉冲从发射天线出发经过地下界面反射回到接收天线所需要的时间。这种记录能够准确描述测线下方地下各反射界面的形态，需要指出的是由于地下介质对电磁波的吸收，来自地下深处界面的反射波会由于信噪比过小而不易识别，这时可应用不同天线距的发射和接收天线在同一测线上进行重复测试，然后将测试记录中相同位置的记录进行叠加以增强对地下深部介质的分辨率。

二、地质雷达在隧道检测中的应用技术

（一）地质雷达检测参数

地质雷达检测时的参数设定是否符合紧切关系到检测的效果。主要的检测参数包括：采样率、天线中心频率、时窗、发射天线与接收天线的间距、测点点距。

1、时窗选择

W=1.32dmaxM（2）

其中：M为介质中电磁波的速度（单位：m/ns）dmax为探测深度（单位：m）。

2、采样率的选择

采样率（时间采样间隔）是记录的反射波采样点之间的时间间隔。按照尼奎斯特采样定律采样频率至少要达到天线中心频率的3倍。为了使记录波形更完整，建议采用连续测量工作方式，采样率取中心频率的6倍。

（二）地质雷达检测工艺

1、布置测线

检测隧道之前，一般沿隧道拱顶、左拱腰和右拱腰，以及左边墙和右边墙做5条测线。布线时要注意周围的详细情况，应该远离地面噪声源，剖面线必须能提供测区内充分的细节，并使工作量最小。注意，对于特殊的检测位置要特殊布线才能达到需要的精度。

2、标定里程

当雷达天线扫过检测剖面时，雷达设备不能自动地在图谱上标定出检测位置。主机采集到的数据是一系列平滑、连续的彩色图谱。因此，需在检测前对隧道作出里程标识。一般是从隧道的进口处开始，每5m用醒目的红色油漆在隧道的边墙上作出一个/o0标识。检测中，当天线扫描过该标识时，通过连接在主机上/Mark0端口上的打点器打点，每按动一次打点器，在与天线位置相对应的图谱上标出一条明亮的/Mark0线，如此才能准确地找出图谱上各检测点对应的实际里程位置。

（三）地质雷达波形分析

隧道现场施工过程中，主要有过程质量控制和二衬成型检测，过程控制中，主要检测隧道初期支护完成后，初期支护厚度、钢拱架间距、初期支护背后脱空等；二衬施工完成后，主要检测二衬厚度、钢筋间距、二衬背后脱空等情况，就各种检测主要如下：

1、初期（二次）衬砌背后空隙判断

初期（二次）衬砌背后空隙是指隧道衬砌背后没有全部回填，初期（二次）衬砌与围岩间存在的空洞。由于空气与混凝土的介电常数差异较大，衬砌与围岩之间有明显的空隙，图像中就会表现为衬砌界面反射信号增强，如果空洞较大，还会在界面信号下方产生绕射信号。

2、初期支护钢架判断

隧道初期支护完成后，为分析钢架支架距离，判断钢筋有无，当混凝土中有钢架时，反射信号为分散的月牙形强反射信号。每一个月牙表示一根拱架。通过判断检测是否符合设计要求。

3、隧道二次衬砌钢筋判断

隧道二衬施工完成后，为分析二衬中钢筋距离，判断钢筋有无，连续的小双曲线形强反射信号，每一点信号代表一根钢筋，钢筋保护层越小，信号越明显，通过上面距离以及显示根数来判断，是否符合设计要求。

4、隧道二衬厚度判断

隧道二衬厚度检测，是隧道的主要检测项目，是隧道质量控制的重要指标，隧道衬砌厚度直接影响到衬砌结构承载能力和隧道使用寿命，使用雷达扫描已经成为重要的控制手段。二衬和初期支护由于物理成分和物理性质存在着很大差异，介电常数存在明显差异，特别是衬砌与围岩之间，电磁波从混凝土进入围岩时，反射波形振幅显著增大，频率降低。

隧道混凝土厚度是根据电磁脉冲在各结构层见面反射时间和各结构层中电磁波的传播速度计算得到的。厚度检测的关键是确定电磁波在隧道各结构层中传播时问。然后根据电磁波在混凝土中的传播速度计算出结构层的厚度。

三、隧道衬砌地质雷达检测时应注意的问题

地质雷达在隧道衬砌检测中已经得到了广泛的应用，但仍存在不少问题，如：（1）由于支护表面不平整引起的里程记录上的误差和对检测结果的误判；（2）隧道内的照明电缆、机械等对雷达波产生很大干扰，影响后期数据处理过程中对信号的解释。为此，现场检测时应确保天线与衬砌表面密贴。并尽最保证移动速度均匀，对表面不平整段落可采用时间触发进行探测，现场应随时记录可能对雷达波产生干扰的物体及其位置。另外，雷达检测二衬厚度的精度与所取介质的介电常数息息相关。因此，通过查表选取介电常数履然是不可取的，必须在检测前对衬砌混凝土的介电常数作现场标定。

地质雷达检测可用于施工过程质量控制和竣工验收质量检测。目前较多隧道建设管理部门存在重视竣工验收质量检测、忽视施工过程质量控制的现象，这是不可取的。隧道衬砌是隐蔽性工程，仅凭传统的目测或钻孔等方法难以对施工质量进行有效全面的控制，这就导致施工中容易遗留空洞、初喷或二衬厚度不足等质量问题，如果等到竣工验收再发现这些质量问题显然为时已晚。为此，施工过程中的地质雷达检查尤为重要。笔者建议隧道衬砌地质雷达检测可参考隧道衬砌质量检测流程图，以便更好地控制隧道建设质量。