時間：2022-04-10 11:16:24
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【摘要】隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展，地下管線的密集度越來越大，在大量的城市地下施工過程中，地下管線的保護(hù)越來越顯得重要，掌握施工地段地下管線的敷設(shè)又是確保地下管線和施工安全的前提，該文簡要介紹了地質(zhì)雷達(dá)的基本原理和數(shù)據(jù)處理方法，并結(jié)合工程實例，分析了地質(zhì)雷達(dá)在探測地下管線分布中的作用。
【關(guān)鍵詞】地質(zhì)雷達(dá)；探測；地下管線
近年來，隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展，地下管線的密集度越來越大，在大量的城市地下施工過程中，它們的安全直接關(guān)系到經(jīng)濟建設(shè)、市民生活，同時，也影響到施工人員的人身安全。因此，如何在施工時，避免破壞這些地下管線就變得越來越重要。地質(zhì)雷達(dá)作為一種高分辨探測技術(shù)，能夠探明施工區(qū)段地下管線、線路的敷設(shè)情況，避免由于不明地下管線的分布而造成施工時挖斷管線帶來的損失，確保施工安全，近年來得到了普遍的應(yīng)用。
1. 地質(zhì)雷達(dá)探測原理
（1）地質(zhì)雷達(dá)（GPR）的原理概括地說，它是通過對電磁波在地下介質(zhì)中傳播規(guī)律的研究與波場特點的分析，查明介質(zhì)結(jié)構(gòu)、屬性、幾何形態(tài)及其空間分布特征。地質(zhì)雷達(dá)由地面上的發(fā)射天線 T 將高頻電磁波（主頻為106～109Hz）以寬頻帶短脈沖形式送入地下，經(jīng)地下目標(biāo)體或不同電磁性質(zhì)的介質(zhì)分界面反射后返回地面，為另一接收天線 R 所接收，而其余電磁能量則穿過界面繼續(xù)向下傳播，在更深的界面上繼續(xù)反射和折射，直至電磁能量被地下介質(zhì)全部吸收。
（2）地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射天線在介質(zhì)表面向其內(nèi)部發(fā)射頻率為數(shù)百兆赫茲的高頻電磁波，當(dāng)電磁波遇到不同界面時會發(fā)生反射及透射，反射波返回介質(zhì)表面，又被接收天線所接收（所用的天線為收發(fā)合一的屏蔽天線）。此時，雷達(dá)主機記錄下電磁波從發(fā)射到接收的雙程旅時t，當(dāng)電磁波在介質(zhì)內(nèi)傳播的速度V已知時，可由D=Vot/2式求出反射面的深度即目標(biāo)體的深度。
（3）由此可知，電磁波的反射系數(shù)取決于界面兩邊媒質(zhì)的相對介電常數(shù)的差異，差異越大，反射系數(shù)也越大。
2. 儀器設(shè)備
本次檢測使用的是美國勞雷公司生產(chǎn)的（GSSI） SIR-3000地質(zhì)雷達(dá)，該地質(zhì)雷達(dá)由發(fā)射、接收和控制三部分組成。發(fā)射部分由脈沖發(fā)生電路和發(fā)射天線構(gòu)成，產(chǎn)生并發(fā)電磁脈沖；接收部分由接收天線、高頻放大電路和采樣電路構(gòu)成，接收的高頻信號被放大后，采樣電路變換為低頻信號，送到信號處理電路；控制部分是由產(chǎn)生整體裝置同步信號的基準(zhǔn)同步信號發(fā)生器、控制采樣電路的采樣控制器、處理接收信號的信號處理電路、以及顯示處理信號的輸出顯示部分組成的。采樣數(shù)據(jù)經(jīng)一定處理后，由輸出顯示設(shè)備輸出探測結(jié)果。
3. 工程實例一
3.1工程概況。
本工程位于某市居民住宅區(qū)內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研及資料的情況來看，目前兩側(cè)多為已拆遷后的居民住房，在原道路兩側(cè)已用磚墻圍檔；在群眾路和交通路地下通道范圍內(nèi)均有一組軍用光纜和電信長途通信光纜未拆遷。另外在本工程施工范圍內(nèi)地下管線錯綜復(fù)雜，有上水管、煤氣管、電話電線、污水管、雨水管、電力電纜、照明、信號和有線電視等九大類地下管線，部分線路分布在施工開挖區(qū)內(nèi)，施工期間必須切實做好管線的處理方案，確保各類管線的安全和正常使用，才能避免窩工，提高效率其工作順利與否，直接影響到工程的施工進(jìn)度。因此，探明施工區(qū)地下管線、線路的敷設(shè)情況是確保施工安全的重要前提。
3.2探測情況概述。
根據(jù)道路平面布置和管線埋深情況，分別在道路兩側(cè)的中心線上布置了兩條主測線，在兩側(cè)人行道及原居民區(qū)部分別布置了20條測線。探測天線采用了100MHz、400 MHz 兩種天線。其中在兩條主測線上采用了 100 MHz 天線進(jìn)行探測，時窗設(shè)置為200ns，探測深度為7m左右。在兩側(cè)人行道及原居民區(qū)布置采用 400 MHz 天線進(jìn)行探測，時窗設(shè)置為50ns，探測深度為2m左右。根據(jù)地質(zhì)情況，介電常數(shù)均采用經(jīng)驗值15。
3.3數(shù)據(jù)處理。
應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)方法在采集地下目標(biāo)體的有效反射信息時，還會接收到各種規(guī)則的或隨機的干擾信息，地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的目的，就是為了壓制這些干擾波，最大限度地突出有效波，以便提高雷達(dá)記錄的信噪比和分辨率，提供和顯示記錄中包含的與地下目標(biāo)體的位置、形態(tài)、結(jié)構(gòu)和屬性等有關(guān)的信息，為地質(zhì)雷達(dá)資料解釋服務(wù)，地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)資料處理流程圖詳見圖2。
3.4資料分析。
根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)波的探測原理，當(dāng)兩個介質(zhì)的介電常數(shù)相差較大時，雷達(dá)波會發(fā)生明顯的反射、繞射等現(xiàn)象。選取2組典型的地質(zhì)雷達(dá)波圖形，當(dāng)雷達(dá)波掃描至地下管線時，雷達(dá)波會產(chǎn)生明顯的繞射現(xiàn)象。我們可以清楚地看出地質(zhì)雷達(dá)波的反射現(xiàn)象，弧形的大小反映了反射物體的大小，由于地下管線較小，雷達(dá)波上呈小弧形反射，下水道呈弧形較大的空洞式反射。通過對時間及速度參數(shù)的計算更準(zhǔn)確的得出管線的實際位置。這與施工單位提供的城市地下管道布置圖相吻合。
4. 工程實例二
某市區(qū)地下管線補測工程中燃?xì)夤芫€大多數(shù)都為塑料管線，少數(shù)給水管線為塑料管線，所以在收集資料后，我們確定以探地雷達(dá)探測為主要手段進(jìn)行探測。
4.1平行管線異常的判別。
（1）城市地下管線探測中，平行埋設(shè)的地下管線在實際探測中經(jīng)常遇到。探地雷達(dá)采用剖面法探測，目標(biāo)管線的異常只能通過對單個剖面的分析解釋來確定。由于管線密集埋設(shè)，剖面記錄除顯示目標(biāo)管線異常外，含有許多非目標(biāo)管線異常及淺部不均勻干擾異常，有些異常形態(tài)和規(guī)模幾乎與目標(biāo)管線一樣，且相互疊加，無法準(zhǔn)確判別哪個目標(biāo)管線異常，因此，探測解釋前現(xiàn)場了解目標(biāo)管線的大致位置和埋深及剖面記錄范圍內(nèi)可能存在的其它管線的規(guī)格、材質(zhì)、位置、埋深等情況，有助于排除非目標(biāo)管線異常，準(zhǔn)確判定目標(biāo)管線異常。
（2）根據(jù)給水砼管探測記錄剖面，圖像顯示在水平位置為0.89m、1.25m和2.22m有3處異常，埋深分別為0.73m、1.57m、0.83m。由已探測管線及現(xiàn)場調(diào)查分析可知，第1個異常和第3個異常為電信，中間異常即為目標(biāo)管線給水。
4.2不均勻介質(zhì)干擾異常解釋。
城市道路路基及管道上覆回填土層中通常夾雜著許多塊石、磚頭等建筑垃圾，這些孤立的塊石磚頭與周圍土質(zhì)在電性特征上存在一定差異，在雷達(dá)剖面上形成復(fù)雜干擾異常，影響目標(biāo)管線異常的識別。在外業(yè)探測過程中，可在測點附近改變測線位置多次施測比較；在異常解釋時，應(yīng)充分了解目標(biāo)管線規(guī)格、材質(zhì)、埋設(shè)情況及其反射波的異常形態(tài)、規(guī)模及波形特征，結(jié)合管道的連續(xù)性、干擾的隨機性的特點，從眾多干擾中，識別出連續(xù)出現(xiàn)、波形特征穩(wěn)定的目標(biāo)管線反射異常。在干擾嚴(yán)重路段可采用釬探或開挖驗證。由于管線規(guī)格較干擾體大，因此異常形態(tài)規(guī)模也較干擾異常大，圖2在1.8米埋深0.8米處有不規(guī)則反射弧，經(jīng)判斷應(yīng)為地層起伏引起的干擾，圖3在1.5米至3米處地下有雜質(zhì)干擾，導(dǎo)致給水管左半邊反射弧完全被屏蔽掉了。
4.3地表建筑物干擾的判斷。
城市地下管線一般敷設(shè)在人行道至第一排建筑物前，雷達(dá)探測地下管道時，雷達(dá)波除了下地下傳播外，還有部分雷達(dá)波傳向空中，地下管線的雷達(dá)反射波與建筑物的雷達(dá)反射波同時被雷達(dá)接收機收到，異常都反映在雷達(dá)剖面圖上，因此在判讀雷達(dá)圖像時首先要排除建筑物的干擾。建筑物干擾異常一般為強烈的斜線，長度較長，范圍較大。
4.4排水管溝探地雷達(dá)異常判別。
（1）由于排水方溝頂部是平面的，探地雷達(dá)探測斷面的雷達(dá)圖像不會顯示出與圓形管道相似的曲線形狀，判斷其平面位置和埋深難度較大。正確分析管溝雷達(dá)圖像的突破口在于找準(zhǔn)方溝的兩個頂端溝邊上，雷達(dá)圖像上若有兩個相似的、相互對稱的坡度異常，且兩異常之間距離與管溝寬度一致，即可確認(rèn)兩溝頂邊的位置。管溝位于馬路車行道下，規(guī)格為4000mm×2500mm，頂蓋板為0.2m厚預(yù)制水泥板。探地雷達(dá)剖面圖的上層異常，為正向連續(xù)同向軸板狀體異常，正向同向軸對應(yīng)內(nèi)部空間頂界面，按波速v=0.09m/ns界面到地面厚度為1.2m，方溝寬度為4000mm。
（2）以上幾種情況是我們在使用探地雷達(dá)探測管線常碰到的現(xiàn)象，為盡量避免這些情況給我們的探測帶來錯誤，我們就需要在不同的地方多做些雷達(dá)斷面，以及在情況允許的條件下適當(dāng)開挖驗證。
5. 結(jié)論
通過采用地質(zhì)雷達(dá)對地下管線的探測，現(xiàn)場地下管線位置的記錄得到了準(zhǔn)確的反映，然而，更深入一步，如從中分析求證出管線的粗細(xì)、材質(zhì)，以及其中的充填物和其他信息，則需要進(jìn)行從施工參數(shù)的選取到后期數(shù)據(jù)的處理和解釋等一系列的細(xì)微工作。由于地質(zhì)雷達(dá)在應(yīng)用過程中效率高、無損傷并能實時展示地下圖像，適合在城市各種場合使用，因此，隨著人們對地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)一步研究，它必將成為城市管線探測的最有效工具。
摘要： 地質(zhì)雷達(dá)是一種快速、無損、高效的隧道襯砌質(zhì)量檢測方法，利用正演模擬軟件對隧道襯砌厚度、是否存在脫空區(qū)以及鋼筋網(wǎng)、鋼拱架進(jìn)行了地質(zhì)雷達(dá)檢測正演模擬，總結(jié)出了其地質(zhì)雷達(dá)檢測響應(yīng)規(guī)律，為在實際工程中的應(yīng)用提供了判別依據(jù)。
關(guān)鍵詞： 隧道襯砌質(zhì)量；地質(zhì)雷達(dá)檢測；正演模擬；響應(yīng)規(guī)律
0 引言
目前我國已經(jīng)成為世界上建設(shè)隧道工程最多、發(fā)展最快的國家，高速公路的修建在未來一段時間內(nèi)仍是我國交通建設(shè)的重點。在隧道建設(shè)中，需要采用一定的方法手段對隧道襯砌質(zhì)量進(jìn)行檢測，使隧道工程的施工質(zhì)量符合設(shè)計要求，確保隧道運營安全[1]。
隧道襯砌質(zhì)量檢測方法可以分為有損檢測和無損檢測兩種，有損檢測方法一般是采用鉆孔的方法檢測襯砌厚度和是否存在脫空區(qū)，這種方法比較直觀，但是會對隧道襯砌造成損傷，檢測速度緩慢，而且只能少量抽樣檢測，無法反應(yīng)隧道襯砌的整體質(zhì)量情況；近年來人們開始將無損檢測技術(shù)用于襯砌質(zhì)量檢測中，主要是利用聲、光、電、磁等方法，對隧道襯砌的強度、密實度、均勻度和是否存在缺陷等進(jìn)行檢測。與有損檢測方法相比，無損檢測方法具有操作簡單、費用低、不破壞襯砌結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，其中地質(zhì)雷達(dá)（ground penetrating radar，簡稱GPR）是一種快速、無損、高效的檢測方法，在工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用研究[2-4]。
探地雷達(dá)通過發(fā)射天線發(fā)射高頻電磁波，通過接收天線接收反射回的電磁波，電磁波在介質(zhì)中傳播時遇到電性差異分界面時會發(fā)生反射，地質(zhì)雷達(dá)就是根據(jù)接收到電磁波的波形、振幅和頻率等特征來推斷介質(zhì)的空間位置和形態(tài)。本文利用正演模擬軟件對隧道襯砌厚度、是否存在脫空區(qū)以及鋼筋網(wǎng)、鋼拱架進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測正演模擬[5]，研究其地質(zhì)雷達(dá)檢測響應(yīng)規(guī)律，為在實際工程中的應(yīng)用提供判別依據(jù)。
1 隧道襯砌常見質(zhì)量缺陷
在隧道修建過程中，由于地質(zhì)條件復(fù)雜、施工環(huán)境惡劣、施工工藝不規(guī)范等原因，隧道襯砌很容易發(fā)生質(zhì)量缺陷。①隧道施工時欠挖或者模板支撐不合理都會造成隧道襯砌厚度不足，會導(dǎo)致隧道產(chǎn)生較大的變形，影響襯砌結(jié)構(gòu)安全甚至?xí)?dǎo)致隧道發(fā)生坍塌、斷裂等嚴(yán)重后果；隧道施工時超挖部分未全部回填密實或者模板支撐不穩(wěn)固導(dǎo)致模板下沉量過大，會導(dǎo)致襯砌發(fā)生脫空，嚴(yán)重影響襯砌強度；②施工單位可能偷工減料，在襯砌中使用的鋼筋網(wǎng)、鋼拱架用量不足，導(dǎo)致襯砌強度不符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。如果這些缺陷不能被及時檢查出來并加以治理，必然會留下隱患，嚴(yán)重影響隧道的運營安全。
2 地質(zhì)雷達(dá)檢測正演模擬算例
2.1 襯砌厚度檢測
襯砌厚度檢測模型如圖1所示，模型x軸方向長2.0m，z軸方向深1.0m，網(wǎng)格劃分為200×100個，雷達(dá)天線主頻400MHz，從左到右探測掃描。模型中灰色區(qū)域為混凝土襯砌，相對介電常數(shù)為9，電導(dǎo)率為1×10-3S/m；黃色區(qū)域為圍巖，相對介電常數(shù)為6，電導(dǎo)率為1×10-3S/m；右側(cè)黑色區(qū)域為脫空區(qū)，內(nèi)部充滿空氣，相對介電常數(shù)為1，電導(dǎo)率為0S/m。
襯砌厚度檢測模型FDTD正演結(jié)果如圖2所示，根據(jù)電磁波反射信號同相軸可以確定圍巖分界面位置，進(jìn)而對襯砌厚度進(jìn)行檢測，圖中位置1處襯砌厚度明顯不足，推斷為圍巖欠挖區(qū)；圖中位置2處出現(xiàn)拋物線狀強反射信號，且位于圍巖分界面附近，推斷為襯砌超挖回填不密實的脫空區(qū)。
2.2 鋼筋網(wǎng)、鋼拱架檢測
鋼筋網(wǎng)、鋼拱架檢測模型如圖3所示，模型x軸方向長1.0m，z軸方向深0.5m，網(wǎng)格劃分為200×100個，雷達(dá)天線主頻400MHz，從左到右探測掃描。模型中灰色區(qū)域為混凝土襯砌，相對介電常數(shù)為9，電導(dǎo)率為1×10-3S/m；中間紅色點狀物體為鋼筋網(wǎng)，左右“工”字形物體為鋼拱架，鋼的相對介電常數(shù)為300，電導(dǎo)率為1×108S/m。
鋼筋網(wǎng)、鋼拱架檢測模型FDTD正演結(jié)果如圖4所示，位置1處鋼筋的電磁波反射信號呈現(xiàn)為規(guī)則的拋物線狀信號，鋼筋網(wǎng)的地質(zhì)雷達(dá)響應(yīng)特征表現(xiàn)為拋物線陣列，且拋物線間距相近；位置2處鋼拱架的電磁波反射信號強于鋼筋網(wǎng)，表現(xiàn)為頂部扁平的拋物線狀反射信號。
3 結(jié)語
地質(zhì)雷達(dá)是一種快速、無損、高效的隧道襯砌質(zhì)量檢測方法，本文利用正演模擬軟件對隧道襯砌厚度、是否存在脫空區(qū)以及鋼筋網(wǎng)、鋼拱架進(jìn)行了地質(zhì)雷達(dá)檢測正演模擬，總結(jié)出了相應(yīng)的地質(zhì)雷達(dá)檢測響應(yīng)規(guī)律如下：①根據(jù)電磁波反射信號同相軸可以確定圍巖分界面位置，進(jìn)而對襯砌厚度進(jìn)行檢測，襯砌脫空區(qū)位于圍巖分界面附近，且表現(xiàn)為強反射拋物線。②鋼筋的電磁波反射信號呈現(xiàn)為規(guī)則的拋物線狀信號，鋼筋網(wǎng)的地質(zhì)雷達(dá)響應(yīng)特征表現(xiàn)為拋物線陣列，且拋物線間距相近；鋼拱架的電磁波反射信號強于鋼筋網(wǎng)，表現(xiàn)為頂部扁平的拋物線狀反射信號。以上總結(jié)的地質(zhì)雷達(dá)檢測響應(yīng)規(guī)律為隧道襯砌質(zhì)量地質(zhì)雷達(dá)檢測在實際工程中的應(yīng)用提供了判別依據(jù)。
【摘 要】近幾十年來，國內(nèi)外使用地質(zhì)雷達(dá)探測土壤及地下水中的有機污染，已有很多成功的實例，應(yīng)用效果良好，值得借鑒。針對武警部隊部分加油站儲油罐超期服役狀態(tài)，隨時都有可能發(fā)生滲漏危險的實際背景，此次實驗選擇了某型工作頻段為1.9-2.5GHz的超寬帶步進(jìn)頻雷達(dá)進(jìn)行了探測實驗。簡述了實驗場景、過程以及數(shù)據(jù)處理分析。雷達(dá)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明淡水及柴油在干砂土中發(fā)生泄露是可以檢測出來，并可以進(jìn)一步區(qū)分開來。這一研究成果證實了地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測部隊加油站地埋油罐底部漏油的可行性。
【關(guān)鍵詞】地質(zhì)雷達(dá) 砂土 泄漏 介電常數(shù)
由于部隊加油站都是以地埋油罐的方式進(jìn)行油料的儲存與收發(fā)，所以，隨著使用時間的增加，銹蝕、腐蝕等因素的作用，對于油罐是否漏油很難從外觀上直觀看到，所以要通過一定的檢測方法來實現(xiàn)監(jiān)測的目的，現(xiàn)今大多數(shù)油庫依然使用的通過罐內(nèi)油位變化和感官檢漏的方法[1，2]已經(jīng)不能有效地實現(xiàn)油罐底部的實時監(jiān)漏，傳統(tǒng)方法[3-8]往往存在著發(fā)現(xiàn)微小滲漏困難、發(fā)現(xiàn)滲漏不及時等問題。雖然國內(nèi)對于地質(zhì)雷達(dá)的探索及應(yīng)用正在展開，在“長江三角洲地區(qū)地下水污染綜合研究”項目中，周迅[9，10]等對宜興地區(qū)地下儲油罐滲漏污染現(xiàn)狀進(jìn)行評價及在蘇南地區(qū)加油站地下儲油罐滲漏污染研究的過程中使用了地質(zhì)雷達(dá)探測地下石油烴污染，應(yīng)用效果較好；2008年，白蘭[11]等對垃圾填埋場等污染場地使用地質(zhì)雷達(dá)和高密度電阻率法進(jìn)行探測，初步探索了地質(zhì)雷達(dá)探測地下污染物的適用性。但是，不能很好的作為實時檢測的手段，所以油罐底板的實時監(jiān)漏技術(shù)一直是國內(nèi)外關(guān)注的焦點和研究的重點。
1 實驗原理
1.1實驗背景
為了對油罐底部是否漏油進(jìn)行實時檢測，我們首先應(yīng)該了解清楚地埋油罐的物理特性及其周圍的環(huán)境。如圖1.1所示。
從圖1，我們可以看出罐體周圍的環(huán)境是經(jīng)過混凝土處理過的墻壁，底部及周圍均由砂土墊襯填埋，所以直接監(jiān)測油罐是否發(fā)生泄露不好實施，但是我們可以通過對砂土進(jìn)行無損監(jiān)測，通過判斷砂土內(nèi)介電常數(shù)是否發(fā)生變化而判斷油罐是否發(fā)生泄露，這樣我們就能夠有效解決監(jiān)測的問題，那么雷達(dá)是否能夠有效監(jiān)測砂土內(nèi)介電常數(shù)發(fā)生變化呢，我們將通過實驗進(jìn)行研究分析。
1.2 探測原理
探地雷達(dá)是利用高頻電磁波（ 從十到上千MHz） 的反射來探測有電性差異的界面或目標(biāo)體的一種物探技術(shù)。探地雷達(dá)探測時，通過發(fā)射天線向地下（或其它方向） 定向發(fā)射脈沖電磁波，脈沖電磁波能量就向地下（或其它方向） 定向輻射，當(dāng)脈沖電磁波傳播過程中遇到有電性差異的界面或目標(biāo)體（ 介電常數(shù)和電導(dǎo)率不同） ，就會發(fā)生反射和散射現(xiàn)象[12] ，雷達(dá)探測時電磁波傳播示意見圖1.2。
從圖1.2 所示，反射界面的深度可以通過下面公式計算：
式中： 為電磁波在真空中的傳播速度，m/s ；為介質(zhì)的相對介電常數(shù)： 為界面的反射波雙向傳播時間。某一介質(zhì)的相對介電常數(shù)，是把雷達(dá)在已知反射點上實際探測，用反射波雙向走時時間 和深度來計算：
雷達(dá)波在介質(zhì)中傳播速度取決于介質(zhì)的相對介電常數(shù)和電導(dǎo)率，通常工程勘探和檢測中所遇到的介質(zhì)都是以位移電流為主的低損耗介質(zhì)，在這類介質(zhì)中雷達(dá)波的反射系數(shù)和波速（ ）取決于相對介電常數(shù) ，即：
1.3影響因素
一般而言，地質(zhì)雷達(dá)探測法適用于金屬、非水相液體和其它有機污染的探測。影響地質(zhì)雷達(dá)的探測深度、分辨率以及精度的因素主要是環(huán)境的電導(dǎo)率，介電常數(shù)以及探測方法，包括探測所采用的頻率，采樣速度等[13，14]。一般的地質(zhì)雷達(dá)都擁有多種頻率的天線，低頻可達(dá)到16 MHz，高頻可達(dá)到2GHz[15]。
2實驗實施
2.1 實驗?zāi)康?
利用雷達(dá)對水和油在砂土中的滲透過程進(jìn)行探測，通過實驗及數(shù)據(jù)處理分析判斷出其變化規(guī)律與不同。
2.2 實驗準(zhǔn)備
為了實驗順利進(jìn)行，在試驗開始前應(yīng)做好充分的實驗器材準(zhǔn)備、了解實驗設(shè)備及系統(tǒng)工作的基本原理和明確實驗所采取的基本方法。
2.2.1 實驗器材
94.5cm×64.5cm×49cm塑料沙箱1個，沙土0.5立方米，地質(zhì)雷達(dá)1臺，1L淡水，1L柴油，卷尺1把，500ml點滴瓶及輸液軟管一套。
2.2.2雷達(dá)基本參數(shù)
此次實驗采用某型超寬帶步進(jìn)頻雷達(dá)，工作頻段1.9-2.5GHz，頻跳間隔4MHz，慢時間采樣率5Hz，采用多普勒處理。多普勒處理是指對接收到的來自某一固定距離單元、一段時間內(nèi)（對應(yīng)于幾個脈沖）的信號進(jìn)行濾波或譜分析處理。靜止目標(biāo)會出現(xiàn)在零多普勒頻率處，而運動目標(biāo)會出現(xiàn)在譜的任何位置，這個位置取決于它們相對于雷達(dá)的徑向速度[16]。
2.2.3 實驗方法
（1）將砂土晾曬烘干，攪拌均勻后裝入準(zhǔn)備好的砂箱內(nèi)，攪拌均勻，并使其表面平整；
（2）將雷達(dá)架設(shè)并固定于砂箱上方，使其與水平面成45°夾角，固定實驗液體瓶及輸液管，防治液體流動過程中水管產(chǎn)生擾動，對實驗造成干擾，致使誤差增大。具體如圖2.1所示：
（3）實驗設(shè)備架設(shè)完畢后，首先利用雷達(dá)對干燥砂箱采集背景數(shù)據(jù)，時常為8分鐘，共計2400幀。
（4）首先進(jìn)行注水實驗，采集完背景信息后，讓1L水以均勻的速度進(jìn)行滴漏，共錄制8分鐘，共計2400幀；第二，將砂箱內(nèi)濕砂按要求進(jìn)行更換，柴油參照注水方法進(jìn)行測試。
（5）對實驗結(jié)果進(jìn)行分析處理。
3實驗分析
實驗完畢，我們通過數(shù)據(jù)分析，探討我們利用雷達(dá)檢測滲漏的可行性。
3.1注水實驗分析
如圖3.1所示，每張圖片中左側(cè)為對背景對消、抑制零頻雜波后的圖像，本次采用參數(shù)為5幀/次。
我們通過左側(cè)對消圖像可以發(fā)現(xiàn)，水在不斷注入過程中，在系統(tǒng)收斂穩(wěn)定后，隨著水在砂土里邊滲透面積及空間不斷擴大，這一過程的變化是能夠被雷達(dá)檢測到，并且能在圖像上清晰看到，此時它的零頻已經(jīng)被濾除，只是運動目標(biāo)的信息圖像；圖片的右側(cè)為注水前采集的空背景數(shù)據(jù)圖像，與注水圖做一些對比。剛開始水流比較大，這種雷達(dá)探測圖像反映較強，能夠清楚的看到水在砂土里面的運動，如圖3.1。
通過對注水實驗的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水從外界流入砂土中滲透時，這一過程是可以被雷達(dá)監(jiān)測到的，這也為我們試圖利用雷達(dá)對油罐底部水泄露監(jiān)測的可行性提供了有效支撐。
3.2注油實驗分析
剛才我們分析了注水在砂土中的滲透過程，現(xiàn)在我們分析一下注油在砂土中的滲透情況，如圖3.2所示，背景對消圖像參數(shù)不變，圖像左側(cè)為注水過程背景對消圖像，右側(cè)為注油前采集的空背景圖像。通過圖像我們可以看出，柴油由于自身的粘滯性比水要強，所以在軟管中的流速要比水緩慢一些，在砂土中滲透也就比較緩慢一些，所以從每張圖片中的左側(cè)圖像可以看出在柴油進(jìn)入砂土后，滲透運動要比水弱一些，雖然弱，但是也能夠被雷達(dá)采集到，這與實際是相符的。
通過對注油實驗的分析，為我們利用雷達(dá)監(jiān)測油罐底部漏油可行性提供了依據(jù)。
3.3比較分析
前面我們分別對注水及注油實驗做了分析，為了進(jìn)一步深入研究，我們對比分析一下注水及注油實驗。如圖3.3所示，每張圖片中左側(cè)為注水實驗，右側(cè)為注油實驗，均為背景對消圖像，為了實驗條件的統(tǒng)一性，我們依舊采用參數(shù)為5幀/次，從圖片中可以明顯看出注水與注油的不同，在對注油實驗分析的過程中，我們提到了一些它們的區(qū)別，從這些區(qū)別中我們也可以看出水和油在砂土中的滲透是不同的，是可以通過雷達(dá)監(jiān)測并區(qū)分出來，這就為區(qū)分罐底是否單純漏水監(jiān)測提供了可能。
通過比較分析，我們可以直觀的從數(shù)據(jù)圖像上區(qū)分出水與油滲透的不同，這為我們研究雷達(dá)監(jiān)測罐底漏油提供了很大的支持。
4結(jié)語
綜上，通過實驗及數(shù)據(jù)處理分析，我們基本達(dá)到了實驗的預(yù)期目的，發(fā)現(xiàn)了水和油在干砂土滲透過程中可以被雷達(dá)適時的監(jiān)測到，而且水跟油的雷達(dá)監(jiān)測圖像也有很明顯的區(qū)別，為后期做好實時監(jiān)測提供了很好的理論參考。這一研究成果證實了地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測部隊加油站地埋油罐底部漏油的可行性。雖然有很多收獲，但也存在很多不足，如：雷達(dá)探測信息圖像中只能反映有無，并不能精確反映出其滲透面積及深度，對油或水不能做出定性及定量的研究；實際工作中數(shù)據(jù)量大，不能長時間的連續(xù)監(jiān)控等。
1.前言
公路山區(qū)隧道的圍巖和初期支護(hù)作為隧道的主要受力結(jié)構(gòu)，二次混凝土襯砌則主要是起安全儲備作用，因此初期支護(hù)背后有無脫空或背后空洞的位置形態(tài)以及二次襯砌混凝土的實際厚度對于隧道的安全和質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。因此必須在施工過程中應(yīng)及時對隧道施工質(zhì)量進(jìn)行檢測，以清除質(zhì)量隱患。地質(zhì)雷達(dá)方法具有快速、連續(xù)、高效等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各類隧道襯砌質(zhì)量檢測中。
2.地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理與分析
探測的雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)以脈沖反射波的波形形式記錄，用波形或灰度顯示探地雷達(dá)垂直剖面圖。地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)分析包括兩部分內(nèi)容：數(shù)據(jù)處理和圖像處理。
2.1地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理
地址雷達(dá)數(shù)據(jù)處理步驟一般分以下4個步驟：
（1）消除隨機噪聲、壓制干擾，改善背景：
（2）自動時變增益或控制增益，以補償介質(zhì)吸收和抑制雜波；
（3）濾波處理除去高頻，突出目標(biāo)體，降低背景噪聲和余振影響；
（4）通過對檢測波形的時間剖面、波形及振幅的變化規(guī)律的對比分析，對隧道初支和二襯噴混凝土厚度、背后是否存在空洞及不密實等情況進(jìn)行綜合評判。
2.2地質(zhì)雷達(dá)圖像處理
地質(zhì)雷達(dá)圖像處理包括圖像解釋和識別異常，一方面基于探地雷達(dá)圖像的判別結(jié)果，另一方面由工程實踐成果獲得。只有獲得高質(zhì)量的探地雷達(dá)圖像，正確的判別異常，才能獲得可靠、準(zhǔn)確的探測解釋結(jié)果，因此識別干擾波及目標(biāo)體的探地雷達(dá)圖像特征是進(jìn)行探地雷達(dá)圖像解釋的核心內(nèi)容。
探地雷達(dá)在接收有效信號的同時，也不可避免地接收到各種干擾信號，產(chǎn)生干擾信號的原因很多，干擾波一般都有特殊形狀，在分析中要加以辨別和確認(rèn)。
主要判定特征：①密實：襯砌信號幅值較弱，波形均勻，甚至沒有界面反射信號；②不密實：襯砌界面反射信號強，信號為強反射信號，同相軸不連續(xù)，錯斷，一般區(qū)域化分布；⑧空洞：襯砌界面反射信號強，呈典型的孤立體相位特征，通常為規(guī)整或不規(guī)整的雙曲線波形特征，三振相明顯，在其下部仍有強反射界面信號，兩組信號時程差較大；④脫空：襯砌界面反射信號強，呈帶狀長條形或三角形分布，三振相明顯，通常有多次反射信號；⑤鋼筋網(wǎng)：有規(guī)律的連續(xù)的小月牙形強反射信號，月牙波幅較窄；⑥鋼拱架：單個的月牙形強反射信號，月牙波幅較寬；⑦鋼格柵：連續(xù)的兩個雙曲線強反射信號。
2.2.1初期支護(hù)結(jié)構(gòu)
雷達(dá)波經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射后，最先到達(dá)接收天線的雷達(dá)波為空氣直達(dá)波，緊接著為表面直達(dá)波，再為噴混凝土和圍巖膠結(jié)面的反射波。反射波能量與圍巖和噴混凝土之間的物性差異有關(guān)，兩者物性差異越大，反射波能量就越強，反之，其能量就越弱。在地質(zhì)雷達(dá)圖像中振幅較強、同相軸比較連續(xù)的波就是噴混凝土和圍巖界面的反射信號，該界面上到表面就是噴混凝土厚度。當(dāng)混凝土中存在鋼筋時，將產(chǎn)生連續(xù)點狀強反射信號；當(dāng)混凝土中有鋼拱時，將出現(xiàn)特別強的月牙形反射信號，每一信號表示有一鋼拱。當(dāng)噴混凝土背后回填不密實，混凝土與圍巖之間有空隙時，由于空氣與混凝土介電常數(shù)差別較大，電磁波在噴混凝土與空氣之間將產(chǎn)生強反射信號，如圖2所示。當(dāng)空洞比較大時，圍巖界面清晰可見，在地質(zhì)雷達(dá)剖面圖上主要表現(xiàn)為在噴混凝土層以下出現(xiàn)多次反射波，同相軸呈弧形，并與相鄰道之間發(fā)生相位錯位，且其能量明顯增強，如圖2所示。
2.2.2二次襯砌結(jié)構(gòu)
二襯檢測中重要的是判別初襯與二襯之間的界面反射波，由于反射波能量與二次襯砌和噴射混凝土的物理性質(zhì)差異有關(guān)，兩者物理性質(zhì)差異越大，反射波能量越強，否則其能量越弱，邊界不明顯，如圖3所示。
3.地質(zhì)雷達(dá)對隧道襯砌質(zhì)量的檢測技術(shù)重點
3.1檢測設(shè)備以及檢測方法
檢測設(shè)備：在檢測的時候運用產(chǎn)自于瑞典的MRMAC地質(zhì)雷達(dá)，接收天線運用單置式天線。
檢測方法：通常在隧道的拱頂、兩側(cè)的拱腰以及底墻處各布置一條測線，觀察的過程中如果發(fā)現(xiàn)存在信號異常，要對該處的測線進(jìn)行加密檢測。測線布置完成之后，在墻壁上每隔10m，用顏色鮮艷的標(biāo)志做一個標(biāo)記，然后使天線貼緊隧道的內(nèi)側(cè)墻壁，沿測線的方向進(jìn)行測量，并對該過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時準(zhǔn)確的記錄。
3.2判斷依據(jù)
1）隧道襯砌質(zhì)量的檢測，其判斷依據(jù)有以下幾點：其一，當(dāng)襯砌密實程度較好時，雷達(dá)的反射信號強度較弱，甚至?xí)霈F(xiàn)沒有接收到反射信號的現(xiàn)象；其二，當(dāng)襯砌密實程度較差時，雷達(dá)的反射信號強度較強，且出現(xiàn)不連續(xù)的弧形形狀；其三，當(dāng)襯砌存在空洞現(xiàn)象時，襯砌界面的雷達(dá)信號強度較強，在下部依然存在強度較強的反射信號，但是兩組信號的接收時間差較大。
2）對鋼筋存在位置的判斷：其一，當(dāng)雷達(dá)信號呈現(xiàn)分布較為分散的月牙形，且反射信號強度較強時，則說明此處存在鋼架結(jié)構(gòu)；其二，當(dāng)雷達(dá)信號呈現(xiàn)分布較為連續(xù)的雙曲線的形狀，而且其反射信號強度較強時，則說明此處存在鋼筋。
3.3地質(zhì)雷達(dá)檢測圖像的分類
1）當(dāng)隧道襯砌與圍巖的緊密性相對較好，不存在空隙時，界面圖像的清晰程度直接受到混凝土與圍巖的緊密性以及混凝土介電常數(shù)的影響，其雷達(dá)反射信號相對較弱，但是可以通過相關(guān)軟件對隧道襯砌的厚度進(jìn)行計算。
2）當(dāng)隧道襯砌與圍巖的緊密性較差時，電磁波在襯砌混凝土與空氣之間的界面上出現(xiàn)強度較大的反射信號，且其界面很容易被認(rèn)識，隧道襯砌與圍巖之間的空隙可以被計算出來。
3）當(dāng)雷達(dá)的圖像中不存在差異較大的信號，且其圖像較為均勻，這就說明隧道襯砌混凝土的密實程度較好。
4）當(dāng)雷達(dá)的圖像中呈現(xiàn)連續(xù)性，而且圖像縱向尺寸相對較大。
4.結(jié)論與建議
（1）地質(zhì)雷達(dá)檢測隧道襯砌厚度、背后脫空、空洞的位置是能夠?qū)崿F(xiàn)的，并且檢測速度快、效率高，適合于現(xiàn)場的大面積連續(xù)快速檢測。
（2）隧道工程中，地面和襯砌表面往往起伏不平，導(dǎo)致在檢測過程中，雷達(dá)天線的跳動，產(chǎn)生較大的干擾信號。檢測長大隧道時，里程較長而累計的里程誤差往往使檢測結(jié)果失真。因此在開展檢測工作時，需特別注意，以減小人為誤差，提高檢測精度。
摘要：由于地質(zhì)雷達(dá)波普判讀的隨意性和測試對象本身介質(zhì)特性的差異，如果處理不當(dāng)，極易造成對雷達(dá)檢測結(jié)果的誤解。本文從地質(zhì)雷達(dá)波普判讀與解釋的重要性著手，對隧道襯砌質(zhì)量檢測中碰到的波普圖形進(jìn)行了歸類解釋，希望對以后地質(zhì)雷達(dá)波普圖像的判讀起到一定指導(dǎo)作用。
關(guān)鍵詞：隧道襯砌質(zhì)量，地質(zhì)雷達(dá)波普，
1 前言
隨著國家水工隧道數(shù)量的逐年增加，其在運營過程中暴露出來的病害也在接連發(fā)生。這就迫切需要一種高效、快速、全面的檢測方法來解決隧道病害這一難題，使隧道病害能夠提前得到治理。地質(zhì)雷達(dá)檢測方法不僅克服了傳統(tǒng)上以點蓋面的只靠目測和打孔抽查來對隧道質(zhì)量進(jìn)行不全面檢測的缺點，而且是一種采用高科技手段，以其高分辨率和高準(zhǔn)確率、能快速、高效的進(jìn)行無損檢測的方法，在隧道質(zhì)量檢測中得到了廣泛的應(yīng)用。
雖然地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程質(zhì)量檢測中得到了廣泛的應(yīng)用，但其圖像解釋和識別異常是一個經(jīng)驗積累的過程，一方面基于探地雷達(dá)圖像的正演結(jié)果，另一方面由工程實踐成果獲得。只有獲得高質(zhì)量的探地雷達(dá)圖像并能正確的判別異常，才能獲得可靠、準(zhǔn)確的探測解釋結(jié)果。
由于目前仍沒有統(tǒng)一的測試規(guī)程，現(xiàn)在均是根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行處理分析，造成了對雷達(dá)測試結(jié)果評判的混亂。如果處理不當(dāng)，容易造成對雷達(dá)檢測結(jié)果產(chǎn)生誤解，可能會制約地質(zhì)雷達(dá)檢測在隧道質(zhì)量檢測中的應(yīng)用前景。
同時，由于標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫的欠缺，造成相同的地質(zhì)雷達(dá)剖面圖像，由不同的人判讀，會得出不同的結(jié)果。這就提出要有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)圖譜，對各種可能的情況（空洞、不密實、含水及分層等情況）經(jīng)過試驗，做出標(biāo)準(zhǔn)圖譜，供判讀圖像的檢測人員參照，以避免讀出錯誤的結(jié)果，從而避免錯誤檢測報告的產(chǎn)生。[1]
2 地質(zhì)雷達(dá)波普的判讀與解釋[2]
探測的雷達(dá)圖形以脈沖反射波的波形形式記錄，以波形或灰度顯示探地雷達(dá)垂直剖面圖。探地雷達(dá)探測資料的解釋包括兩部分內(nèi)容：一為數(shù)據(jù)處理，二為圖像解釋。由于地下介質(zhì)相當(dāng)于一個復(fù)雜的濾波器，介質(zhì)對波的不同程度的吸收以及介質(zhì)的不均勻性質(zhì)，使得脈沖到達(dá)接收天線時，波幅減小，波形變得與原始發(fā)射波形有較大的差異。另外，不同程度的各種隨機噪聲和干擾，也影響實測數(shù)據(jù)。因此，必須對接收信號實施適當(dāng)?shù)奶幚恚愿纳瀑Y料的信噪比，為進(jìn)一步解釋提供清晰可變的圖像，識別現(xiàn)場探測中遇到的有限目標(biāo)體引起的異?，F(xiàn)象，對各類圖像進(jìn)行解釋提供依據(jù)。
地質(zhì)雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理流程一般情況下可分為三部分[3]。第一部分?jǐn)?shù)據(jù)編輯：包括數(shù)據(jù)的連接，廢道的剔除，數(shù)據(jù)觀察方向的一致化等；第二部分常規(guī)處理：數(shù)字濾波、振幅處理、反褶積和偏移等；第三部分包括剖面修飾處理的相干加強，以及數(shù)字圖像處理技術(shù)中的一些圖像分割方法等。
圖像處理包括消除隨機噪聲、壓制干擾，改善背景；進(jìn)行自動時變增益或控制增益以補償介質(zhì)吸收和抑制雜波，進(jìn)行濾波處理除去高頻，突出目標(biāo)體，降低背景噪聲和余振影響。
識別干擾波及目標(biāo)體的探地雷達(dá)圖像特征是進(jìn)行探地雷達(dá)圖像解釋的核心內(nèi)容。探地雷達(dá)在接收有效信號的同時，也不可避免地接收到各種干擾信號，產(chǎn)生干擾信號的原因很多，干擾波一般都有特殊形狀，在分析中要加以辨別和確認(rèn)。
一些常見易混淆雷達(dá)現(xiàn)象的識別
（1）初砌層（混凝土）與圍巖反射界面的拾取標(biāo)志
雖然襯砌層與圍巖兩者的介電常數(shù)一般相差不大，但仍然能從能量上看出差異，而且混凝土一般比較均勻，反射波反映出來的能量也均勻，而在圍巖中這種能量的均勻性要差些。反射界面拾取成功厚就得到的襯砌的厚度，從而可以驗證混凝土的厚度滿不滿足要要求。
（2）空洞和不密實辨別標(biāo)志
由于空洞中介質(zhì)為空氣，它與周圍介質(zhì)的介電常數(shù)相差很大，反射系數(shù)很大，反射能量特別強。襯砌與圍巖接觸不密實時，就會存在一些空隙，類似于空洞一樣會產(chǎn)生強反射，只是空洞在剖面上反映為一大團面積，而不密實為零星的點點。
（3）鋼筋辨別標(biāo)志
當(dāng)襯砌混凝土中存在鋼筋網(wǎng)時，將產(chǎn)生連續(xù)點狀強反射信息，每一點信號代表一榀鋼筋格，通過試測的鋼筋格式量并結(jié)合水平距離可算出鋼筋格的數(shù)量及間隔是否滿足設(shè)計要求。
3 地質(zhì)雷達(dá)波普的分類
（1） 密實：襯砌信號幅值較弱，波形均勻，甚至沒有界面反射信號；
如果初襯和二襯介質(zhì)差異較大，且結(jié)合不好，通過地質(zhì)雷達(dá)去波普圖能明顯能看出初襯和二襯分界線，如初襯與二襯結(jié)合較好，則可能看不出初襯和二襯分界線。
（2） 不密實：襯砌界面反射信號強，信號為強反射信號，同相軸不連續(xù)，錯斷，一般區(qū)域化分布?！安幻軐崕А笔侵富炷烈r砌與圍巖之間的回填層或漿砌片石中的某塊區(qū)域結(jié)構(gòu)疏松，密實程度差，有蜂窩狀孔隙或砂漿不飽滿有小空洞存在；
（3） 空洞：襯砌界面反射信號強，呈典型的孤立體相位特征，通常為規(guī)整或不規(guī)整的雙曲線波形特征，三振相明顯，在其下部仍有強反射界面信號，兩組信號時程差較大；
紅色線筐內(nèi)表示初襯后可能存在空洞 紅色線筐內(nèi)表示的是圍巖內(nèi)部的空洞
圖中紅色線筐內(nèi)表示的是襯砌背部的圍巖內(nèi)還有隱患―蜂窩、空洞組織存在
（4） 脫空：襯砌界面反射信號強，呈帶狀長條形或三角形分布，三振相明顯，通常有多次反射信號；
可以清楚地看到隧道頂拱板縫處出現(xiàn)了典型的三角形脫空，而且已經(jīng)看到了脫空頂和底反射（見雷達(dá)圖像上的紅色標(biāo)識），并且電磁波信號在脫空的空腔中產(chǎn)生了振蕩信號。
某隧道交工驗收測試數(shù)據(jù)，采用500MHz屏蔽天線，從雷達(dá)圖像上可以清楚地看到大面積的脫空區(qū)域。
（5） 鋼筋網(wǎng)：有規(guī)律的連續(xù)的小月牙形強反射信號，月牙波幅較窄；
800M屏蔽天線隧道襯砌檢測，可以清楚地看到隧道襯砌內(nèi)部的鋼筋分布情況。 用RAMAC/GPR雷達(dá)，1000兆天線，圖中可以清楚地看出兩排鋼筋。
鋼拱架：單個的月牙形強反射信號，月牙波幅較寬；
某隧道交工驗收測試數(shù)據(jù)，采用500MHz屏蔽天線，從雷達(dá)圖像上可以清楚地看到初襯和二襯的界限，同時還能看清楚初襯上的鋼拱架（見雷達(dá)圖像上的紅色標(biāo)識）。
（6） 鋼格柵：連續(xù)的兩個雙曲線強反射信號；
（7） 干擾：界面反射信號強，同相軸連續(xù)，由剖面表面至深部的強烈震蕩。
識別干擾波及目標(biāo)體的地質(zhì)雷達(dá)圖象特征是進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)圖像解釋的核心內(nèi)容。地質(zhì)雷達(dá)在地質(zhì)和地表條件理想的情況下，可得清晰、易于解釋的雷達(dá)記錄，但在條件不好的情況下，地質(zhì)雷達(dá)在接收有效信號的同時，也不可避免地接收到各種干擾信號。產(chǎn)生干擾信號的的原因很多，隧道常見的干擾有電纜、襯砌表面金屬物體、天線耦合不好，地下異常的多次波等，干擾波一般都有特殊形狀，易于辨別和確認(rèn)。（見圖1）
從雷達(dá)圖中可以看到襯砌表面的鋼拱架形成的多次振蕩干擾。
4 結(jié)論
1） 由于地質(zhì)雷達(dá)測試自身的原因，雖然能很好的標(biāo)示出缺陷的位置，但對于其介質(zhì)差異性，所以對脫空的厚度描述還不夠準(zhǔn)確，需要做更多的前期輔助工作來改進(jìn)其對厚度的準(zhǔn)確性。
2） 由于個人經(jīng)歷及能力有限，文中未能全部列舉隧道襯砌檢測中所遇到問題的圖片。
【摘要】現(xiàn)今我國公路道路的建設(shè)逐漸發(fā)展，并在規(guī)模上和投資成本上呈現(xiàn)逐漸擴大的形式，因此公路的路面的好壞將直接影響公路的整體運行質(zhì)量，同樣的公路投入運營的使用質(zhì)量將直接影響投資建設(shè)的效益和公路形象。因此對公路工程的運營質(zhì)量進(jìn)行檢測已經(jīng)成為了公路維護(hù)的重要環(huán)節(jié)。因此隨著公路檢測的難度加大以及重要性的發(fā)展，新型的雷達(dá)檢測技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展，它可以彌補過去隨機測點方法在速度上和密度上的不足，實現(xiàn)公路檢測的信息化和科學(xué)化，因此本文首先對雷達(dá)檢測技術(shù)的特點進(jìn)行概述，然后分析雷達(dá)檢測的工作原理，然后通過某工程實例，來探討雷達(dá)檢測技術(shù)在我國公路工程檢測中的實際應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】雷達(dá)檢測；公路工程；應(yīng)用實踐
雷達(dá)檢測技術(shù)在公路檢測中的應(yīng)用是指在不損害路面的情況下就可以對路面的結(jié)構(gòu)層進(jìn)行合理的、全面的掌握因此具有檢測速度快，檢測全面合理的獨特優(yōu)勢，我國傳統(tǒng)公路路面的檢測都是通過鉆芯取樣的方法，來檢測路面的實際厚度，因此會對公路的路面產(chǎn)生損壞，因此雷達(dá)檢測的技術(shù)在今后的公路檢測技術(shù)發(fā)展中將得到更廣泛的運用。
一、雷達(dá)檢測技術(shù)的特點
雷達(dá)的檢測應(yīng)用主要是通過超高頻的脈沖電磁波來有效的探測地下的整體介質(zhì)分布的一種物理檢測手段?，F(xiàn)今雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用的范圍愈加的廣泛，如建筑工程的地質(zhì)探測、礦井探測以及公路路面厚度檢測等多個領(lǐng)域，這與它獨特的優(yōu)勢特點是分不開的，其中具體的優(yōu)勢特點有：（1）可以對路面進(jìn)行無損性的探測，雷達(dá)檢測技術(shù)在公路路面的檢測中可以不進(jìn)行損毀就可以進(jìn)行連續(xù)的探測，因此省去了后面修補路面的成本和勞力，從而節(jié)約大量的成本和勞動時間。（2）檢測效率高，雷達(dá)探測器可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和應(yīng)用成像的全過程，并且整個過程儀器操作較為簡單，數(shù)據(jù)采集迅速，并且在車輛實際運行的狀況下也能進(jìn)行檢測，檢測的速度達(dá)到80km/h。（3）檢測的精度高，同其它檢測方法相比，探測雷達(dá)的實際分辨率可以達(dá)到厘米的等級，并且探測深度的符合率通常都小于5cm，因此探測的精度較高。（4）探測頻帶較寬，雷達(dá)探測器的無載頻脈沖類型，可以擁有寬度較高的頻帶，因此可以通過信息處理技術(shù)的應(yīng)用來提高公路檢測的探測能力和信號的分辨效率。（5）較強的抗干擾能力，雷達(dá)中設(shè)有屏蔽天線，因此可以只接受地面探測的信號，避開其它電磁波的影響，因此具有較強的抗干擾能力。
二、地質(zhì)雷達(dá)檢測工作原理和依據(jù)
（一）地質(zhì)雷達(dá)檢測工作原理
地質(zhì)雷達(dá)的檢測主要是通過雷達(dá)探測器向地下目標(biāo)發(fā)著脈沖式的高頻電磁波來進(jìn)行檢測，當(dāng)電磁波到達(dá)路面之后會根據(jù)不同的電性目標(biāo)和介質(zhì)，發(fā)散出不同散射和反射的現(xiàn)象。主要是指反射或散射出來的波頻和波長會出現(xiàn)明顯的差異，當(dāng)電磁波到達(dá)地面后，地面反射的波頻就會通過天線然后傳輸?shù)筋l率接收儀器上，然后就會通過觀測屏幕將檢測圖像具體的顯示出來，然后路面的檢測人員就可以根據(jù)圖像的特征來分析路面運行的質(zhì)量好壞，并可以迅速的采取相應(yīng)的促使進(jìn)行路面維護(hù)和補救。例如：當(dāng)路面發(fā)生脫空的情況時，雷達(dá)探測器發(fā)射的電磁波遇到地下的脫空狀態(tài)會反射出兩條反射波，然后根據(jù)具體的工作原理，檢測人員就可以實際的了解到路面是否發(fā)生脫空的現(xiàn)象，具體的路面脫空雷達(dá)檢測原理我們可以從圖一中形象的來看[1]：
（二）地質(zhì)雷達(dá)檢測工作依據(jù)
地質(zhì)雷達(dá)檢測最為明顯的特征就是對路面的無損檢測，由于探測深度較小，數(shù)據(jù)的分辨率較高，公路檢測目標(biāo)周圍存在電性差，當(dāng)差值越小，反射的系數(shù)就越小，差值越大，反射的系數(shù)也就越大。因此我們可以根據(jù)路面的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行分析，通常情況下路面分為表面層，由水泥混凝土或者瀝青改性材料修筑?；鶎雍吐坊鶎?，由水泥混凝土、穩(wěn)定性碎石或者石灰的穩(wěn)定材料等修筑?？梢愿鶕?jù)相關(guān)數(shù)據(jù)來確定各種材料的電性參數(shù)，公路表面層水泥混凝土電性參數(shù)為3-5，瀝青改性材料為5-10?；鶎拥碾娦詤?shù)通常情況下要不小于8。所以根據(jù)不同介質(zhì)的電性參數(shù)可以為雷達(dá)檢測提供良好的檢測依據(jù)。
三、地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的實際應(yīng)用
我們主要通過對某個發(fā)生路面損毀的公路進(jìn)行雷達(dá)檢測技術(shù)的實際應(yīng)用探析，運用CSSI SIR-20的地質(zhì)探測雷達(dá)來具體的闡述檢測技術(shù)的應(yīng)用。
1.路面厚度的檢測分析
通常情況下公路建設(shè)為了成本的節(jié)約，會減少公路路面的攤鋪厚度來獲得利潤的增加，所以現(xiàn)在對公路的檢測中路面厚度的檢測指標(biāo)已經(jīng)成為了路面質(zhì)量的重要標(biāo)志。我們對某公路路面的檢測設(shè)立IG形式的空氣耦合天線，然后數(shù)據(jù)的采集點的距離為每米1點，然后通過雷達(dá)進(jìn)行檢測，檢測完成后，選取70米的公路剖面長度進(jìn)行取芯試樣，總共設(shè)立3個取芯點，對第一個取芯路面厚度和雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行選取，然后根據(jù)雷達(dá)檢測的具體時間來確定第二個和第三個取芯點的路面厚度，檢測的結(jié)果說明，雷達(dá)檢測的第二個和第三個孔位的厚度與實際鉆芯取樣的厚度的誤差較小分別小于1.2毫米和負(fù)1.6毫米。所以地質(zhì)雷達(dá)的檢測數(shù)據(jù)和精度完全的滿足相關(guān)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。具體的對比表如表一所示：
2.公路路面病害的檢測
某公路建設(shè)后，在長時間通車負(fù)荷的情況下發(fā)生了許多病害，我們可以利用地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)有效的檢測路面病害的類型，然后采取合理的措施進(jìn)行維護(hù)。首先運用具有400米的屏蔽天線的探測雷達(dá)對公路的病害進(jìn)行檢測，該公路的路面結(jié)構(gòu)為瀝青表層、水凝混凝土的底板和基層，然后進(jìn)行分層探測，從雷達(dá)檢測的圖像進(jìn)行分析，該路段存在的主要病害類型有許多種，我們對其病害產(chǎn)生的原因和防護(hù)進(jìn)行分析：（1）基層的頂面較松散，主要是由于路面的施工時基層的材料配比不達(dá)標(biāo)，路面的壓實度不強，通車后長期受到雨水的侵蝕和車輛負(fù)荷的壓力等就會造成這種病害的發(fā)生。在雷達(dá)的圖像上這一類型的病害特征是路面基層的頂面起伏比較大，然后整體呈現(xiàn)松散的狀況。（2）路面基層發(fā)生沉降病害，使結(jié)構(gòu)層整體滑移，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是路面長期受到超載車輛負(fù)荷壓力，或者公路在前期建設(shè)中基層結(jié)構(gòu)不夠密實。雷達(dá)成像的特點路面的剖面圖呈現(xiàn)不平穩(wěn)的下降趨勢。（3）路基沉陷的病害發(fā)生，路基坍塌與路面建設(shè)不規(guī)范有關(guān)，會造成公路的局部段發(fā)生沉陷的現(xiàn)象。雷達(dá)檢測圖像顯示基層發(fā)生塌落，頂面的起伏比較大[2]。
結(jié)語：
隨著我國公路建設(shè)的不斷發(fā)展，地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)在公路工程的檢測的應(yīng)用中將會更加廣泛，運用雷達(dá)探測儀進(jìn)行公路工程的路面檢測，不僅具有超高的檢測精度和檢測速度，同時還能最大限度的減少檢測成本的應(yīng)用解放勞動力，所以在未來的不斷發(fā)展中，地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)在公路檢測中將會進(jìn)一步完善，為我國公路的合理建設(shè)和運營提供強大的技術(shù)支持。
摘要：目的：探究地下管線探測中地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用。方法：對地下管線探測中地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行簡單的闡述，立足于當(dāng)前地下管線探測現(xiàn)狀（存在的問題），分析地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用的優(yōu)越性，并且針對具體的地下管線探測工程的實施，對比性重點突出該技術(shù)應(yīng)用前后所產(chǎn)生的應(yīng)用價值（效果）。結(jié)果：地質(zhì)雷達(dá)探測地下管線的效率及質(zhì)量明顯的優(yōu)于傳統(tǒng)探測技術(shù)，能夠有效的降低安全隱患，保障地下管線探測工作的順利、健康、可持續(xù)發(fā)展。結(jié)論：利用先進(jìn)的地質(zhì)雷達(dá)探測地下管線的實際情況，能夠為地下管線的順利鋪設(shè)保駕護(hù)航。
關(guān)鍵詞：地下管線；探測；地質(zhì)雷達(dá)；應(yīng)用
0 引言
地下管線的種類繁多，而且不同尺寸、不同用途、不同材料性質(zhì)的地下管線，所適用的探測技術(shù)也不同，傳統(tǒng)的地下管線探測技術(shù)，往往難以準(zhǔn)確的評估損傷程度、無法直接檢驗地下管線的鋪設(shè)情況是否合格、且對地貌地形條件要求較高，容易引發(fā)一系列的安全隱患，且達(dá)不到理想的探測效果，而近年來，隨著城市建設(shè)的加快，地下管線越來越成為保證城市健康運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)性保障設(shè)施，他承擔(dān)著城市的信息運輸、用水輸送、污水排放、居民供暖等，而且隨著我國社會主義市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展、繁榮，城市建設(shè)中的地下管線的鋪設(shè)密度越來越大，錯綜復(fù)雜，逐漸的加大地下空間的開發(fā)力度，但是不可避免的就會導(dǎo)致一系列的安全隱患，而且由于已有的地下管線網(wǎng)絡(luò)排布比較雜亂，建設(shè)資料不完整的，進(jìn)一步加劇地下管線的探測難度，難以有效的避免探測問題的產(chǎn)生，因此，地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)應(yīng)運而生。地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)是一種高頻寬度電磁波地下管線探測技術(shù)，對于淺層的探測目標(biāo)，具備無損、快捷、連續(xù)、準(zhǔn)確、分辨率高等應(yīng)用優(yōu)勢，應(yīng)經(jīng)成為目前地下管線探測的最佳方式，基于此，本文對地下管線探測中地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行簡單的闡述，立足于當(dāng)前地下管線探測現(xiàn)狀（存在的問題），分析地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用的優(yōu)越性，并且針對具體的地下管線探測工程的實施，對比性重點突出該技術(shù)應(yīng)用前后所產(chǎn)生的應(yīng)用價值（效果）。
1 簡單的闡述地下管線探測中地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用技術(shù)
地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)：是在電磁波傳播理論的支持下，利用接收以及發(fā)射高頻寬譜電磁波，來有效的辨別地下介質(zhì)的分布情況。而且根據(jù)點此不傳播理論得知：電磁波在地下介質(zhì)傳播時，往往通過介質(zhì)的介電性質(zhì)以及介質(zhì)相應(yīng)的幾何形態(tài)，來使得電磁場的強度以及相應(yīng)的波形特征有所改變。地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)，是根據(jù)探測后，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，得出地下管線分布圖像的剖面圖，并且根據(jù)反射波組的波形以及對應(yīng)的強度特征，利用地質(zhì)雷達(dá)探測儀進(jìn)行同相軸的跟蹤，最終確定地下管線的實際分布情況，從而有效的指導(dǎo)城市建設(shè)。
2 當(dāng)前地下管線探測現(xiàn)狀（存在的問題）
2.1 探測效率及質(zhì)量差，難以有效的服務(wù)于城市建設(shè)
目前，我國的地下管線探測，在很大程度上還依靠人力探測，利用傳統(tǒng)的探測工具進(jìn)行地下管線的維修和養(yǎng)護(hù)，這樣的探測方式，往往耗時耗力，且所產(chǎn)生的價值微小，面對快速發(fā)展的城市化建設(shè)，難以提供快捷、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。同時，畢竟地下管線維修和養(yǎng)護(hù)人力資源是有效的，且部分人員的綜合素質(zhì)較差，缺乏系統(tǒng)的技術(shù)支持，容易造成人為失誤，最終導(dǎo)致不可估量的嚴(yán)重后果，影響到居民的正常生活秩序，也不同程度的影響到城市化建設(shè)進(jìn)程，影響文明城市的建設(shè)。
2.2 傳統(tǒng)的地下管線探測技術(shù)操作困難，流于形式
傳統(tǒng)的地下管線探測，往往需要耗費大量的人力、資金、材料等，存在嚴(yán)重的手動探測現(xiàn)象，相關(guān)工作人員需要深入地下進(jìn)行探測，容易造成人身安全隱患，且由于操作復(fù)雜，往往容易導(dǎo)致操作失誤，甚至部分工作人員對操作技巧的熟悉度并不高，部分員工按照自己的經(jīng)驗來執(zhí)行，缺乏科學(xué)性，容易引發(fā)一系列的問題。
2.3 分辨率低，難以準(zhǔn)確的掌握地下管線的實際分布情況
傳統(tǒng)的地下管線探測技術(shù)的分辨率較低，圖像比較模糊，對地下管線的分布狀況不能完整的呈現(xiàn)，甚至呈現(xiàn)片段化、零散化狀態(tài)，對于地下管線的實際分布的呈現(xiàn)，往往影響設(shè)計圖紙的準(zhǔn)確構(gòu)建，因此，影響到整個施工效率及質(zhì)量，并且在施工中，難以避免的會發(fā)生不可預(yù)知的穩(wěn)態(tài)，再進(jìn)行修復(fù)，往往會對居民的正常生活秩序造成較為長久的負(fù)面影響，不利于優(yōu)質(zhì)城市的建設(shè)。
3 闡述地下管線探測中地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用優(yōu)勢
3.1 無損快捷
地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)，對于淺層的探測目標(biāo)具有無損的應(yīng)用優(yōu)勢，而且該技術(shù)是利用接收以及發(fā)射高頻寬譜電磁波，來有效的辨別地下介質(zhì)的分布情況，可以利用先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)輔助技術(shù)，實現(xiàn)地上操作，且該技術(shù)具有高速反射的作用，快速運轉(zhuǎn)的聯(lián)網(wǎng)形式，能夠更加及時的掌握地下管線的實際分布情況，針對出現(xiàn)的問題，及時的采取解決措施，或者針對安全隱患，及時的做好控制防治工作，從而保障地下管線探測效率及質(zhì)量，保障居民的正常生活秩序，推動優(yōu)質(zhì)城市建設(shè)。
3.2 探測準(zhǔn)確且連續(xù)
地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)具有較高的準(zhǔn)確性能，且對地下管線的分布探測呈現(xiàn)連續(xù)性，能夠有效的避免探測結(jié)果的片面性，保障探測結(jié)果的完整性，同時，該技術(shù)是通過介質(zhì)的介電性質(zhì)以及介質(zhì)相應(yīng)的幾何形態(tài)，來使得電磁場的強度以及相應(yīng)的波形特征有所改變，從而能夠使得不同形態(tài)、不同性質(zhì)、不同功能的地下管線更加準(zhǔn)確的呈現(xiàn)出來，有利于地下管線的準(zhǔn)確選取，從而保障地下管線的鋪設(shè)質(zhì)量，同時保障施工安全，為整個地下管線的精準(zhǔn)探測提供一定的參考與指導(dǎo)。
3.3 分辨率高，圖像清晰，有利于城市建設(shè)
地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)的分辨率較高，所呈現(xiàn)出來的地下管線分布圖像比較清晰，能夠更加直接的掌握地下管線的實際分布情況，根據(jù)探測結(jié)果，進(jìn)行科學(xué)的施工設(shè)計，強化設(shè)計質(zhì)量，從而有效的服務(wù)于正式施工，為地下管線的正式鋪設(shè)打好堅實的基礎(chǔ)，另外，高分辨率的圖像，也可以應(yīng)用于整個城市建設(shè)探測，綜合評定該城市的建設(shè)水平。
4 工程實例
在北京市海淀區(qū)西二旗西路的某項工程建設(shè)，首先需要對該路段進(jìn)行明挖施工，并且需要將開槽深度控制在4m范圍內(nèi)，但是，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)資料的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)：該路段的地下管線分布比較復(fù)雜，而且埋深各異，對整個工程建設(shè)造成一系列的施工安全隱患，因此，需要借助地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)，明確的診斷該地區(qū)的地下管線的實際分布狀況，排除安全隱患，保障施工建設(shè)的順利開展。另外，根據(jù)探測實際情況以及應(yīng)當(dāng)遵守的測線布置原則，并且充分地考慮埋深，利用地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)，在路的兩側(cè)以及路中央設(shè)置3條測線方向，并且每隔20m均要布置1條橫向的測線。
5 探測結(jié)果及對比性分析結(jié)果
探測結(jié)果：利用地質(zhì)雷達(dá)檢測出：整個西二旗西路這項建設(shè)工程的測線長度為1195m，并且探測的有效深度為0-4.0m。另外，對原始圖像進(jìn)行了反褶積、數(shù)字濾波、影像增強等后期處理，準(zhǔn)確的探測出地下管線的分布情況。附：西二旗西路雷達(dá)測線布置圖，如圖1。
對比性分析結(jié)果：地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用之后，探測的反射波雙曲線現(xiàn)象嚴(yán)重，能夠清晰的檢測出地下管線的分布及形態(tài)，而且地下管線的形態(tài)不受雷達(dá)天線之間的距離的影響；在用用過程中，若雷達(dá)探測儀正處于探測目標(biāo)的上方，則顯示出，雷達(dá)波的傳播時間最短，能夠有效的提升地下管線的探測效率，并且保障探測質(zhì)量；在探測速度保持不變的情況下，若地下管線的埋深越大，則顯示出來的趨向形態(tài)越平緩，反之，則越明顯，能夠充分地掌握地下管線的分布節(jié)理，提升探測的準(zhǔn)確率。
附：地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備，如圖2。
6 結(jié)論
總之，地質(zhì)雷達(dá)探測地下管線的分布情況，具備無損、快捷、連續(xù)、準(zhǔn)確、分辨率高等應(yīng)用優(yōu)勢，利用先進(jìn)的地質(zhì)雷達(dá)探測地下管線的實際情況，能夠為地下管線的順利鋪設(shè)保駕護(hù)航，有利于推動和諧城市建設(shè)進(jìn)程。
【摘 要】通過對地質(zhì)雷達(dá)探測原理的深入理解，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)在礦井超前地質(zhì)預(yù)報中的經(jīng)驗，總結(jié)了斷層破碎帶，富水帶，節(jié)理裂隙密集帶等不良地質(zhì)現(xiàn)象在地質(zhì)雷達(dá)波形上的響應(yīng)特征，并進(jìn)一步分析了地質(zhì)雷達(dá)低頻的原因，從而為以后地質(zhì)雷達(dá)超前地質(zhì)預(yù)報提供參考經(jīng)驗，提高預(yù)報的準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】地質(zhì)雷達(dá)；斷層破碎帶；響應(yīng)特征；低頻
引言
地質(zhì)雷達(dá)用于礦井超前地質(zhì)預(yù)報的特點是探測距離短、探測精度高且成果可靠[1]。對于如何根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的波形和頻譜特征判斷圍巖質(zhì)量及各種不良地質(zhì)現(xiàn)象，前人在使用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報時取得了很多寶貴的經(jīng)驗[2-3]。但由于各地下工程的地質(zhì)條件千變?nèi)f化，根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的波形和頻譜特征判斷圍巖質(zhì)量及不良地質(zhì)現(xiàn)象既有共性，也有特性，因此超前預(yù)報既要參考前人經(jīng)驗，又要根據(jù)各礦井的具體地質(zhì)條件在每一個工區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的總結(jié)，才能提高超前預(yù)報的質(zhì)量。
根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)在礦井地質(zhì)預(yù)報中的經(jīng)驗，將各種常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象如斷層破碎帶、富水帶、巖溶帶等在地質(zhì)雷達(dá)上的響應(yīng)特征進(jìn)行總結(jié)，從而為以后類似不良地質(zhì)現(xiàn)象的預(yù)報提供參考依據(jù)，從而提高超前地質(zhì)預(yù)報的準(zhǔn)確率。
1 地質(zhì)雷達(dá)的基本原理
電磁波在介質(zhì)中傳播時，當(dāng)遇到電磁差異界面時，將依據(jù)電磁波的反射和透射定理產(chǎn)生反射和透射電磁波。反射波的強度及透射波的強度大小取決于反射系數(shù)（見式1）及透射系數(shù)（見式2）。
反射系數(shù)：
透射系數(shù)：
式中：ε1，ε2分別為上下層電磁波傳播介質(zhì)的介電常數(shù)。
由上式可以看出，電磁波反射系數(shù)的大小主要是由界面兩側(cè)的相對介電常數(shù)決定的，界面兩側(cè)介電常數(shù)差異越大，反射越強烈，越有利于探測到異常界面的存在。這是地質(zhì)雷達(dá)探測的地球物理基礎(chǔ)。
2 不良地質(zhì)現(xiàn)象在地質(zhì)雷達(dá)上的響應(yīng)特征
2.1 斷層破碎帶
斷層破碎帶是煤礦常見的一種不良地質(zhì)現(xiàn)象，以其松散、破碎、含水量多會對煤礦掘進(jìn)與開采施工產(chǎn)生影響，因此對其進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報，提前采取預(yù)防措施具有重要意義。
劉基[4]，肖宏越[5]等總結(jié)的成果表明斷層破碎帶的雷達(dá)波形錯段、分叉、合并等現(xiàn)象多，波形連續(xù)性差、電磁波能量衰減快、波幅變化大，波形雜亂；雷達(dá)波在穿越破碎帶的過程中，有時出現(xiàn)低頻化現(xiàn)象，電磁波能量衰減快且規(guī)律性差，特別是高頻成分衰減很快，自動增益梯度較大。
通過某斷層破碎帶8條測線的探測結(jié)果分析表明，會出現(xiàn)兩種情況，一是信號頻譜正常，整個探測深度內(nèi)都有波形，但波形連續(xù)性差，波形錯斷、分叉、合并等現(xiàn)象較多，波幅變化大，波形雜亂，典型見圖2-1。
另一種情況是信號低頻，僅淺部有信號且波形較雜亂，深部信號微弱或基本沒有。
通過前人總結(jié)及實地探測的成果表明，當(dāng)探測到以上波形現(xiàn)象時，應(yīng)注意是否存在破碎帶的可能，及時提出預(yù)警。
圖2-1 斷層破碎帶波形
2.2 富水帶
富水帶在地質(zhì)雷達(dá)波形圖上的特征是波形反射強烈，波幅寬大，波形連續(xù)性較好，呈黑條帶狀；其相位顯示為負(fù)相，頻譜圖一般會顯示低頻。出現(xiàn)此現(xiàn)象的主要原因是水充滿節(jié)理裂隙而使反射面連續(xù)性較好、水的介電常數(shù)與巖石的介電常數(shù)差異大且電磁波在穿越水時高頻成分衰減很快，因此顯示出以上波形特征。以下圖片是某富水段探測的結(jié)果，頻譜見圖2-2。
圖2-2 富水帶頻譜
2.3 節(jié)理裂隙密集帶
節(jié)理裂隙密集帶的主要裂隙面由于其產(chǎn)狀均大致相同，因而在地質(zhì)雷達(dá)上的響應(yīng)是波形圖上的一系列連續(xù)性較好的大致平行的同相軸，總體上看波形相對較平整，與富水帶的差別是反射沒有富水帶的長同相軸反射強烈，還有就是其頻譜圖上不會顯示低頻。
2.4 圍巖強風(fēng)化帶
一般圍巖強風(fēng)化帶普遍被認(rèn)為是均勻性較差，在地質(zhì)雷達(dá)上的響應(yīng)應(yīng)該是波幅變化大，波形連續(xù)性差，波形雜亂。出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因主要是因為強風(fēng)化的云母石英片巖結(jié)構(gòu)面空隙均被泥質(zhì)充填，結(jié)構(gòu)面兩側(cè)的巖體均向內(nèi)部發(fā)生不同程度的風(fēng)化，導(dǎo)致圍巖的介電常數(shù)是逐漸變化的，不存在突變，因而不存在強反射面且同相軸振幅小，此外由于圍巖本身破碎，又被風(fēng)化均一，因此橫向、縱向均不存在介電常數(shù)突變的強反射界面，故振幅變化都較均勻。
3 討論與分析
已有的研究成果表明，地質(zhì)雷達(dá)電磁波在遇到巖石破碎或巖石大量富水時，會產(chǎn)生低頻現(xiàn)象。從圖2-1的波形圖和圖2-2的頻譜圖可看出，在前方圍巖中富含大量的水時，電磁波信號的振幅會比較寬大，同時電磁波的頻譜呈現(xiàn)低頻的特征（100MHZ的地質(zhì)雷達(dá)天線的主頻為75-110MHZ之間）。
出現(xiàn)此種現(xiàn)象的主要原因，筆者認(rèn)為結(jié)合探測介質(zhì)的特性（破碎和富水）和電磁波的傳播及衰減特征，可以對該現(xiàn)象做出以下解釋：電磁波在穿過此類介質(zhì)（破碎和富水）時，高頻率的波衰減快，低頻率的波衰減慢，且頻率越高的波衰減越快，因此反射回來被儀器接收到的電磁波高頻成分相對減弱，低頻成分相對增強了，且越深處反射回來的電磁波低頻成分相對越顯著。而由波的頻率和波長的關(guān)系可知，頻率越低的電磁波信號，波長越大。因此，在高頻信號衰減快的情況下，最終儀器接收到的電磁波信號就綜合表現(xiàn)為低頻和振幅寬大的現(xiàn)象了。
4 結(jié)論
（1）通過實踐經(jīng)驗的積累，結(jié)合前人已有成果，總結(jié)了各種不良地質(zhì)現(xiàn)象如斷層破碎帶、巖溶帶等在地質(zhì)雷達(dá)波形上的響應(yīng)特征。
（2）地質(zhì)雷達(dá)電磁波信號的低頻現(xiàn)象主要是由于在破碎富水介質(zhì)中傳播時，高頻信號衰減快，低頻信號衰減慢造成，最終使信號表現(xiàn)為低頻和振幅寬大的特征。
摘要：本文針對隧道工程中易出現(xiàn)襯砌厚度不夠、襯砌與圍巖間存在脫空區(qū)、塌方回填不實以致影響隧道穩(wěn)定性的問題，探討了基于地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的檢測方法，論文首先探討了地質(zhì)雷達(dá)檢測的基本原理，進(jìn)而詳細(xì)分析了數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理、資料解譯的具體實施策略，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。
關(guān)鍵詞：隧道工程檢測地質(zhì)雷達(dá)
我國是一個地域遼闊，多山的國家，交通運輸發(fā)展很快，新修建的公路為縮短建設(shè)里程、改善線路走向及保護(hù)環(huán)境將大量修建隧道，以改變那種逢山繞著走、坡陡、曲線半徑小的現(xiàn)象。隧道工程既能保證行車安全又可防止滑坡、泥石流及提高行車速度和安全的可靠性，還能與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，保證自然景觀的完善。修建隧道作為公路施工中的重點環(huán)節(jié)，加強質(zhì)量檢測具有重要的意義，但由于隧道支護(hù)質(zhì)量較難檢測，易給通車后的營運和安全遺留下隱患。隧道常見的問題有襯砌厚度不夠、襯砌與圍巖間存在脫空區(qū)、塌方回填不實等。由于以上問題的存在，降低了襯砌的承壓力，嚴(yán)重影響隧道的穩(wěn)定，甚至可造成拱部坍塌。如果對以上問題能及時發(fā)現(xiàn)，采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?，可將施工中存在的質(zhì)量隱患排除在正常營運之前，確保以后隧道的正常使用。地質(zhì)雷達(dá)檢測是近年來應(yīng)用于淺層探測的一項新技術(shù)，其特點是快速、無損、連續(xù)檢測，并以實時成像的方式顯示探測結(jié)果，分析、解釋直觀方便。加上其探測精度高、樣點密、工作效率高等優(yōu)勢而倍受青睞。使用地質(zhì)雷達(dá)對隧道襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測是物探領(lǐng)域發(fā)展較為迅速、效果較為顯著的方法之一。
1 地質(zhì)雷達(dá)檢測的基本原理
地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備由兩個主要部分組成，即控制主機和天線。主機提供控制信號，由天線發(fā)射、接收超高頻電磁波。電磁波從天線發(fā)出，在襯砌和圍巖內(nèi)傳播，遇到襯砌邊界、內(nèi)部裂縫、空洞和圍巖及圍巖內(nèi)界面等都會發(fā)生反射，這些反射的電磁波又傳回天線，天線接收到這些反射信號，把它傳到主機，主機對這些反射信號進(jìn)行全時程數(shù)字化記錄，存儲并顯示出來。反射界面距離越遠(yuǎn)，反射信號往返所需時間越長；反射界面越平整、面積越大和兩側(cè)的物性差異越大，反射的信號越強。通過記錄到的反射波的走時和強度數(shù)據(jù)，可以判定反射界面的位置和兩側(cè)介質(zhì)的性質(zhì)，從中得到襯砌厚度、劈裂、空洞的位置和形態(tài)、圍巖結(jié)構(gòu)狀態(tài)等參數(shù)，達(dá)到高分辨無損檢測的目的。
從該方法的原理中可以看出，要從反射信號的走時換算到空間位置，需要了解混凝土和圍巖介質(zhì)的電磁波速度，它影響到測量深度的換算精度?？諝庵须姶挪ㄋ偈?.3 m/ns，一般干燥巖石為0.11 m/ns左右，水是自然界中電磁波速最低的物質(zhì)，為空氣的1/9，約為0.033 m/ns，在混凝土中的電磁波波速為0.12 m/ns。其反射和工作原理示意圖如圖1所示。
圖1 電磁波遇到地下物體后的反射示意圖
理論研究與試件的模擬試驗證明，雷達(dá)電磁波在物體或介質(zhì)中的傳播速度隨介質(zhì)的相對介電常數(shù)的增加而降低。介質(zhì)的介電常數(shù)不僅與介質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，而且還與介質(zhì)中的含水率有關(guān)，如果襯砌孔隙較多，又充有水，那么波速會顯著降低。物性的差異反映到波速的不同，同時也影響到反射信號強度的不同。在野外工作條件下，巖石、土和混凝土等工程介質(zhì)之間都有物性差異，之間的界面都能形成反射，它們的介電常數(shù)差異不大，界面反射信號雖不太強，但地質(zhì)雷達(dá)有足夠高的靈敏度將它們辨別出來。巖石、土、混凝土等工程介質(zhì)與水、空氣、金屬之間的電磁性質(zhì)的差異極大，界面反射信號很強，極易識別。在隧道襯砌檢測中金屬構(gòu)件、飽水帶、空洞乃至劈裂空隙反映更加明顯。
2 數(shù)據(jù)的采集
當(dāng)使用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行檢測時，發(fā)射和接收天線與隧道襯砌表面密貼，沿測線滑動，由雷達(dá)儀主機高發(fā)射雷達(dá)脈沖，進(jìn)行快速連續(xù)采集。雷達(dá)每秒發(fā)射64個脈沖，每米測線約有測點40個～60個。雷達(dá)時間剖面上各測點的位置和隧道里程相聯(lián)系。為保證點位的準(zhǔn)確，在隧道壁上每5 m做一標(biāo)志，標(biāo)上里程。當(dāng)天線對齊某一標(biāo)記時，由儀器操作員向儀器輸入信號，在雷達(dá)記錄中每5 m做一小標(biāo)記，50 m或100 m的整數(shù)樁號打一個大標(biāo)記。內(nèi)業(yè)整理資料時，根據(jù)標(biāo)記和記錄的首、末標(biāo)及工作中間核查的里程，在雷達(dá)的時間剖面圖上標(biāo)明里程樁號。選擇900 MHz和500 MHz天線，其他參數(shù)為：1）采集方式：連續(xù)測量；2）掃描點數(shù)：512；3）增益方式：自動；4）900 MHz天線的時間窗（記錄長度）為15 ns，500 MHz天線的時間窗為50 ns。
3 數(shù)據(jù)的處理與資料解釋
雷達(dá)探測透視掃描的所有記錄數(shù)據(jù)，在現(xiàn)場回放并轉(zhuǎn)儲在計算機硬盤上，室內(nèi)工作使用電腦進(jìn)行分析處理。數(shù)據(jù)與資料的處理基本可分為兩個階段：
（1）將記錄數(shù)據(jù)圖像回放顯示，通過分析，確認(rèn)標(biāo)志層與異常，確定突出異常的相關(guān)處理參數(shù)和使用程序；
（2）用雷達(dá)專用軟件進(jìn)行正式處理。探地雷達(dá)所接收的是來自地下不同電性界面的反射波，電性界面包括了地質(zhì)層界面和有限目的體的界面。探地雷達(dá)透視掃描提供的二維彩色圖像，由16種色彩組成，不同色彩反映的是電磁波反射強弱的變化，即反映了不同介質(zhì)的電性差異。探地雷達(dá)掃描圖像的正確解釋是建立在探測參數(shù)選置合適，數(shù)據(jù)處理得當(dāng)，有足夠的模擬試驗對比以及閱圖經(jīng)驗豐富等基礎(chǔ)之上。依據(jù)雷達(dá)圖像中的相位、頻率、幅值及形態(tài)等特征的不同，對雷達(dá)剖面逐一進(jìn)行了分析判別；并將不同地段的時間剖面和已知資料及鉆孔資料相對比，找出了不同界面及不同地質(zhì)現(xiàn)象的反射波形特征，對混凝土厚度、襯砌周圍松散帶、圍巖松動帶和基巖裂隙帶等進(jìn)行了解釋。
4結(jié)語
地質(zhì)雷達(dá)在隧道襯砌檢測過程中，能有效地探測到襯砌厚度、脫空區(qū)范圍、襯砌開裂、襯砌外圍擊巖富水等數(shù)據(jù)，對施工方采取加固措施消除隱患提供科學(xué)準(zhǔn)確的依據(jù)，將隱患排除在隧道投入使用之前，對隧道的安全使用和正常營運起到了重要作用。隨著地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)必將成為隧道施工質(zhì)量安全保證的必不可少的重要環(huán)節(jié)。
摘 要：隨著科技的迅猛發(fā)展與人們對道路質(zhì)量要求越來越高，我們通過以往大量的實踐結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于地質(zhì)雷達(dá)自身具有無損、精度高、分辨率高以及所耗成本低等特性，當(dāng)前的路橋檢測部門應(yīng)當(dāng)將其最大限度地貫穿于道路施工以及檢測維修的整個過程當(dāng)中去。該文主要闡述地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r以及相對應(yīng)的誤差分析，希望能在今后得到一些借鑒和參考。
關(guān)鍵詞：路橋檢測 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù) 應(yīng)用 誤差分析
所謂的地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)其實指的是一種具有精度高，與此同時還可以快速成像的高科技技術(shù)之一。歸納的說，其實這項技術(shù)主要就是借助地質(zhì)雷達(dá)根據(jù)所要檢測的物體屬性發(fā)射與之對應(yīng)的電波，不僅如此，還可以適當(dāng)?shù)慕邮詹糠謱υ撐矬w加以判斷的發(fā)射波。經(jīng)過多年來的努力研究以及在各個領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)作用十分顯著。
1 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r以及勘測誤差分析
1.1 發(fā)展?fàn)顩r
如果僅僅論地質(zhì)雷達(dá)概念的提出可以追溯到20世紀(jì)10年代，然后在人們對其不斷加強研究的過程中得到越來越為迅猛的發(fā)展，而且涉及到的領(lǐng)域也是越來越廣泛。但是值得我們注意的是，由于雷達(dá)所發(fā)射出的電波穩(wěn)定性較差，外加比較復(fù)雜，這樣一來就會對地質(zhì)環(huán)境造成很大的破壞。鑒于此，一直到20世紀(jì)70年代后，隨著各種電子技術(shù)的興起與發(fā)展，雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也隨之廣泛起來，并于80年代終于使得第一臺雷達(dá)設(shè)備問世。自從這臺雷達(dá)設(shè)備的出現(xiàn)，廣大研究學(xué)者產(chǎn)生極其濃厚的興趣，并在未來的時間里取得了一些重大突破，其中以成像技術(shù)為代表，這樣一來就可以在很大程度上提高了它的分辨率，大大幫助到了路橋檢測。
1.2 地質(zhì)雷達(dá)產(chǎn)生誤差分析
就這一點上來看，主要表現(xiàn)為：（1）反射信號時間差。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，要想十分準(zhǔn)確地對反射信號時間差進(jìn)行記錄，我們首當(dāng)其沖需要做的就是根據(jù)實際需要確定計算時間的起點。話雖如此，但是我們要是將探地雷達(dá)的觸發(fā)點（反射信號的）看作是物理時間的起點位置依然會存在一些問題。首先，直達(dá)波信號和地面反射信號的干擾如果比較強烈的話，會使整體記錄面貌變壞，這樣一來就會在一定程度上影響增益設(shè)置以及自動增益的使用效果。除此之外，天線的位置通常情況下都會隨著路況的不同而出現(xiàn)起伏顫動，在這個時候我們要想準(zhǔn)確無誤的識別地面反射點的位置并非易事。鑒于此，要想盡可能的提高起始零點的標(biāo)定精度，我們最為常用的做法就是將地質(zhì)雷達(dá)配備自動調(diào)零設(shè)置，設(shè)同時將時間起點移到地面反射信號位置。
2 在公路檢測中的實際應(yīng)用
通過以往大量的應(yīng)用結(jié)果表明，公路路基在通常情況下會由于含水量過高、承載力較低、壓實度無法達(dá)標(biāo)等綜合原因，會在很多時候造成路基產(chǎn)生過量沉陷，這樣一來就會形成空洞或者暗穴，情況嚴(yán)重的話局部還會產(chǎn)生滑坍等。另外，還會因為公路結(jié)構(gòu)層透水性差而造成局部出現(xiàn)集水現(xiàn)象。如果是這樣的話就會產(chǎn)生軟弱體等病害。通過多年的實踐情況看來，形成公路病害的原因是多種多樣的，有本身質(zhì)量所導(dǎo)致的，也有自然風(fēng)化或者是外界作用產(chǎn)生的。有一點值得注意的是，路基和路面問題通常是結(jié)伴而行的，而并非獨立存在，因此在調(diào)查公路病害的過程中，查明“病因”顯得尤為重要。以下就是地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在路橋檢測中的幾種主要應(yīng)用。
2.1 檢測公路基層與路基損壞程度
通過實踐表明，如果檢測出基層及路基損壞的區(qū)段較多的話，在雷達(dá)資料上的結(jié)構(gòu)層會表現(xiàn)為界面反射凹凸不平，反射波出現(xiàn)一定程度的扭曲。雖然說該段基層反射波起伏比較小。但連續(xù)性在通常情況下不是十分好的。如果發(fā)現(xiàn)路床反射非常微弱，但反射起伏程度比較大，這就可以從側(cè)面說明路基及基層已遭受外界的破壞。
2.2 檢測公路路面裂紋
通常而言，裂紋在高速公路病害異常中是肉眼難以捕捉到的。我們可以根據(jù)雷達(dá)探測原理可得出以下結(jié)論：頻率越高，探測越淺，分辨率也會隨之越高，反之亦然。從這一點上來看，雷達(dá)探測在通常情況下可有效解決淺層部位的裂紋異?，F(xiàn)象，如果是深部的裂紋我們最好的辦法就是采用超聲波探測法。主要表現(xiàn)為向兩邊分散的產(chǎn)生一定角度的同相軸。
3 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在修建橋梁工程中的實際應(yīng)用
通過多年的實踐表明，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在橋梁修筑中的應(yīng)用主要表現(xiàn)為以下幾個方面。
3.1 地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用于橋梁施工前的地質(zhì)勘察
換言之，就是可以通過這種地質(zhì)雷達(dá)來有效檢測出地質(zhì)條件，從而發(fā)現(xiàn)一些溶洞、夾泥層以及裂縫等所謂的不良地質(zhì)體，這樣一來就可以很好的提醒施工單位進(jìn)行安全施工做好充足的準(zhǔn)備，比方說某一個橋梁沉降檢測中，發(fā)現(xiàn)該橋梁竣工通車之后在很短的時間里有部分橋面出現(xiàn)了不同程度的下沉，在這個時候我們應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)就很容易的發(fā)現(xiàn)這是由于地層的底部位置存在較多的裂縫帶以及溶洞。
3.2 地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用于橋梁施工過程中
通過多次的實踐發(fā)現(xiàn)，在樁基施工之前我們可以通過雷達(dá)來有效的檢測出基地的實際地質(zhì)情況，并且在第一時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)溶洞或者夾泥層等一些不良現(xiàn)象后迅速的予以處理，從而保證施工質(zhì)量能夠達(dá)到設(shè)計要求，比方說在LTD2100+GC400兆赫的檢測過程中，施工人員可以在基底位置布置兩條測線（具體是安置在哪個位置依據(jù)實際情況而定），然后可以沿著邊線緊緊貼住移動地面天線進(jìn)行檢測。經(jīng)過正確的操作過后發(fā)現(xiàn)在基底下方的3m處存在較為強烈的反射信號，工作人員挖開后果然是夾泥層，這就證明了雷達(dá)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確無誤。
3.3 在橋梁建筑竣工后進(jìn)行驗收以及維護(hù)中的應(yīng)用
我們可以發(fā)現(xiàn)，在竣工后我們可以通過地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)正確的檢測出鋼結(jié)構(gòu)的水平以及垂直分布情況，與此同時還能夠發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部存在哪些不足之處等，如果一旦發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)分布情況與設(shè)計資料當(dāng)中的路面厚度不相符合，或者是施工與運營過程中所導(dǎo)致的內(nèi)部缺陷等相關(guān)問題后，施工單位可以派遣專職人員在第一時間進(jìn)行處理，從而最大限度地減少人力、物力、財力的重大損失，保障橋梁為人們出行提供便利。
4 結(jié)語
綜上所述，隨著地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的快速發(fā)展，因其自身所具備的獨特性，已經(jīng)應(yīng)用到了社會的各個領(lǐng)域，比方說在工程施工過程中，可以勘測該工程的地質(zhì)情況等。除此之外，我們必將會在今后對這項技術(shù)不斷進(jìn)行研究和實踐的基礎(chǔ)上加以完善，這樣一來就可以更加方便地借助更多較為先進(jìn)的技術(shù)，來提供更加扎實的技術(shù)保障，從而推動地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，為路橋檢測做出重要的貢獻(xiàn)。
摘 要：地質(zhì)雷達(dá)作為常用的物探手段之一，在隧道超前預(yù)報中大量應(yīng)用，本文結(jié)合某高速公路隧道實例，闡述了地質(zhì)雷達(dá)做超前地質(zhì)預(yù)報的原理和應(yīng)用范圍，并得出探測結(jié)論，旨在積累預(yù)報經(jīng)驗，為類似工程提供借鑒和參考。
關(guān)鍵詞：隧道施工；地質(zhì)雷達(dá)；地質(zhì)預(yù)報
1 前言
探地雷達(dá)（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR），又被貫以地質(zhì)雷達(dá)之稱，是淺層地球物理探測的一項新技術(shù)，具有高效性。它借用主頻電磁波，其波段達(dá)到數(shù)十兆赫至千兆赫茲，借助寬頻帶短脈沖的方式，由地面通過天線發(fā)射器發(fā)送至地下，經(jīng)地下目的體或地層的界面反射后返回地面，被雷達(dá)天線接受器所接受，進(jìn)行處理和圖像解譯的操作針對所接受的雷達(dá)信號，來實現(xiàn)探測前方目的體的目的。探地雷達(dá)較傳統(tǒng)的地球物理方法而言優(yōu)點是更加突出，具體體現(xiàn)為便捷迅速、高精度以及對原物體無破壞作用。故此，在道路建設(shè)和公路質(zhì)量檢測方面，探地雷達(dá)已漸漸被人們所認(rèn)識并得以廣泛應(yīng)用。從20世紀(jì)70年代地質(zhì)雷達(dá)就人們所應(yīng)用，到現(xiàn)在快有40年的歷史了，它的應(yīng)用范圍有了不小擴展，譬如考古考察、建筑工程、鐵路公路、水利電力、地質(zhì)采礦、航空飛行等領(lǐng)域起著重要的作用，也解決了諸多問題，例如現(xiàn)場勘察、選擇線路、檢測工程質(zhì)量、地質(zhì)預(yù)報、地質(zhì)構(gòu)造研究等。關(guān)于工程地球物理方向的探測方法也分好多種，像反射地震、地震CT高密度電法、地震面波及地質(zhì)雷達(dá)等方法均被涵蓋，但是地質(zhì)雷達(dá)卻以其高清的分辨率，直觀的圖象，便捷的使用，得到了工程界認(rèn)可信賴和歡迎。
2 地質(zhì)雷達(dá)探測的基本原理
2.1 工作的基本原理
地質(zhì)雷達(dá)是一種寬帶高頻電磁波信號探測介質(zhì)分布的非破壞性的探測儀器。斷面的掃描圖像即是雷達(dá)借助連續(xù)拖動的天線而獲取的。雷達(dá)不斷地把高頻電磁波發(fā)射到地下，在物體內(nèi)部傳播的電磁波信號在通過不同介質(zhì)的界面時，反射、透射和折射就會產(chǎn)生。介質(zhì)的介電常數(shù)差異愈大，反射的電磁波能量隨之愈大；反射的電磁波被與發(fā)射天線同步運行的接收天線成功接收后，借助雷達(dá)主機對反射回的電磁波的運動特征進(jìn)行精確記錄，再用技術(shù)對數(shù)據(jù)的進(jìn)行處理，形成斷面的掃描圖，利用圖像進(jìn)行判讀，即可獲取地下目標(biāo)物的實際情況。
雷達(dá)天線把電磁波發(fā)射與物體內(nèi)部，物體內(nèi)部的填充物或其密實度的差異，導(dǎo)致它們的介電常數(shù)有所不同，使電磁波于不同介質(zhì)的界面處形成發(fā)射，并被物體表面的接收天線所接收，參照電磁波發(fā)射到反射波返回的時間差及物體中電磁波的速度來測算反射體距表面的距離，完成探測出物體內(nèi)部的不同層面等結(jié)構(gòu)。
探地雷達(dá)主要借助寬帶高頻時域電磁脈沖波的反射探測目的體。
公式如下：
t=4z2+x2/v
雷達(dá)依據(jù)測取的雷達(dá)波走時，自動求出反射物的深度z及范圍。
圖1 雷達(dá)的工作原理及其探測方法
根據(jù)上述原理，可用地質(zhì)雷達(dá)儀探測地基中的不同地質(zhì)分層及異常體的位置、深度和范圍。
2.2 測試方法及儀器
不同頻率天線的測深能力也會存在差異，頻率愈低，探測深度愈大；且此次檢測的任務(wù)在于探測地質(zhì)構(gòu)造及斷裂帶，本次預(yù)報選用美國勞雷SIR-20地質(zhì)雷達(dá)，100MHz天線，采集參數(shù)為：采集方式為點測，每20cm一個點，每掃描采樣數(shù)為512，采集時窗為300ns，采用32次迭加。測線布置如圖2所示。
圖2 雷達(dá)測線布置
3 工程實例
3.1 工程概況
XX高速公路XX合同段XX隧道位于陜西省安康市紫陽縣縣城東部，設(shè)計為兩座單線隧道，左線長921米，右線長862米。結(jié)構(gòu)為Y形隧道，采用復(fù)合式襯砌。洞身最大埋深200m左右。隧道如圖3所示。
圖3 隧道整體圖
3.2 地質(zhì)情況
宋家梁隧道設(shè)計為強～弱風(fēng)化泥質(zhì)板巖、弱～微風(fēng)化泥質(zhì)板巖及微風(fēng)化輝綠巖，但實際施工過程中圍巖較差，只有極少段落為微風(fēng)化輝綠巖，其中進(jìn)口小凈距段全部為強風(fēng)化碳質(zhì)千枚巖，巖性極差，數(shù)次造成隧道冒頂塌方，按照普通圍巖支護(hù)無法進(jìn)行正常施工；且隧道緊鄰漢江，水系發(fā)達(dá)，而強風(fēng)化碳質(zhì)千枚巖遇水則成瀝青狀外流，造成極大安全和質(zhì)量隱患；且初期支護(hù)施作以后，圍巖變形大，且長期不收斂，強風(fēng)化碳質(zhì)千枚巖段落4～5個月不趨于穩(wěn)定，無法進(jìn)行下步施工；開挖時有地下水，且水量較大，后期地下水增大。且進(jìn)口段落為小凈距，左右洞施工干擾較嚴(yán)重。這些病害都危及到隧道施工安全與結(jié)構(gòu)質(zhì)量，嚴(yán)重制約隧道施工進(jìn)度，造成了人員機械的極大浪費，并給項目部造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。
4 檢測結(jié)果及分析
4.1 地質(zhì)雷達(dá)探測成果分析
根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)在隧道掌子面探測數(shù)據(jù)圖像（見圖4）分析，推斷此段0-25米范圍內(nèi)圍巖為微風(fēng)化碳質(zhì)千枚巖，呈碎裂狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理、裂隙發(fā)育，含水率大，整體穩(wěn)定性差，其中15-25米范圍內(nèi)，有稍強的反射截面，推斷該段范圍內(nèi)，圍巖裂隙增多，拱頂和拱腰位置可能有掉塊落實，可能有滲漏水，以及涌水，應(yīng)加強防排水措施。
圖4 ZK13+540掌子面雷達(dá)波列圖
4.2 驗證
經(jīng)過15天開挖，距預(yù)報掌子面13米處，隧道開挖掌子面由滲水變?yōu)橛克夜凹茏冃螄?yán)重，由于預(yù)報準(zhǔn)確，施工單位提前做好準(zhǔn)備，增強支護(hù)等級，提前抽調(diào)大量抽水設(shè)備，避免了災(zāi)害進(jìn)一步發(fā)生，為下一步施工的有序進(jìn)行，打下良好的基礎(chǔ)。
5 結(jié)語
根據(jù)以上實例，可以說明以下幾個問題：（1）地質(zhì)雷達(dá)用于隧道超前地質(zhì)預(yù)報中，可較快做出判斷，有利于下一步施工的安全有序進(jìn)行；（2）隧道超前預(yù)報，需要大量實踐，反復(fù)研究圖形和地質(zhì)情況，以提高工作水平；（3）地質(zhì)雷達(dá)的預(yù)報范圍不宜過長，20-25米為最佳預(yù)報范圍，最好留有一定的搭接長度。
未來，隨著我國經(jīng)濟的進(jìn)一步發(fā)展，隧道也將越來越多，大力拓展地質(zhì)雷達(dá)在隧道超前預(yù)報中的應(yīng)用，可以減少不要的損失，為工程的正常進(jìn)行提供有力的保障。
【摘要】為了研究地質(zhì)雷達(dá)在隧道無損檢測中的應(yīng)用，從理論出發(fā)對地質(zhì)雷達(dá)參數(shù)選擇及病害判別方法進(jìn)行研究，結(jié)合實際工程分析隧道襯砌背后空洞，襯砌混凝土密實程度等病害，結(jié)果表明雷達(dá)解釋準(zhǔn)確性比較高。為其他類似工程積累寶貴經(jīng)驗，具有一定指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】地質(zhì)雷達(dá) 隧道 無損檢測
1前言
隨著我國交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，隧道建設(shè)數(shù)量越來越多，斷面也不斷增大，施工難度越來越大，為了保證人民生命及財產(chǎn)安全，對隧道的施工質(zhì)量要求越來越來高。隧道在建設(shè)過程中隱蔽工程較多，病害一旦形成，如果得不到及時處理，在隧道運營中會產(chǎn)生很多安全威脅，如襯砌厚度不足，空洞等都會對安全構(gòu)成極大威脅，相比較傳統(tǒng)檢測方法，如取芯、開挖等直觀檢測，地質(zhì)雷達(dá)有快速、連續(xù)、無損的特點，能夠在不破壞襯砌的情況下對隧道病害進(jìn)行檢測，再通過計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析、解釋，可判釋隧道存在的病害。目前應(yīng)用探地雷達(dá)進(jìn)行無損檢測成為隧道質(zhì)量檢測的重要手段。
2地質(zhì)雷達(dá)方法
2.1地質(zhì)雷達(dá)原理
地質(zhì)雷達(dá)探測中一般以電磁脈沖的形式進(jìn)行探測，脈沖在介質(zhì)中的傳播遵循惠更斯原理、費馬原理和斯涅耳原理，發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象，其運動規(guī)律與地震勘探方法相似。這也是地震數(shù)據(jù)采集、處理和解釋方法技術(shù)廣泛應(yīng)用于地質(zhì)雷達(dá)的基礎(chǔ)。
地質(zhì)雷達(dá)是一種對地下的或物體內(nèi)不可見的目標(biāo)體或界面進(jìn)行定位的電磁技術(shù)。其工作原理是高頻電磁波一寬頻帶脈沖形式，通過發(fā)射天線被定向送入地下，經(jīng)存在電性差異的地下地層或目標(biāo)體反射后返回地面，由接收天線所接收。高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性特征及幾何形態(tài)而變化。故通過對時域波形的采集、處理和分析，可確定地下界面或地質(zhì)體的空間位置及結(jié)構(gòu)。
2.2隧道襯砌質(zhì)量檢測
襯砌是隧道的主要承載結(jié)構(gòu)，也是隧道防水的重要工程，其施工質(zhì)量對隧道長期穩(wěn)定發(fā)揮著重要的作用，因此對隧道工程質(zhì)量的檢測也顯得尤為重要。隧道襯砌質(zhì)量檢測包括隧道襯砌厚度，襯砌背后未填實的空洞，兩層襯砌間的脫空，地下水的侵入，襯砌混凝土的密實程度等，主要檢測方法即地質(zhì)雷達(dá)法。
地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行隧道襯砌質(zhì)量檢測一般采用400MHz或900MHz天線，檢測厚度因天線頻率不同而相差較大。檢測時一般布置5條測線，分布在隧道的拱頂、拱腰及邊墻三個部位，拱頂為隧道的正頂部附近，拱腰為隧道的起拱線以上1m作用，邊墻為排水改版以上1.5m左右。測量方式采用連續(xù)測量方式，為保證地質(zhì)雷達(dá)時間剖面上各測點位置與實際檢測里程相對應(yīng)，在檢測時在隧道邊墻上每10m做一個里程標(biāo)記，以供校正剖面上的里程樁號。檢測時天線要貼緊洞壁保持勻速運動，避免天線的顛簸對時間剖面產(chǎn)生干擾。
隧道襯砌檢測時會受到很多因素的干擾為了壓制干擾，對隧道襯砌檢測的地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)在解釋前，需經(jīng)過背景消除和反褶積濾波等數(shù)據(jù)處理，消除多次波和其他背景干擾波，突出襯砌介質(zhì)與圍巖接觸面上的反射信號。隧道襯砌質(zhì)量檢測中，相關(guān)介質(zhì)的物理參數(shù)如表2.1所示。
2.2.1檢測參數(shù)的選擇
檢測參數(shù)選擇合適與否關(guān)系到探測的效果。探測參數(shù)包括天線中心頻率、時窗、采樣率、濾波設(shè)置等。
（1） 天線中心頻率選擇
天線中心頻率的選擇通常需要考慮三個主要因素，即設(shè)計的空間分辨率、雜波的干擾和探測深度。根據(jù)每一個因素的計算都會得到一個中心頻率。
一般來說，在滿足分辨率且場地條件又許可時，應(yīng)該盡量使用中心頻率較低的天線。如果要求的空間分辨率為 （單位為m），目標(biāo)體相對介電常數(shù)為 ，則天線中心頻率可由下式初步選定：
（MHz） （1.1）
根據(jù)探測深度，也可以獲得中心頻率的選擇值。假設(shè)探測深度為D，則
（MHz） （1.2）
天線的中心頻率與對應(yīng)的探測深度如表2.2。
（2） 時窗選擇
時窗選擇主要取決于最大探測深度 （單位為m）與地層電磁波速度 （單位為m/ns）。時窗 可由下式估算：
（1.3）
上式中時窗的選擇值應(yīng)增加30%，這是為了地層速度與目標(biāo)深度變化所留出的余量。表2.3給出天線主頻與時窗大小的選擇。
（3） 濾波參數(shù)的選擇
地質(zhì)雷達(dá)測量中，自然界具有多種頻率成分的電磁波，這些電磁波將對測量造成較大的影響。在測量中需要設(shè)置濾波參數(shù)，來增強目標(biāo)體的異常響應(yīng)。
一般情況下，當(dāng)天線中心頻率確定以后，以一個天線中心頻率為帶寬進(jìn)行帶通濾波。即假設(shè)選擇100MHz天線，帶同范圍為50～150MHz。
2.2.2隧道襯砌病害識別
襯砌質(zhì)量檢測過程中，首先要在地質(zhì)雷達(dá)剖面上確認(rèn)出混凝土與圍巖或二襯與初支界面間的反射波同相軸，讀取反射波雙走時時間，按照公式 計算出混凝土襯砌厚度及異常埋深。電磁波在襯砌中傳播速度的求取方法可以采用標(biāo)定厚度的方法，即在已知厚度的襯砌上采用地質(zhì)雷達(dá)探測，通過厚度及雙程走時計算出電磁波在介質(zhì)中傳播速度。
脫空是隧道襯砌質(zhì)量檢測的重要內(nèi)容之一，如果脫空體內(nèi)為空氣，當(dāng)電磁波在混凝土與空氣、空氣與圍巖之間傳播時，上下界面會產(chǎn)生兩次強反射，雷達(dá)剖面上會出現(xiàn)雙曲線形態(tài)的強反射波，其同相軸與相鄰道發(fā)生錯位，依此特征可確定出空洞位置、分布范圍等。
襯砌混凝土欠密實在地質(zhì)雷達(dá)上會有明顯的顯示，在欠密實的區(qū)域，地質(zhì)雷達(dá)上出現(xiàn)反射相位不連續(xù)強反射信號。地質(zhì)雷達(dá)檢測分析的密實與否是反射波振幅與相位的變化程度得到的，其物理意義很難用密實度來量化。我們可以根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)剖面反射波振幅、相位的頻率的變化特征將襯砌混凝土劃分為密實和相對不密實兩種類型，在密實性好的混凝土上，雷達(dá)反射波的振幅呈指數(shù)衰減，反射相位穩(wěn)定，層內(nèi)沒有強振幅的雜亂反射；在不密實的混凝土上，雷達(dá)反射波的振幅變化較大，反射相位不穩(wěn)定，剖面上波形雜亂。
3工程實例
3.1工程概況
正岙隧道是溫州繞城高速公路西南線工程（仰義至閣巷）第01標(biāo)段內(nèi)雙洞六車道分離式隧道。左線隧道設(shè)計長度564m，設(shè)計樁號范圍為ZK3+361～ZK3+925；右線隧道設(shè)計長度697m，設(shè)計樁號范圍為K3+351～K4+048。隧道左右線凈高均為5m，凈寬為14.5m。襯砌采用復(fù)合式襯砌，二襯厚度Ⅲ級圍巖為450mm，Ⅳ級圍巖為500mm，Ⅴ級為圍巖為600mm。
3.2現(xiàn)場測試
為檢測正岙隧道右洞K3+710- K3+750襯砌背后空洞及密實情況，共布置5條測線，分別位于拱頂、左右拱腰及左右邊墻。為準(zhǔn)確確定病害位置，每10m打一標(biāo)記。地質(zhì)雷達(dá)采用中國電波傳播研究所LTD2100型探地雷達(dá)，采用400MHz屏蔽天線，詳細(xì)參數(shù)設(shè)置如下：
3.3數(shù)據(jù)分析及解釋
地質(zhì)雷達(dá)天線采集到的信號，其中包含很多干擾波，使雷達(dá)圖像很多有用信息被覆蓋，不能清晰的反應(yīng)目標(biāo)體。另外電磁波在傳播過程中會有不同程度的衰減，導(dǎo)致天線接收到的反射波與原始波形產(chǎn)生差異，因此需要借助計算機進(jìn)行有效處理，為使數(shù)據(jù)解釋更加正確。將采集的地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)傳至計算機中，應(yīng)用IDSP6軟件進(jìn)行處理，通過濾波、反褶積等處理達(dá)到突出有效信息，壓制干擾波的目的，通過雷達(dá)波形圖提取有效信息，判定隧道襯砌質(zhì)量病害。對于檢測結(jié)果與設(shè)計相差較大的地方，采用取芯法進(jìn)行確認(rèn)，證明檢測結(jié)果的正確性。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)有一定的局限性，因此對于雷達(dá)的應(yīng)用，要有針對性。
4結(jié)論
地質(zhì)雷達(dá)作為一種快速、連續(xù)、無損的檢測方式應(yīng)用到各個領(lǐng)域，它具有高分辨率、高效率、無損、結(jié)果直觀的優(yōu)點，相比較重磁方法、直流電法等采用位場進(jìn)行探測，地質(zhì)雷達(dá)都具有高分辨率的特點。但也與其他探測方法一樣，存在著一些缺陷，雷達(dá)波在傳播過程中有較大的衰減，限制雷達(dá)波的穿透能力。而且對于電磁脈沖，不同頻率成分的衰減程度不同，高頻成分衰減較嚴(yán)重，而低頻成分衰減較少，探測中會降低探測的分辨率，這是探地雷達(dá)的一個主要局限性。
摘要：在汕頭東海岸新城區(qū)圍海造地建設(shè)中，因填砂層、吹填淤泥層、原海床地層的分界線難以確定，道路建設(shè)中沉降值及沉降隨時間的關(guān)系計算誤差大，難以控制。通過靜力觸探、地質(zhì)鉆探、地質(zhì)雷達(dá)三種方式的對比分析，地質(zhì)雷達(dá)與靜力觸探測試的分層結(jié)果符合較好，且成本較低。研究認(rèn)為，通過地質(zhì)雷達(dá)確定的土層分層來計算道路沉降，與實測數(shù)據(jù)較為一致，能用于指導(dǎo)工程施工。
關(guān) 鍵 詞：地質(zhì)雷達(dá)；沉降；吹填造陸；道路
1前言
隨著世界人口數(shù)量的急增，人類活動空間不斷擴大世界范圍內(nèi)城市特別是港口城市可利用的土地資源越來越少，從上個世紀(jì)開始世界范圍內(nèi)開始進(jìn)行著大面積的圍海造陸工程。我國沿海城市的圍海造陸也在大力開展，在圍海造陸的過程中，沉降控制是一個較為關(guān)鍵的問題。張全威（2012年）通過有限元法對膠州灣產(chǎn)業(yè)新區(qū)圍海堤工程進(jìn)行了模擬和分析，對海堤施工中的位移特性及邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，但得出的結(jié)論和工程實際不大相符，可靠性不夠[1]。遲朝明（2013年）對青島圍海堤工程軟土地基處理工程進(jìn)行了研究，對現(xiàn)場路基沉降實測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，得出針對現(xiàn)場地質(zhì)情況下的地基變形規(guī)律，并通過變形規(guī)律確定現(xiàn)場施工指標(biāo)[2]。但是對現(xiàn)場地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)地勘探和原位測試，存在耗時長、費用大的問題。
李志佳（2013年）對惠州市大亞灣石化區(qū)D1、D2配套海堤地基采用了地質(zhì)雷達(dá)探測分析，認(rèn)為地質(zhì)雷達(dá)探測在分析海堤底淤泥及拋填層厚度的工作中，效果很好[3]。李大心（1996） [4]、薛建、田剛等（1997） [5]、劉敦文、徐國元等（2004） [6]分別研究了地質(zhì)雷達(dá)在公路建設(shè)中的應(yīng)用研究，認(rèn)為地質(zhì)雷達(dá)在路基工程質(zhì)量檢驗中，應(yīng)用效果較好，能滿足工程需要。在汕頭東海岸新城區(qū)圍海造地建設(shè)中，因填砂層、吹填淤泥層、原海床地層的分界線難以確定，道路建設(shè)中沉降值及沉降隨時間的關(guān)系計算誤差大，難以控制。通過靜力觸探、地質(zhì)鉆探、地質(zhì)雷達(dá)三種方式的對比分析，地質(zhì)雷達(dá)與靜力觸探測試的分層結(jié)果符合較好，且成本較低，能用于指導(dǎo)工程施工。
2土層厚度的測試對比分析
汕頭東海岸新城項目包括水利和市政兩大部分，涉及興建海堤、吹填造陸、內(nèi)河涌、泵閘站以及市政管網(wǎng)、主次干道、連接橋梁等多項工程內(nèi)容。
測試試驗段位于汕頭東海岸新城WE3路，兩個路段，分別為L0+252～L0+292、L0+370～L0+410。圖1為L0+272斷面上JT1號靜力觸探點的比貫入阻力Ps隨深度z的變化曲線圖，圖2為L0+272斷面的地質(zhì)雷達(dá)測試圖，圖中豎線為JT1號靜力觸探點所在位置。
分別采用單橋靜力觸探、地質(zhì)鉆探法、地質(zhì)雷達(dá)法對6個斷面12個點位進(jìn)行了土層分布測試。地質(zhì)雷達(dá)型號為sir-20型探地雷達(dá)，雷達(dá)天線頻率為40mhz。三種方法測試的砂層厚度見表1。
由表1 可以看出，各個測試點位的不同方法的測試值，比較接近；總體說來，地質(zhì)雷達(dá)法的測試值和靜力觸探法的較吻合，都比地質(zhì)鉆探法的測試值小。
因為松散砂層鉆探取芯是非常困難的，松散砂層幾乎全由粗、中、細(xì)砂組成，極為分散，遇水又極易流失，無膠結(jié)力，鉆孔極易坍塌。在這種地層中鉆進(jìn)要解決兩個問題，一個是鉆孔護(hù)壁。保證鉆孔結(jié)構(gòu)完整；一個是防止鉆進(jìn)中產(chǎn)生涌砂現(xiàn)象。在戈壁和沙漠地區(qū)，如新疆吐魯番鈾礦區(qū)、羅布泊環(huán)境科學(xué)區(qū)鉆探存在的主要問題是，在膠結(jié)松散、振動易碎的地層中，取心率很低（10-30%），往往使地層被誤判，上下層位被顛倒。這些問題一直困擾著鉆探界的技術(shù)人員，曾特邀烏茲別克鉆探專家伊萬來華指導(dǎo)，但也無好的辦法。伊萬先生說“松散砂礫石層鉆進(jìn)取芯，前蘇聯(lián)鉆探界曾投入大量人力、物力、歷時30多年，至今未找到很好的方法?！?
靜力觸探主要適用于粘性土、粉性土、砂性土。靜力觸探適用于地面以下50m內(nèi)的各種土層，特別是對于不易取得原狀土的飽和砂土和高靈敏度的軟粘土地層的勘察，更適合采用靜力觸探進(jìn)行勘察，來劃分土層及土類判別。
綜合分析，認(rèn)為地質(zhì)雷達(dá)法測試的優(yōu)點是能描繪出整個斷面的深度隨位置的關(guān)系曲線；從測試方法上來說，地質(zhì)鉆探法對于松軟、飽水砂層，存在鉆孔極易坍塌、地層分界線被誤判的問題，且測試費時、費用高，且測試的是少數(shù)幾個點位的砂層厚度，代表性不強；從測試原理上而言，靜力觸探非常適用于原狀土的飽和砂土和高靈敏度的軟粘土地層的勘察，測試結(jié)果精確，但測試費時、費用高，且測試的是少數(shù)幾個點位的砂層厚度，代表性不強。
由表1可以看出，采用地質(zhì)雷達(dá)法來對填筑砂層和吹填層進(jìn)行分層分析，具有足夠的準(zhǔn)確度。
3 沉降觀測及計算對比分析
汕頭東海岸新城WE3路，采用在已填筑的砂層上逐漸往前推進(jìn)的填筑方式，每個斷面的填筑在較短時間內(nèi)就完成了，可以視為一次填筑。根據(jù)吹填前的地質(zhì)勘探所得各地層的分布和參數(shù)，以及以上試驗斷面用地質(zhì)雷達(dá)法所測試的吹填淤泥和填砂層的厚度，對6個斷面的總沉降量及沉降s隨時間t的關(guān)系，進(jìn)行了計算?？偝两盗坑嬎悴捎梅謱涌偤头?，沉降s隨時間t的關(guān)系采用太沙基一維固結(jié)理論。計算方法如下：
在試驗路段，也進(jìn)行了沉降觀測。沉降觀測采用沉降板，因填砂層底是淤泥層，淤泥層不能承受沉降板的重量，故在淤泥層頂放置沉降板，沒有意義。故在填砂層完畢后，沉降板放置在填砂層頂，并加以保護(hù)和固定，保證沉降板不受潮汐和雨水的影響，且能隨基底一起沉降。沉降觀測數(shù)據(jù)至今已逾一年，觀測結(jié)果如圖5、圖6所示。
沉降觀測值和各種沉降計算結(jié)果如表2所示?？梢钥闯?，按地質(zhì)雷達(dá)法測試的土層分布計算的填筑后365d的沉降計算值，和沉降實測值比較接近，誤差在10～44mm之間，6個斷面的平均誤差為20.3mm；按地質(zhì)鉆探法測試的土層分布計算的填筑后365d的沉降計算值，和沉降實測值誤差較大，誤差在19～82mm之間，6個斷面的平均誤差近50mm。
4 結(jié)論
采用地質(zhì)雷達(dá)法來對圍海造陸中的土層分層測試，具有較高精度，與靜力觸探法相比效率高，成本較低，且能顯示全斷面的土層分層；地質(zhì)鉆探法在松散砂層中鉆探取芯困難，導(dǎo)致土層分層的誤差較大，從而導(dǎo)致沉降計算誤差較大。測試分析對比結(jié)論，能對相類似工程提供借鑒參考。
摘 要：隨著計算機信息技術(shù)的發(fā)展，地質(zhì)雷達(dá)無損探測技術(shù)在我國隧道工程的檢測當(dāng)中應(yīng)用越來越廣泛。文章闡述了地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)的基本原理，依托某隧道工程實例，對地質(zhì)雷達(dá)無損探測技術(shù)在隧道工程檢測中的具體應(yīng)用進(jìn)行了論述。期望通過文章的研究，能夠?qū)μ岣咚淼拦こ痰氖┕べ|(zhì)量有所幫助。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；無損探測技術(shù)；隧道；檢測
進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國交通和水利的發(fā)展越來越快，從而各類隧道工程的建設(shè)也越來越多，隧道工程的質(zhì)量檢測是非常關(guān)鍵問題。以往隧道工程的開挖的方式主要是直接爆破，達(dá)不到工程預(yù)期的效果，從而影響了隧道混凝土襯砌造成較大難度，使得襯砌層厚度無法滿足設(shè)計要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，隧道工程的施工方式發(fā)生了變化，工程開挖質(zhì)量得到了很大的改善，但是仍然存在著很多問題。此時高效率全方位的地質(zhì)雷達(dá)無損探測技術(shù)就出現(xiàn)了，為隧道工程的檢測提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。論文以某隧道工程為實例，來對地質(zhì)雷達(dá)無損探測技術(shù)進(jìn)行分析。
1 地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)的原理分析
地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備主要由控制主機和天線兩個部分構(gòu)成，主機的功能為提供控制信號，天線的功能為發(fā)射或接收超高頻電磁波天線發(fā)射電磁波后，電磁波在襯砌和圍巖內(nèi)傳播，一旦遇到內(nèi)部裂縫、襯砌邊界、孔洞、圍巖時就會發(fā)生電磁波反射，由天線接收反射的信號，并將其傳送至主機，主機負(fù)責(zé)全程記錄、存儲、顯不反射信號的強度、走時等信息反射信號的強弱與反射界面面積、平整度以及兩側(cè)物性差異有關(guān)，反射信號往返時間長短則與反射界面距離有關(guān)通過分析反射信號的相關(guān)信息，可以判定反射界面的位置和兩側(cè)介質(zhì)的性質(zhì)，獲取圍巖結(jié)構(gòu)狀態(tài)，襯砌厚度、劈裂、孔洞的形狀與位置等參數(shù)，實現(xiàn)無損探測。地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)的工作原理如圖1所示：
圖1 探測原理示意圖
2 某隧道工程實例地質(zhì)雷達(dá)無損探測技術(shù)的應(yīng)用分析
論文以某隧道工程實例為依托，對地質(zhì)雷達(dá)無損探測技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行論述。該隧道是基于新奧法的原理進(jìn)行設(shè)計施工，襯砌形式為復(fù)合式襯砌，為確保隧道工程的整體質(zhì)量，決定在施工過程中，采用地質(zhì)雷達(dá)無損探測技術(shù)對關(guān)鍵工序進(jìn)行質(zhì)量檢測。
2.1 雷達(dá)設(shè)備的選擇及參數(shù)的設(shè)置
在應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)對隧道工程進(jìn)行質(zhì)檢的過程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程實際情況選擇地質(zhì)雷達(dá)，并對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理確定基于本工程的特點，經(jīng)過多方面綜合考慮，最終決定選用RAMAC/GPR型地質(zhì)雷達(dá)，配以500mHz屏蔽天線該雷達(dá)的特點如下：高集成化、真數(shù)字式、體積小、重量輕，是目前唯一一款能夠由單人進(jìn)行操作的探地雷達(dá)其功耗較低，主機功耗僅為25W，系統(tǒng)耗電量較低，無需電瓶供電，給野外工作提供了極大的方便在質(zhì)檢過程中，需要重點控制的參數(shù)如下：采樣頻率設(shè)置為7005mHz；采樣點為483個；疊加次數(shù)為8次；觸發(fā)方式為時間觸發(fā)。
2.2 檢測項目及檢測要點
2.2.1 支護(hù)厚度檢測。在不考慮其它影響因素的前提下，由地質(zhì)雷達(dá)天線發(fā)射出的雷達(dá)波中，空氣直達(dá)波是傳輸速度最快且最先抵達(dá)接收天線的，次之的是表面直達(dá)波，反射波居于最后在影響反射波能量的各種因素當(dāng)中，隧道圍巖與混凝土的物性差異是關(guān)鍵性因素，研究結(jié)果表明，兩者之間的差異與反射波的能力成正相關(guān)的關(guān)系，雷達(dá)波經(jīng)由隧道圍巖和混凝土界面反射至雷達(dá)中的。反射信號在圖像中的具體表現(xiàn)為強振幅和連續(xù)同相軸，基于這一特性，便可在地質(zhì)雷達(dá)中準(zhǔn)確讀取出混凝土的厚度。
2.2.2 二次襯砌厚度檢測。隧道內(nèi)的圍巖與一二次襯砌間存在著非常明顯的差別，具體體現(xiàn)在物性和成分上，正是因為這此差異造成了圍巖、一次襯砌和二次襯砌三者間的介電常數(shù)不同，尤其是在襯砌與圍巖間當(dāng)電磁波經(jīng)襯砌進(jìn)入到隧道圍巖當(dāng)中時，通過觀察能夠發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象：即反射波的振幅增大、視頻率降低相關(guān)研究結(jié)果表明，電磁脈沖在結(jié)構(gòu)層的各個界面當(dāng)中均會發(fā)生一定程度的反射，并且不同結(jié)構(gòu)層中的電磁脈沖速度均不相同，按照反射的速度與時間，再借助相應(yīng)的計算公式，便可求出隧道結(jié)構(gòu)層混凝土的具體厚度。通常情況下，電磁脈沖在混凝土當(dāng)中的傳播速度可預(yù)先獲知，基于這一前提，采用地質(zhì)雷達(dá)對隧道襯砌混凝土的厚度進(jìn)行檢測時，關(guān)鍵環(huán)節(jié)是準(zhǔn)確獲得電磁脈沖在各個結(jié)構(gòu)層當(dāng)中反射時間。
2.2.3 脫空區(qū)檢測。由于空氣與混凝土的物性差異較大，從而導(dǎo)致了兩者之間的介電常數(shù)存在很大的差別。在隧道工程施工時，若是襯砌混凝土的背后回填密實度未達(dá)到設(shè)計要求，便會使混凝土與圍巖之間形成縫隙，此時電磁波在經(jīng)過空氣與混凝土界面時，就會出現(xiàn)較強的反射信號。相關(guān)研究結(jié)果表明，脫空區(qū)的區(qū)域越大，在雷達(dá)圖像當(dāng)中的圍巖界面就越清晰通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，在雷達(dá)圖像中的反射波呈弧形，并且多次出現(xiàn)，同時反射波具有同相軸的特點，它出現(xiàn)的位置一般都在混凝土層下方，隨著時間的變化反射波的能力會隨之增強為此，可按照雷達(dá)波在隧道洞內(nèi)的傳播速度和介電常數(shù)對脫空區(qū)的大小進(jìn)行計算，同時按照水平距離還可求出脫空區(qū)的具體范圍
2.2.4 鋼拱檢測。雷達(dá)設(shè)備發(fā)射的電磁波在傳播過程中存在能量傳遞由于傳播導(dǎo)體的電磁性差異較大，所以使得電磁波在傳播過程中一旦遇到金屬材料等良性導(dǎo)體，就會產(chǎn)生強烈的反射現(xiàn)象。在隧道工程施工中，經(jīng)常會使用到鋼支撐和鋼筋網(wǎng)，這兩種金屬材料結(jié)構(gòu)均屬于良性導(dǎo)體。在運用雷達(dá)無損探測技術(shù)進(jìn)行隧道檢測時，如果混凝土中存在鋼拱，那么就會在雷達(dá)圖像上顯不明顯的、呈月牙形的反射信號，且每一個鋼拱均會有一個對應(yīng)的反射信號；如果混凝土中存在鋼筋，那么就會在雷達(dá)圖像上顯不出強烈的、呈連續(xù)點狀的反射信號根據(jù)雷達(dá)無損探測獲取的信號形狀及雷達(dá)圖，可得知鋼筋、鋼拱數(shù)量及其分布情況等信息，用以判斷鋼拱和鋼筋用量是否滿足工程設(shè)計要求。
3 結(jié)語
總而言之，隧道工程施工質(zhì)量檢測是一項較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，在不影響施工正常進(jìn)行的前提下，對各道工序施工質(zhì)量的檢測，一般都是采用無損檢測技術(shù)本文依托某隧道工程實例，對地質(zhì)雷達(dá)無損探測技術(shù)在該工程中的應(yīng)用進(jìn)行論述，結(jié)果表明，地質(zhì)雷達(dá)能夠準(zhǔn)確檢測出隧道的施工質(zhì)量，為工程整體質(zhì)量的提升提供了強有力的保障。
作者簡介：房俊超（1981.04- ），男，陜西商洛人，本科，中鐵十二局集團第三工程有限公司，工程師。
摘要：隧道因其特有的結(jié)構(gòu)和功能要求，往往施工難度大，容易出現(xiàn)初期支護(hù)背后脫空，二次襯砌混凝土厚度不足等問題，給施工和運營造成相當(dāng)大的危害。為了避免類似問題的發(fā)生，就必須在施工過程中及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患并及時清除，通過地質(zhì)雷達(dá)方法檢測正好解決以上問題。它以其高分辨率和高準(zhǔn)確率，快速、連續(xù)且高效的無損檢測方法很快得到人們的認(rèn)可，經(jīng)過長期實踐和不斷發(fā)展被廣泛應(yīng)用于隧道襯砌質(zhì)量檢測中。本文介紹了地質(zhì)雷達(dá)工作原理與工作方法，并探討了地質(zhì)雷達(dá)在隧道檢測應(yīng)用時的技術(shù)要點。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；二次襯砌；背后脫空
一、地質(zhì)雷達(dá)工作原理與工作方法
（一）地質(zhì)雷達(dá)的工作原理
地質(zhì)雷達(dá)作為一種電磁技術(shù)，可以對地下的不可見目標(biāo)進(jìn)行定位。其工作原理是：以高頻電磁波的脈沖形式，通過電線定向傳入地下，反射回地面的電磁波被地面儀器接收。由于地下不可見目標(biāo)的不同，病害的類型也不同，那么電磁波到達(dá)之后會反射回不同的形式。再根據(jù)其返回波的性質(zhì)進(jìn)行分析，得到地底隧道病害的真實情況。地質(zhì)雷達(dá)并不適用于所有類型的病害檢測，其必須要具備一定的基礎(chǔ)條件，即襯砌或巖體中存在的孔洞與周圍物質(zhì)的相對介電常數(shù)差異較大。此外，我們還可以根據(jù)病害的時間，將病害類型的檢測分為建設(shè)之前和后期維護(hù)，即地質(zhì)的超前報告以及隧道健康監(jiān)測。只有兩種檢測同時應(yīng)用，才能有效的施工建設(shè)，并且在建設(shè)中、完工后避免意外，從而保障隧道運營的安全。
（二）地質(zhì)雷達(dá)工作方法
目前常用的時域地質(zhì)雷達(dá)測試方法有環(huán)形法、寬角法、多天線法、剖面法等，其中。以剖面法結(jié)合多次覆蓋技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。剖面法是發(fā)射天線（Tx）與接收天線（Rx）以固定間距沿測線同步移動的一種工作方法當(dāng)發(fā)射天線和接收天線的間距為零時，也就是發(fā)射天線和接收天線合二為一時、稱為單天線形式，反之稱為雙天線形式。剖面法的測試結(jié)果可以用地質(zhì)雷達(dá)時間剖面圖像表示，其橫坐標(biāo)記錄了天線在地表或襯砌面的位置，縱坐標(biāo)為反射波雙程走時，表示雷達(dá)脈沖從發(fā)射天線出發(fā)經(jīng)過地下界面反射回到接收天線所需要的時間。這種記錄能夠準(zhǔn)確描述測線下方地下各反射界面的形態(tài)，需要指出的是由于地下介質(zhì)對電磁波的吸收，來自地下深處界面的反射波會由于信噪比過小而不易識別，這時可應(yīng)用不同天線距的發(fā)射和接收天線在同一測線上進(jìn)行重復(fù)測試，然后將測試記錄中相同位置的記錄進(jìn)行疊加以增強對地下深部介質(zhì)的分辨率。
二、地質(zhì)雷達(dá)在隧道檢測中的應(yīng)用技術(shù)
（一）地質(zhì)雷達(dá)檢測參數(shù)
地質(zhì)雷達(dá)檢測時的參數(shù)設(shè)定是否符合緊切關(guān)系到檢測的效果。主要的檢測參數(shù)包括：采樣率、天線中心頻率、時窗、發(fā)射天線與接收天線的間距、測點點距。
1、時窗選擇
W=1.32dmaxM（2）
其中：M為介質(zhì)中電磁波的速度（單位：m/ns）dmax為探測深度（單位：m）。
2、采樣率的選擇
采樣率（時間采樣間隔）是記錄的反射波采樣點之間的時間間隔。按照尼奎斯特采樣定律采樣頻率至少要達(dá)到天線中心頻率的3倍。為了使記錄波形更完整，建議采用連續(xù)測量工作方式，采樣率取中心頻率的6倍。
（二）地質(zhì)雷達(dá)檢測工藝
1、布置測線
檢測隧道之前，一般沿隧道拱頂、左拱腰和右拱腰，以及左邊墻和右邊墻做5條測線。布線時要注意周圍的詳細(xì)情況，應(yīng)該遠(yuǎn)離地面噪聲源，剖面線必須能提供測區(qū)內(nèi)充分的細(xì)節(jié)，并使工作量最小。注意，對于特殊的檢測位置要特殊布線才能達(dá)到需要的精度。
2、標(biāo)定里程
當(dāng)雷達(dá)天線掃過檢測剖面時，雷達(dá)設(shè)備不能自動地在圖譜上標(biāo)定出檢測位置。主機采集到的數(shù)據(jù)是一系列平滑、連續(xù)的彩色圖譜。因此，需在檢測前對隧道作出里程標(biāo)識。一般是從隧道的進(jìn)口處開始，每5m用醒目的紅色油漆在隧道的邊墻上作出一個/o0標(biāo)識。檢測中，當(dāng)天線掃描過該標(biāo)識時，通過連接在主機上/Mark0端口上的打點器打點，每按動一次打點器，在與天線位置相對應(yīng)的圖譜上標(biāo)出一條明亮的/Mark0線，如此才能準(zhǔn)確地找出圖譜上各檢測點對應(yīng)的實際里程位置。
（三）地質(zhì)雷達(dá)波形分析
隧道現(xiàn)場施工過程中，主要有過程質(zhì)量控制和二襯成型檢測，過程控制中，主要檢測隧道初期支護(hù)完成后，初期支護(hù)厚度、鋼拱架間距、初期支護(hù)背后脫空等；二襯施工完成后，主要檢測二襯厚度、鋼筋間距、二襯背后脫空等情況，就各種檢測主要如下：
1、初期（二次）襯砌背后空隙判斷
初期（二次）襯砌背后空隙是指隧道襯砌背后沒有全部回填，初期（二次）襯砌與圍巖間存在的空洞。由于空氣與混凝土的介電常數(shù)差異較大，襯砌與圍巖之間有明顯的空隙，圖像中就會表現(xiàn)為襯砌界面反射信號增強，如果空洞較大，還會在界面信號下方產(chǎn)生繞射信號。
2、初期支護(hù)鋼架判斷
隧道初期支護(hù)完成后，為分析鋼架支架距離，判斷鋼筋有無，當(dāng)混凝土中有鋼架時，反射信號為分散的月牙形強反射信號。每一個月牙表示一根拱架。通過判斷檢測是否符合設(shè)計要求。
3、隧道二次襯砌鋼筋判斷
隧道二襯施工完成后，為分析二襯中鋼筋距離，判斷鋼筋有無，連續(xù)的小雙曲線形強反射信號，每一點信號代表一根鋼筋，鋼筋保護(hù)層越小，信號越明顯，通過上面距離以及顯示根數(shù)來判斷，是否符合設(shè)計要求。
4、隧道二襯厚度判斷
隧道二襯厚度檢測，是隧道的主要檢測項目，是隧道質(zhì)量控制的重要指標(biāo)，隧道襯砌厚度直接影響到襯砌結(jié)構(gòu)承載能力和隧道使用壽命，使用雷達(dá)掃描已經(jīng)成為重要的控制手段。二襯和初期支護(hù)由于物理成分和物理性質(zhì)存在著很大差異，介電常數(shù)存在明顯差異，特別是襯砌與圍巖之間，電磁波從混凝土進(jìn)入圍巖時，反射波形振幅顯著增大，頻率降低。
隧道混凝土厚度是根據(jù)電磁脈沖在各結(jié)構(gòu)層見面反射時間和各結(jié)構(gòu)層中電磁波的傳播速度計算得到的。厚度檢測的關(guān)鍵是確定電磁波在隧道各結(jié)構(gòu)層中傳播時問。然后根據(jù)電磁波在混凝土中的傳播速度計算出結(jié)構(gòu)層的厚度。
三、隧道襯砌地質(zhì)雷達(dá)檢測時應(yīng)注意的問題
地質(zhì)雷達(dá)在隧道襯砌檢測中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但仍存在不少問題，如：（1）由于支護(hù)表面不平整引起的里程記錄上的誤差和對檢測結(jié)果的誤判；（2）隧道內(nèi)的照明電纜、機械等對雷達(dá)波產(chǎn)生很大干擾，影響后期數(shù)據(jù)處理過程中對信號的解釋。為此，現(xiàn)場檢測時應(yīng)確保天線與襯砌表面密貼。并盡最保證移動速度均勻，對表面不平整段落可采用時間觸發(fā)進(jìn)行探測，現(xiàn)場應(yīng)隨時記錄可能對雷達(dá)波產(chǎn)生干擾的物體及其位置。另外，雷達(dá)檢測二襯厚度的精度與所取介質(zhì)的介電常數(shù)息息相關(guān)。因此，通過查表選取介電常數(shù)履然是不可取的，必須在檢測前對襯砌混凝土的介電常數(shù)作現(xiàn)場標(biāo)定。
地質(zhì)雷達(dá)檢測可用于施工過程質(zhì)量控制和竣工驗收質(zhì)量檢測。目前較多隧道建設(shè)管理部門存在重視竣工驗收質(zhì)量檢測、忽視施工過程質(zhì)量控制的現(xiàn)象，這是不可取的。隧道襯砌是隱蔽性工程，僅憑傳統(tǒng)的目測或鉆孔等方法難以對施工質(zhì)量進(jìn)行有效全面的控制，這就導(dǎo)致施工中容易遺留空洞、初噴或二襯厚度不足等質(zhì)量問題，如果等到竣工驗收再發(fā)現(xiàn)這些質(zhì)量問題顯然為時已晚。為此，施工過程中的地質(zhì)雷達(dá)檢查尤為重要。筆者建議隧道襯砌地質(zhì)雷達(dá)檢測可參考隧道襯砌質(zhì)量檢測流程圖，以便更好地控制隧道建設(shè)質(zhì)量。
