發(fā)布時間：2022-04-08 09:29:17
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇地質(zhì)雷達(dá)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
一、地質(zhì)雷達(dá)測試原理
地質(zhì)雷達(dá)一種利用電磁波信號在不同介質(zhì)中傳播運(yùn)動特性的寬帶高頻電磁波信號探測方法。地質(zhì)雷達(dá)探測系統(tǒng)發(fā)射機(jī)將高頻電磁波以短脈沖、寬頻帶的方式,通過發(fā)射天線將其定向發(fā)射至地下,經(jīng)過不同特質(zhì)的地下巖層或目標(biāo)體反射回地質(zhì)雷達(dá)并由接收天線接收。高頻電磁波在巖層中傳播時,由于巖層所含介質(zhì)的差異,導(dǎo)致其傳播路徑、電磁場強(qiáng)度及波形呈不同幾何形態(tài),通過對時域波形的采集、數(shù)據(jù)整理及分析,可確定地下巖層界面或異常巖體的空間結(jié)構(gòu)及其位置。隧道結(jié)構(gòu)地質(zhì)巖層具有明顯的電性差異,這是地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用的前提;這些界面可以形成良好的電磁波反射形態(tài),是地質(zhì)雷達(dá)在隧道襯砌質(zhì)量檢測中應(yīng)用的主要原理。
二、砼厚度的地質(zhì)雷達(dá)探測試驗(yàn)
試驗(yàn)?zāi)康氖欠治龅刭|(zhì)雷達(dá)對鋼筋砼構(gòu)件的檢測精度。試件尺寸為2m×2m鋼筋砼方柱,強(qiáng)度為C25,配合比(kg/m3)為水∶水泥(標(biāo)號為325)∶粗骨料∶細(xì)砂=195∶464∶551∶1170。其中粗骨料為19~31.5、9.5~19、4.75~9.5mm,經(jīng)篩分試驗(yàn)確定3種規(guī)格的摻量分別為30%、60%、10%,形成連續(xù)級配。經(jīng)檢驗(yàn),碎石為同顏色,不帶雜物,含泥量0.5%,壓碎值10.4%,符合規(guī)范要求。鋼筋主筋為直徑16mm二級螺紋鋼,間距93mm;箍筋為直徑10mm一級圓鋼,間距90mm。保護(hù)層厚度統(tǒng)一設(shè)置為40mm響了檢測精度,實(shí)際檢測精度可能更高,地質(zhì)雷達(dá)對于不同介質(zhì)界面的探測具有較高的精度,檢測結(jié)果較為可靠。
三、工程應(yīng)用案例
工程概況某隧道位于贛南山區(qū),為小凈距短隧道。隧道縱坡為單向坡,左、右線縱坡坡率分別為2.125%、2.1%。洞門均為1∶1.6削竹式。按新奧法原理設(shè)計為復(fù)合式支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)。根據(jù)地質(zhì)勘察揭示的圍巖情況,將洞身(包括緊急停車帶)劃分為FS3b、FS4a、FS4b、FS5a、FS5b、FS5c及明洞FSM等襯砌結(jié)構(gòu)類型。試驗(yàn)主要采用地質(zhì)雷達(dá)對淺埋一般段FS4a襯砌施工質(zhì)量進(jìn)行掃描檢測。FS4a型襯砌的結(jié)構(gòu)如下:初期支護(hù)為22藥卷錨桿(單根長3.0m),錨桿環(huán)距×縱距為1.0m×1.0m,噴射23cm厚C25砼,6@20×20cm雙層鋼筋網(wǎng)片,工字鋼(拱架)縱距1.0m;二次襯砌結(jié)構(gòu)為40cm厚C30鋼筋砼拱圈,40cm厚C30素砼仰拱。檢測結(jié)果分析為地質(zhì)雷達(dá)檢測10榀鋼拱架縱向間距的結(jié)果,為地質(zhì)雷達(dá)掃描檢測初期支護(hù)砼噴射厚度的結(jié)果,為地質(zhì)雷達(dá)掃描檢測二次襯砌砼鋼筋網(wǎng)片保護(hù)層厚度的結(jié)果。從表2來看,2#、5#、7#鋼架間距超過規(guī)范的允許偏差,施工方需在后續(xù)施工過程中嚴(yán)格控制鋼筋間距,確保鋼筋榀數(shù)滿足設(shè)計要求。
四、結(jié)語
利用地質(zhì)雷達(dá)檢測鋼筋砼結(jié)構(gòu)試件的保護(hù)層厚度,檢測結(jié)果精度較高,具有較高的可靠性,在工程實(shí)體無損檢測中具有較廣闊的應(yīng)用前景。將地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用到隧道工程中,可真實(shí)反映隧道工程的施工質(zhì)量缺陷,及時提醒施工單位加以修復(fù)或加固處理,為確保隧道施工質(zhì)量提供技術(shù)保障。
作者：余輝王吉慶肖欽單位：江西省高速集團(tuán)贛州管理中心
1地質(zhì)雷達(dá)探測原理
地質(zhì)雷達(dá)廣泛應(yīng)用于市政工程、地下設(shè)施、考古、地質(zhì)與水文等領(lǐng)域的探測和評估，原理是其主機(jī)通過天線由地面發(fā)射電磁波到地下，當(dāng)電磁波遇到不同電性差異的目標(biāo)體或不同介質(zhì)的界面時便會發(fā)生反射與透射，反射波返回地面，又被接收天線所接收。此時雷達(dá)主機(jī)記錄下電磁波從發(fā)射到接收的雙程時間t和幅度與波形資料，通過對圖像進(jìn)行解釋和分析，確定不同界面及深度、空洞等。
2儀器及測線布置
采用美國SIR-20型地質(zhì)雷達(dá)，根據(jù)不同的檢測深度要求配備270MHZ、100MHZ高頻天線。針對雞鳴驛古城內(nèi)的地下通道，城墻進(jìn)行探測，地下通道的檢測中，測線垂直通道延伸的方向布設(shè)，城墻的檢測中，測線沿城墻走向及垂直城墻走向進(jìn)行探測。
3測量參數(shù)
100MHz天線：測量方式采用連續(xù)測量，時窗范圍：150ns（最大探測深度可達(dá)30m），采樣率：512樣點(diǎn)/掃描，掃描率：32掃描/秒，每2m做一探測標(biāo)志。270MHz天線：測量方式采用連續(xù)測量，時窗范圍：100ns（最大探測深度可達(dá)5.0m），采樣率：512樣點(diǎn)/掃描，掃描率：32掃描/秒，每2m做一探測標(biāo)志，每探測一條另存為一個探測文件。本次探測工作依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）。
4數(shù)據(jù)處理與分析
通過對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行背景去除、濾波，設(shè)置介電常數(shù)、水平均一化等一系列處理，分析確定地下洞室的位置及深度，橫坐標(biāo)表示探測的水平距離，縱坐標(biāo)表示距地面的深度。由于空氣與土或與石的介電常數(shù)差異較大，所以當(dāng)結(jié)構(gòu)中有明顯的空隙或空洞時，地質(zhì)雷達(dá)會有明顯的強(qiáng)反射信號。雷達(dá)圖像上可以看出兩處空洞的位置、深度和大小，（a）處空洞頂距地面約1.5m，最深處距地面約4.5m，空洞高度約2m；（b）處空洞頂距地面約2.0m，最深處距地面約3.5m，空洞高度約2m。
5結(jié)論與建議
地質(zhì)雷達(dá)操作簡單，精度高，能對地下空洞、城墻內(nèi)部的裂縫破損進(jìn)行檢測，工程實(shí)例表明，采用地質(zhì)雷達(dá)對古建進(jìn)行勘測是比較準(zhǔn)確和可行的，探測效果較好，對古建的評估和加固提供了有力的支持。但是，地質(zhì)雷達(dá)還存在一定局限性，隨著探測深度的增大，探測精度降低，進(jìn)一步影響到探測質(zhì)量，有時會造成誤判，因此建議在古建探測中，地質(zhì)雷達(dá)、地震面波等多種無損檢測方式并用，能取得較好的探測效果。
作者：孫建超單位：陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院
摘要：介紹了地質(zhì)雷達(dá)的工作原理，地質(zhì)雷達(dá)是一種廣泛用于地質(zhì)探測的高頻電磁脈沖波技術(shù)，結(jié)合昌寧高速禮坊隧道實(shí)際工程，闡述了地質(zhì)雷達(dá)在隧道二襯質(zhì)量無損檢測中的應(yīng)用，簡述了測線布置、數(shù)據(jù)采集、圖像處理步驟，并對典型的雷達(dá)圖像進(jìn)行分析，證明地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在隧道工程無損檢測中能取得了較好效果。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；隧道；二襯檢測
1概述
隧道工程由于種種原因在施工期或運(yùn)營一段時間后，可能會出現(xiàn)表面裂紋、滲漏水等病害，通常這些病害多是由隧道潛在的隱患導(dǎo)致的，如襯砌厚度不足、襯砌背后存在大面積空洞或回填不密實(shí)等。傳統(tǒng)的施工質(zhì)量檢測往往采取鉆孔取芯、開挖取樣的破壞性手段，這樣對于防水要求極為嚴(yán)格的隧道施工極為不利。由于隧道工程是隱蔽性工程，因此需要一種有效、快速、無損的方法和手段進(jìn)行檢測。本文結(jié)合昌寧高速禮坊隧道實(shí)際工程，對禮坊隧道二襯質(zhì)量進(jìn)行了無損檢測。結(jié)果表明質(zhì)雷達(dá)在公路隧道質(zhì)量檢測方面效果比較理想，達(dá)到了指導(dǎo)施工的目的。
2地質(zhì)雷達(dá)的工作基本原理
地質(zhì)雷達(dá)作為一種無損檢測技術(shù)，自20世紀(jì)70年代開始應(yīng)用至今已有30多年的歷史，在工程各個領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用，主要解決場地勘查、線路選擇、工程質(zhì)量檢測、病害診斷、地質(zhì)超前預(yù)報和地質(zhì)構(gòu)造等問題。探地雷達(dá)的基本原理如圖1所示。地質(zhì)雷達(dá)是利用高頻電磁脈沖波的反射探測目的體及地質(zhì)現(xiàn)象的。其探測過程如下：地質(zhì)雷達(dá)通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁脈沖，此脈沖在向地下傳播過程中遇到地下介質(zhì)分界面時會產(chǎn)生反射。反射波傳播回地表后被接收天線所接收，并將其傳入主機(jī)進(jìn)行記錄和顯示，每一測點(diǎn)接收到一道雷達(dá)波形，一條測線上全部測點(diǎn)的雷達(dá)波形排列在一起，形成完整的雷達(dá)剖面，經(jīng)過資料的后處理，進(jìn)行反演解釋便可得到地下地層或目的體的位置、分布范圍、埋深等。
3工程應(yīng)用
3.1工程概況及參數(shù)設(shè)置
禮坊隧道為一分離式隧道，隧道長度為1625m，凈空寬×高為10.75m×5m。隧道區(qū)位于構(gòu)造剝蝕低山丘陵區(qū)，山體連綿起伏，山體植被發(fā)育，沿洞軸線洞身最高點(diǎn)高程約700m，地形起伏大，山勢較陡峻，隧道進(jìn)出洞口地形較緩，植被發(fā)育，風(fēng)化層厚。隧道區(qū)山體總體走向比較紊亂，大致呈南北走向，隧道區(qū)內(nèi)水量豐富，隧道區(qū)內(nèi)微地貌發(fā)育，主要為山間沖溝，為山間洪水及地下水的排泄通道。本次檢測儀器采用美國GSSI公司研制的TerraSIRchSIR3000地質(zhì)雷達(dá)。檢測之前，必須根據(jù)具體地質(zhì)情況，調(diào)節(jié)相應(yīng)的參數(shù)（主要包括雷達(dá)天線中心頻率、時窗和采樣次數(shù)等），以達(dá)到儀器的理想狀態(tài)。考慮到探測對象主要為隧道二襯質(zhì)量，檢測對象為二襯的厚度，鋼筋數(shù)量及二襯支護(hù)背后是否有空洞，所以本次檢測采用400MHz中心頻率的天線，測量方式采用連續(xù)測量。探測的時窗主要取決于探測的深度，考慮到本次探測主要為初期支護(hù)探測，檢測深度在1m之內(nèi)即可，則時窗可取為50ns。
3.2測線布置
根據(jù)規(guī)范要求及項(xiàng)目實(shí)施大綱，沿著隧道走向的3條測線，即拱肩2條（測線1、2）以及拱頂1條（測線3），如圖2所示。
3.3地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果
（1）二襯厚度檢測結(jié)果。圖3是采用Reflex軟件處理后的地質(zhì)雷達(dá)波形圖，該檢測段樁號范圍是ZK189+200~ZK189+230，沿測線1的位置數(shù)據(jù)采集。由于圍巖與二襯混凝土介電常數(shù)差別較大，電磁波在圍巖與混凝土界面?zhèn)鞑r將產(chǎn)生較強(qiáng)反射信號，圖3中繪制出的曲線即為該反射信號，表1列出了該檢測段測線3位置的二襯厚度的檢測結(jié)果。（2）二襯鋼筋數(shù)量檢測結(jié)果。圖4是采用Reflex軟件處理后的地質(zhì)雷達(dá)波形圖，該檢測段樁號范圍是ZK189+110~ZK189+117.5，沿測線1的位置數(shù)據(jù)采集。由于鋼筋與混凝土介電常數(shù)差別很大，電磁波在混凝土與鋼筋界面?zhèn)鞑r將產(chǎn)生強(qiáng)烈反射信號，圖4中用垂直箭頭標(biāo)記出了鋼筋具體位置，表2列出了該檢測段鋼筋數(shù)量的檢測結(jié)果。綜合表1、表2所得到的二襯厚度與鋼筋數(shù)量檢測數(shù)據(jù)，結(jié)果表明二襯施工質(zhì)量滿足設(shè)計及有關(guān)規(guī)范的要求。
4結(jié)論
通過在昌寧高速禮坊隧道進(jìn)行的多次地質(zhì)雷達(dá)無損檢測，得到了如下認(rèn)識：（1）地質(zhì)雷達(dá)作為一種無損檢測技術(shù)，具有成本低，操作方便快捷，探測精度高，數(shù)據(jù)采集與處理集于一身，目標(biāo)體等異常圖像清晰且易于識別等特點(diǎn)，能有效檢測出鋼筋異常以及二襯厚度。（2）禮坊隧道現(xiàn)場檢測結(jié)果表明，檢測部位拱頂測線及左、右拱腰測線二襯厚度滿足設(shè)計要求，測線部位襯砌層與原巖耦合良好。二襯鋼筋總數(shù)滿足設(shè)計及有關(guān)規(guī)范的要求。
作者:袁海波 單位:中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司
摘 要 闡述了地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的工作原理，介紹的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展概況，重點(diǎn)介紹了該項(xiàng)技術(shù)在公路和隧道領(lǐng)域的應(yīng)用方向，最后對該項(xiàng)技術(shù)在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用加以展望。
關(guān)鍵詞 路橋檢測；地質(zhì)雷達(dá)；發(fā)展現(xiàn)狀
近年來，隨著我國公路和橋隧建設(shè)規(guī)模的不斷增加，相關(guān)的質(zhì)量檢測任務(wù)日益加重。然而，公路與橋隧結(jié)構(gòu)的破壞常常始于各種隱蔽的或不可見的隱患，針對上述隱患檢測的傳統(tǒng)方法又不能及時、準(zhǔn)確地檢測及判斷隱患的具體情況。這就使得路橋結(jié)構(gòu)的維護(hù)針對性差、盲目性大，而真正的問題卻得不到解決。20世紀(jì)80年代后期，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)被應(yīng)用到公路與橋隧結(jié)構(gòu)的檢測領(lǐng)域，才為該類問題的解決打開了局面。
地質(zhì)雷達(dá)(Ground Penetrating Radar，簡稱GPR)又稱探地雷達(dá)、透地雷達(dá)，是用頻率介于106-109Hz的無線電波來確定地下或者巖體介質(zhì)分布狀況的一種方法。地質(zhì)雷達(dá)利用發(fā)射天線向地下或者巖體發(fā)射高頻電磁波，通過接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在介質(zhì)中傳播時遇到存在電性差異的界面時發(fā)生反射，根據(jù)接收到電磁波的波形、振幅強(qiáng)度和時間的變化特征推斷介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度。使用探地雷達(dá)對路橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測具有實(shí)時、簡便、高效、準(zhǔn)確、連續(xù)、信息豐富等特點(diǎn)。目前，該項(xiàng)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于公路與橋隧質(zhì)量控制及病害檢測中。
1 工作原理
地質(zhì)雷達(dá)的工作原理是利用寬頻帶發(fā)射天線過向介質(zhì)發(fā)射無載波電磁脈沖，電磁脈沖會在介質(zhì)傳播過程中遇到不同電性介質(zhì)界面時產(chǎn)生反射。由接收天線接收到反射信號后，將其傳輸?shù)街鳈C(jī)內(nèi)并將轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，再通過數(shù)據(jù)、圖像分析處理，就能計算出被探測介質(zhì)的某些參數(shù)，從而區(qū)分不同介質(zhì)層面，并確定不同層面物體的深度。
對于不同介質(zhì)，雷達(dá)波的穿透深度是不盡相同的，這主要取決于波的頻率和地下介質(zhì)的電學(xué)特性等因素的影響。一般地，頻率越高，穿透深度越小；導(dǎo)電率越高，穿透深度越小，反之亦然。在常見的工程材料中，混凝土的導(dǎo)電率高于瀝青，因此同樣頻率的雷達(dá)波在水泥中的穿透能力小于在瀝青中的穿透能力。在實(shí)際應(yīng)用中，需要針對檢測對象材質(zhì)的不同，調(diào)節(jié)探測電磁波的頻率。例如，在實(shí)際檢測工作中，探測瀝青路面常常使用頻率大于1 200MHz的天線，而對于水泥混凝土面層一般使用900MHz一1 000MHz的天線；探測路基可使用頻率為300MHz-900MHz的天線。
2 發(fā)展概況
在1910年，德國人Leimbaeh和Lowy首次闡明了地質(zhì)雷達(dá)的基本概念。此后的很長一段時間里，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)有了很大改進(jìn)。但由于電磁波在地下介質(zhì)中的傳播的復(fù)雜性和不均勻性，使得對地質(zhì)雷達(dá)的研究它僅限于相對均勻、對電磁波吸收較弱的地質(zhì)環(huán)境。1963年，Evans S應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對極地冰層的厚度進(jìn)行探測。1974年，PoceHo L T應(yīng)用該技術(shù)對月球表面結(jié)構(gòu)等。上世紀(jì)70年代以后，隨著電子技術(shù)的及現(xiàn)代處理技術(shù)的迅速發(fā)展與應(yīng)用，許多商業(yè)化的探地雷達(dá)系統(tǒng)先后問世，與此同時，探地雷達(dá)的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，極大促進(jìn)了地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在工程中的應(yīng)用。我國針對地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究始于上世紀(jì)80年代。1983年，鐵道部引進(jìn)了第一臺地質(zhì)雷達(dá)。此后，各科研部門經(jīng)過十幾年的不斷努力，在雷達(dá)硬件設(shè)備、目標(biāo)信號提取、目標(biāo)識別、目標(biāo)成像等方面取得重大進(jìn)展和突破，特別是成功地實(shí)現(xiàn)了對地下目標(biāo)的三維層析成像，大大提高了分辨率和清晰度，使地質(zhì)雷達(dá)在信號處理和成像技術(shù)方面進(jìn)入了世界領(lǐng)先行列。目前在我國，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)在軍事、地質(zhì)、水利、交通、城建等部門得到廣泛應(yīng)用。
3 在公路檢測中的應(yīng)用
地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)早期在公路檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用主要是探測路面結(jié)構(gòu)層的厚度，或是進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層材料特性的反演。近幾年，人們開始致力于研究應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)探測路面下的病害和缺陷，主要解決以下問題：
1)公路施工期：檢測公路各結(jié)構(gòu)層厚度和密度，及時監(jiān)控施工質(zhì)量，并做到在施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時質(zhì)量檢測；
2)公路使用期：定期快速、連續(xù)普測和路面與路基調(diào)查、路面與路基裂縫的調(diào)查。檢測層間脫空、空隙和破碎區(qū)域范圍，方便管理部門及時掌握道路變化趨勢，實(shí)施補(bǔ)救措施，并進(jìn)行道路狀況動態(tài)管理，為公路養(yǎng)護(hù)提供可靠的依據(jù)。
4 在隧道工程中的應(yīng)用
地質(zhì)雷達(dá)在隧道中的應(yīng)用主要針對有混凝土襯砌結(jié)構(gòu)檢測、隧道病害檢測。主要解決以下問題：
1)襯砌厚度及襯砌鋼筋檢測：檢測隧道襯砌結(jié)構(gòu)各層厚度是否達(dá)到設(shè)計要求，原理與公路層厚度檢測類似。又由于鋼筋屬于良性導(dǎo)體，當(dāng)雷達(dá)波從介質(zhì)入射到導(dǎo)體表面時，由于存在較大的電磁性差異，必然產(chǎn)生反射現(xiàn)象。從電磁波理論可以知道，金屬材料對雷達(dá)波具有很強(qiáng)的反射能力。所以可使用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對隧道襯砌結(jié)構(gòu)中鋼筋的分布和密度進(jìn)行檢測；
2)超前預(yù)報：隧道的特點(diǎn)是斷面大、距離長、地質(zhì)條件復(fù)雜。不良的地層條件極易引起隧道塌方、涌水等事故的發(fā)生。然而隧道工程所處環(huán)境的復(fù)雜性和不可預(yù)見性給安全施工帶來了不小的難度。為了盡量避免出現(xiàn)施工事故，在有地質(zhì)資料和理論分析作為參考依據(jù)的情況下，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)的超前探查技術(shù)對隧道圍巖變形進(jìn)行有效的監(jiān)測，實(shí)時分析和掌控隧道的變形情況，并對隧道的襯砌狀態(tài)進(jìn)行評價，可為施工提供指導(dǎo)性依據(jù)，從而達(dá)到安全施工的目的；
3)滲漏水：水對雷達(dá)波有強(qiáng)烈的反射，所以可以利用地質(zhì)雷達(dá)探測襯砌背后水的聚集情況，為防水與排水提供一定的依據(jù)。
5 結(jié)論
地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)雖然是一項(xiàng)較為前沿的檢測技術(shù)，但是以其獨(dú)特的優(yōu)越性，已經(jīng)在公路與橋隧結(jié)構(gòu)施工及后期檢測養(yǎng)護(hù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。例如，在工程建設(shè)前期，可利用地質(zhì)雷達(dá)對地質(zhì)概況進(jìn)行勘查探測，確定地質(zhì)結(jié)構(gòu)、查找不良地段；在工程建設(shè)過程中，利用地質(zhì)雷達(dá)可以準(zhǔn)確地探測出路面結(jié)構(gòu)層的厚度，進(jìn)而使施工質(zhì)量得到保證；在工程的服役階段，運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行常規(guī)例行檢測，以便于及時發(fā)現(xiàn)可能存在的各種隱患，為工程結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)和維修提供指導(dǎo)以及，這對于延長使用工程結(jié)構(gòu)的使用壽命具有重要意義。相信地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)定會成為交通部門一種高效先進(jìn)的無損檢測手段。
摘要:在橋梁病害中,由于橋頭引道高填土產(chǎn)生不均勻沉降,致使許多橋梁橋面與引道路面銜接處不夠平整順適,從而使車輛駛過橋頭時,產(chǎn)生輕微或嚴(yán)重跳車;橋后臺背沉降也是目前國內(nèi)城市道路較常見的病害;由于路面瀝青材料的老化,最終使得路基發(fā)生沉降,破壞了受力結(jié)構(gòu),出現(xiàn)空洞、路面沉陷的嚴(yán)重問題。探地雷達(dá)對于檢測橋梁臺后背的脫空情況有著其他探測手段所不能比擬的優(yōu)勢。文章對探地雷達(dá)對橋梁橋面下的缺陷檢測進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞:探地雷達(dá);橋梁橋面;缺陷檢測
在橋梁病害中,由于橋頭引道高填土產(chǎn)生不均勻沉降,致使許多橋梁橋面與引道路面銜接處不夠平整順適,從而使車輛駛過橋頭時,產(chǎn)生輕微或嚴(yán)重跳車。橋后臺背沉降也是目前國內(nèi)城市道路較常見的病害,而且隨著城市道路橋梁建設(shè)的加快,交通流量的增加,這個問題越來越突出。橋頭沉降跳車不但影響車速,影響行車質(zhì)量,也會影響橋梁使用壽命;由于路面瀝青材料的老化,極易造成上部的瀝青混凝土砼鋪裝層由于沉降而破壞,這種破壞的直接結(jié)果是路面開裂,地表水沿裂縫下滲直接沖刷臺背填土,導(dǎo)致臺背填土變形或者流失,最終使得該處路基發(fā)生沉降,破壞了受力結(jié)構(gòu),出現(xiàn)空洞、路面沉陷的嚴(yán)重問題。
近年來地質(zhì)雷達(dá)在路面、橋面的探測工作中得到越來越廣泛的應(yīng)用,它具有探測精度高,探測時間短,探測深度可控等一系列優(yōu)點(diǎn)。但是在地質(zhì)雷達(dá)的實(shí)際應(yīng)用中,仍然存在著一些問題。例如讀圖難度較大,需要大量工程經(jīng)驗(yàn)等。因此,本文在總結(jié)前人的基礎(chǔ)上,對地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié),并結(jié)合工程實(shí)例對地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用進(jìn)行了全面的描述。
一、地質(zhì)雷達(dá)探測原理
探地雷達(dá)作為路面檢測的一項(xiàng)新技術(shù),具有連續(xù)無損探測、高效、高精度等優(yōu)點(diǎn)。該方法既能準(zhǔn)確地提供城市道路面層和基層的厚度參數(shù),同時又可以探測路基內(nèi)存在的病害隱患及其結(jié)構(gòu)缺陷,有助于道路養(yǎng)護(hù)管理部門及時發(fā)現(xiàn)和盡早處理,確保道路行車的安全暢通。探地雷達(dá)由主機(jī)、天線和配套軟件等幾部分組成,根據(jù)電磁波在有耗介質(zhì)中的傳播特性,發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻脈沖電磁波,當(dāng)其遇到地下不均勻體(界面)時會反射一部分電磁波,其反射系數(shù)主要取決于地下介質(zhì)的介電常數(shù),雷達(dá)主機(jī)通過對此部分的反射波進(jìn)行適時接收和處理,達(dá)到探測識別地下目標(biāo)物的目的,如圖1、圖2所示:
電磁波在特定介質(zhì)中的傳播速度是不變的,因此根據(jù)探地雷達(dá)記錄上的地面反射波與地下反射波的時間差ΔT,即可據(jù)下式算出基層異常的埋藏深度H:
H=V?ΔT/2 (1)
式中,H即為目標(biāo)層厚度;V是電磁波在地下介質(zhì)中的傳播速度,其大小由下式表示:
式中,C是電磁波在大氣中的傳播速度,約為3×108 km/s;ε為相對介電常數(shù),取決于地下各層構(gòu)成物質(zhì)的介電常數(shù)。
雷達(dá)波反射信號的振幅與反射系統(tǒng)成正比,在以位移電流為主的低損耗介質(zhì)中,反射系數(shù)可表示為:
式中:ε1、ε2分別為上下介質(zhì)的介電常數(shù)。
由上式可知,反射信號的強(qiáng)度主要取決于上、下層介質(zhì)的電性差異,電性差越大,反射信號越強(qiáng),對于非磁性介質(zhì),電磁波的反射特性僅與介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)。城市道路為層狀結(jié)構(gòu),均為非磁性介質(zhì),各層介質(zhì)的介電常數(shù)有明顯的差異,它們之間能形成良好的電磁波反射界面。探地雷達(dá)發(fā)射的電磁波脈沖向下傳播遇到這些反射界面時,就會產(chǎn)生發(fā)射。當(dāng)結(jié)構(gòu)層發(fā)生破損(如出現(xiàn)空洞、裂縫、脫空等),在雷達(dá)資料中便會出現(xiàn)明顯的特征反射,如:脫空時將產(chǎn)生夾層反射,空洞會產(chǎn)生繞射等;當(dāng)結(jié)構(gòu)層因透水性問題而使某層含水量增大,或出現(xiàn)軟弱夾層時,介電常數(shù)將明顯增大,在資料中就可以得到高含水性的反射;且探地雷達(dá)具有極高的探測精度,在道路的結(jié)構(gòu)層劃分、病害檢測、隱患調(diào)查中具有良好的檢測效果。
各類巖石、各類土的電磁學(xué)性質(zhì)有了很多的研究和測定。空氣是自然界中電阻率最大、介電常數(shù)最小的介質(zhì),電磁波速最高,衰減最小。水是自然界中介電常數(shù)最大的介質(zhì),電磁波速最低。干燥的巖石、土和混凝土其電磁參數(shù)雖有差異,但差異不大,基本上多數(shù)屬于高阻介質(zhì),介常數(shù)在4～9之間,屬中等波速介質(zhì)。但是由于各類巖土不同的孔隙率和飽水程度,顯現(xiàn)出較大的電磁學(xué)性質(zhì)差異。這些差異表現(xiàn)在介電常數(shù)和電導(dǎo)率方面,決定了不同巖性對應(yīng)不同的波速和不同的衰減。
二、應(yīng)用實(shí)例
勘察所用儀器為意大利IDS公司生產(chǎn)的RIS_K2-0型雷達(dá),根據(jù)現(xiàn)場情況,選用400MHz天線工作,具體測試參數(shù)見表1:
(一)簡介
浙江省某橋建于1988年,全橋長273米,主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T梁,橋墩為鋼筋混凝土空心墩。
(二)測線布置與工作量完成情況
沿車輛通行方向南測引道布置測線5條,測線號分別為:02線、03線、04線、05線、11線;沿紹興路方向北測引道布置測線5條,側(cè)線號分別為:06線、07線、08線、09線、10線,測線長均為30米。測線布置示意圖如圖3所示:
工作量完成情況:
縱測線:10條×30米/條=300米。
(三)勘察結(jié)果分析
所有結(jié)果均在普通模式下查找存在缺陷的位置。進(jìn)行Move to Start處理,并在map_cl_01模式下觀察道路層狀結(jié)構(gòu)的完整性。在map_cl_01模式下路面瀝青面層呈藍(lán)色,墊層呈紅色,基層呈現(xiàn)紅藍(lán)交替的層狀結(jié)構(gòu)。這種現(xiàn)象是由于瀝青面層與墊層介電常數(shù)差異較大,且墊層介電常數(shù)大于瀝青面層,反射雷達(dá)波反相且反射強(qiáng)烈。
02～05線:02～06線典型區(qū)段如圖4所示。02～06線不存在明顯的缺陷,圖中可見,地基層厚實(shí),反射強(qiáng)烈,同相軸連續(xù),說明路面下結(jié)構(gòu)狀況良好。
06線:06線位置如圖5所示。06線自起始點(diǎn)12米以后的部分尚在施工,路面未鋪裝。從圖5中可以看到在12米處雷達(dá)圖像出現(xiàn)明顯的跳動,且同性軸出現(xiàn)錯位,與實(shí)際情況符合很好。
07～09線:07～09線位置如圖6所示。07～09線不存在明顯的缺陷,其典型區(qū)段如圖6所示。圖中可見,地基層厚實(shí),反射強(qiáng)烈,同相軸連續(xù),說明路面下結(jié)構(gòu)狀況良好。
10線:10線位置如圖7所示。從圖7中可見,在路面下距起始點(diǎn)7m存在疑似金屬管線物體,物體呈現(xiàn)正相雷達(dá)反射且反射強(qiáng)烈,反射曲線呈近似雙曲線,圖中13.5～16m處0.5～1.5m深處存在似高含水區(qū)。其它位置雷達(dá)探測圖如圖8的典型區(qū)段。從圖8中可見,同相軸連續(xù),說明路面下結(jié)構(gòu)狀況良好。
三、結(jié)論
根據(jù)以上的雷達(dá)探測圖像分析并結(jié)合已有的對垂直于行車方向進(jìn)行探測所得結(jié)果得出如下結(jié)論:該橋橋臺后背基本完好,部分存在疑似沉陷、松散、高含水等區(qū)域等缺陷。該探測結(jié)果與后期鉆孔取樣所得結(jié)果符合很好。因此,本次地質(zhì)雷達(dá)探測是成功的。
地質(zhì)雷達(dá)探測具有經(jīng)濟(jì),高效,非破壞性等優(yōu)點(diǎn),探測精度高,分辨率高。在公路橋橋面破損長期動態(tài)監(jiān)測方面必將有廣泛的應(yīng)用前景。
摘要：在長大公路隧道施工中，進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報是非常重要和必要的。超前地質(zhì)預(yù)報工作的成功與否，關(guān)系到隧道能否成功修建。文章結(jié)合某高速公路長大隧道的工程實(shí)際，通過地質(zhì)雷達(dá)方法在超前地質(zhì)預(yù)報中的成功案例，證明了地質(zhì)雷達(dá)在短距離超前地質(zhì)預(yù)報中的重要作用，提出了提高地質(zhì)雷達(dá)波形解釋、識別的準(zhǔn)確性和精度需要注意的問題，并對最佳作業(yè)時間進(jìn)行了建議。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；長大公路隧道；地質(zhì)超前預(yù)報
在隧道掘進(jìn)過程中，由于前方的地質(zhì)情況不明，常遇到斷層、破碎帶、溶洞等不良的地質(zhì)因素。如果對這些不良地質(zhì)情況做出及時地預(yù)報，提供較為準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，不僅可以提前采取相應(yīng)的措施以提高隧道施工的工作效率，還可以確保施工的安全進(jìn)行。地質(zhì)雷達(dá)因具有掃描速度快、操作簡便、重量輕、分辨率高、屏蔽效果好、圖像直觀等優(yōu)點(diǎn)在隧道超前預(yù)報中得到廣泛的應(yīng)用。
一、基本原理 地質(zhì)雷達(dá)是一種無損探測儀器。地質(zhì)雷達(dá)方法是一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜(1MHz～1GHz)電磁技術(shù)。它依據(jù)電磁波脈沖在地下傳播的原理進(jìn)行工作，電磁波脈沖由發(fā)射天線T發(fā)出，被地下介質(zhì)介面(或埋藏物)反射，由接收天線R接收，如圖1所示，然后將這些信號記錄下來成圖顯示出來，如圖2所示：
電磁波在介質(zhì)中傳播時其路徑、電磁場強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收波的旅行時間(亦稱雙程走時)、幅度與波形資料，可推斷介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。
目標(biāo)體到掌子面的距離d=vt／2(t為電磁波的雙程走時，ns；V為電磁波的傳播速度，cm／ns)。介質(zhì)中電磁波的傳播速度v=c。／e“。(c。為電磁波在空氣中的傳播速度，30cm／ns；e為介質(zhì)相對介電常數(shù)，對空氣為1，對水為81，對石灰?guī)r為6～7，對花崗巖為4～9)。實(shí)際上，電磁波在介質(zhì)界面產(chǎn)生反射就是因?yàn)閮蓚?cè)介質(zhì)的介電常數(shù)不同，差異越大反射信號越強(qiáng)烈，反之反射信號越差。一i、工程應(yīng)用
(一)工程概況
廣東省某高速公路長大隧道為分離式六車道隧道，左線長4762km、右線長482lkm。隧址區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，區(qū)域上主要為欄柯山背斜和欄柯山斷裂帶發(fā)育部位。地下水類型為基巖裂隙水，主要賦存于微風(fēng)化的開放性節(jié)理、裂隙中，分布極不均勻，弱風(fēng)化～微風(fēng)化層為弱透含水層。 參數(shù)設(shè)置：采用瑞典RAMAC／GPR地質(zhì)雷達(dá)100MHz天線進(jìn)行短距離超前地質(zhì)預(yù)報。采樣頻率998MHz、采樣點(diǎn)數(shù)為800、天線問隔1．0m、采樣問隔O．1m；采用鍵盤觸發(fā)方式；根據(jù)不同圍巖巖性設(shè)置相應(yīng)的電磁波傳播速度；預(yù)報范圍為15～30m。
測線布置：根據(jù)施工方法確定測線的布置形式。毛氈嶺隧道洞口段采用的施工方法有：上下臺階法和
摘 要：本文對地質(zhì)雷達(dá)工作原理進(jìn)行了簡單的介紹，針對地質(zhì)雷達(dá)點(diǎn)測法在橋梁樁基巖溶檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究分析，結(jié)合本次研究，發(fā)表了一些自己的建議看法，希望對地質(zhì)雷達(dá)點(diǎn)測法在橋梁樁基巖溶檢測中的應(yīng)用起到一定的參考和幫助，提高地質(zhì)雷達(dá)點(diǎn)測法的應(yīng)用效果，更好地完成巖溶檢測工作，為之后的施工打下良好的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)點(diǎn)測法；橋梁樁基巖溶檢測；應(yīng)用
在西部大_發(fā)發(fā)展過程中，很多高速公路、橋梁以及隧道的建立都會受到巖溶以及采空區(qū)方面因素的影響。想要解決這方面問題，首先要調(diào)查清楚采空區(qū)以及巖溶的分布和發(fā)育情況，僅僅依靠鉆探的方式，很難滿足投資以及工期等方面的要求。地質(zhì)雷達(dá)屬于最近幾年新興的一種勘探方式，與其他勘探方式相比，有著勘探成本低、分辨率高、勘探速度快等優(yōu)勢，非常適合對巖溶以及采空區(qū)分布和發(fā)育狀況的調(diào)查，本文就此進(jìn)行了分析研究。
一、地質(zhì)雷達(dá)工作原理
地質(zhì)雷達(dá)主要是借助高頻電磁脈沖波的反射來實(shí)現(xiàn)對地下目的體特征以及分布狀況的調(diào)查了解。其原理如圖1所示，借助發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻短脈沖電磁波，電磁波在傳播的過程中一旦碰到有電性差異底層或者目標(biāo)，就會出現(xiàn)透射和反射現(xiàn)象，天線接收反射波，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過電腦以反射波的形式將其記錄，之后對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，可以根據(jù)反射波的反射時間、幅度、波形等方面情況，對地下目標(biāo)的位置、分布以及結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行判斷。
對于地質(zhì)雷達(dá)所探測出的數(shù)據(jù)，可以借助專門的處理軟件，結(jié)合波形、相位、頻率、能量等方面情況，對當(dāng)前地形中的地下水、溶洞等方面情況進(jìn)行了解和掌握。因?yàn)榈刭|(zhì)雷達(dá)主要是借助發(fā)射天線將具有一定寬度的高頻電磁波發(fā)射至巖體中，受到巖體中介電常數(shù)的影響，會產(chǎn)生不同的反射波，被接收天線接收。雷達(dá)的工作以介電常數(shù)作為基礎(chǔ)。一般空氣中介電常數(shù)為1，巖石大約有4～20，水介電常數(shù)為81，見表1。因此，探地雷達(dá)對水由非常高的敏感性，主要表現(xiàn)為：第一，地質(zhì)雷達(dá)對于含水率高物質(zhì)以及水反射極為強(qiáng)烈，有著非常大的反射波；第二，雷達(dá)波在其他含水界面的反射波相位與入射波相位剛好是反向；第三，當(dāng)雷達(dá)波通過水體之后，其中的高頻成分會被水體吸收，降低反射波優(yōu)勢頻率；第四，在雷達(dá)波發(fā)射過程中，一旦碰到有小型溶洞，將會表現(xiàn)出“雙曲線”反射形式。
二、地質(zhì)雷達(dá)點(diǎn)測法在橋梁樁基巖溶檢測中的應(yīng)用
（一）采集注意事項(xiàng)
首先，在開展橋梁樁基探測時，需要盡可能地保證談側(cè)面的平整性，在進(jìn)行天線的移動時，需要盡量保持勻速移動狀態(tài)，并緊貼測量面，避免信號出現(xiàn)異常。其次，在實(shí)際的采集過程中，對于干擾信號，需要及時進(jìn)行記錄，比如說金屬管件的反射信號等，在之后的判斷過程中，如果不參考現(xiàn)場記錄，會非常容易將干擾物錯誤的判斷為地質(zhì)異常部位，在進(jìn)行記錄時，一定要詳細(xì)的記錄測線位置以及干擾物性質(zhì)，方便之后的分析。在移動天線時，要注意打碼，同時對標(biāo)記位置進(jìn)行準(zhǔn)確記錄。
（二）數(shù)據(jù)處理
因?yàn)闃痘撞繋r體的組成結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，同時不同的介質(zhì)對電磁波的反射以及吸收程度存在一定的差異性，檢測過程中還會受到外界各方面因素的干擾，導(dǎo)致天線接收的反射波強(qiáng)度變?nèi)酰ㄐ屋^為復(fù)雜，很難借助圖像實(shí)現(xiàn)對巖體構(gòu)成的判斷，因此，要做好對接收信號的處理。
一方面是增益調(diào)節(jié)，借助自動或者手動增益的方式，來實(shí)現(xiàn)對雜波的抑制和吸收。通過增益點(diǎn)，可以將不同時段不同的放大倍數(shù)進(jìn)行記錄，清楚地顯示各段的信號。點(diǎn)之間的變化是一個線性變化過程，主要是為了避免因?yàn)樵鲆娴脑黾訉?dǎo)致“強(qiáng)反射”現(xiàn)象的出現(xiàn)。增益的變化盡量保持平滑，過大會導(dǎo)致出現(xiàn)削頂現(xiàn)象，過小會丟失弱小信號。另一方面是濾波處理，受到高頻信號以及低頻信號的影響，真實(shí)有用信號會被掩蓋，借助濾波處理以及時頻變換的方式，可以將其中的低頻和高頻信號出去，最大限度降低外界因素的干擾。濾波可以使水平濾波，也可以是垂直濾波。
（三）雷達(dá)圖像分析
通過地質(zhì)雷達(dá)圖像剖面可以更好地解釋地質(zhì)雷達(dá)資料所表達(dá)的內(nèi)容，如果前方介質(zhì)中有電性差異存在，那么通過對地質(zhì)雷達(dá)剖面圖的分析，就可以找到其中所對應(yīng)的反射波。雷達(dá)剖面圖主要是用來識別有相同反射波組的同相軸。也就是說，當(dāng)雷達(dá)探測到構(gòu)造斷裂帶時，在剖面圖上會顯示出一條與之對應(yīng)的曲線，巖溶洞穴的波形則會由眾多細(xì)小拋物線共同組成較大區(qū)域，與周邊波形的區(qū)分十分明顯。大量實(shí)踐表明，地質(zhì)雷達(dá)對于溶洞、水、斷裂帶十分敏感，但是受到介電常數(shù)等方面因素的影響，實(shí)際探測距離往往會短于真實(shí)距離。
結(jié)語
借助地質(zhì)雷達(dá)點(diǎn)測法，與工程實(shí)際情況結(jié)合在一起，在橋梁樁基巖溶檢測中有著非常好的應(yīng)用效果，通過這種方式，可以準(zhǔn)確全面的探測出橋梁樁基區(qū)域內(nèi)地質(zhì)地形實(shí)際情況，尤其在巖溶發(fā)育的位置以及規(guī)模方面的探測，可以為之后施工方案的制定提供有利的參考。但是，在實(shí)際的應(yīng)用中需要注意，使用地質(zhì)雷達(dá)點(diǎn)測法進(jìn)行地質(zhì)檢測，探測深度以及精度很大程度上受到巖體性質(zhì)等因素的影響，越完整的圍巖，其實(shí)際探測精度就越高。
摘要： 在隧道開挖過程中，提前發(fā)現(xiàn)隧道前方的地質(zhì)情況，為施工方提供準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，對減少和預(yù)防工程事故的發(fā)生非常重要。通過采用地質(zhì)雷達(dá)法對南罕隧道進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報分析，結(jié)果表明： 地質(zhì)雷達(dá)法在超前預(yù)報隧道中不良地質(zhì)因素是可行的，結(jié)果真實(shí)可靠，可為其它隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報提供參考與借鑒。
P鍵詞： 地質(zhì)雷達(dá)；超前地質(zhì)預(yù)報；公路隧道
0 引言
目前，為了改善民生和發(fā)展經(jīng)濟(jì)，我國每年投資成百上千萬資金來修建高速公路。在修建高速公路工程中，為了縮短里程，改善線形及保護(hù)環(huán)境，在高山重丘地區(qū)常常需要開挖隧道。因此，隧道建設(shè)規(guī)模越來越大，其在交通建設(shè)中的地位也更加突出。在隧道施工過程中，時常因?yàn)閷η胺降刭|(zhì)情況不明，遇到很多不良的地質(zhì)因素，影響隧道工程的掘進(jìn)速度，甚至?xí)斐蓢?yán)重的工程事故。為了保證工程質(zhì)量和避免險情發(fā)生，引入了地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)是一種綜合有效的地質(zhì)預(yù)報方法，它與通訊雷達(dá)一樣，是利用高頻電磁波脈沖信號的反射來探測隧道前方地質(zhì)情況的。因此，地質(zhì)雷達(dá)對地下工程的質(zhì)量和施工安全，特別是地下復(fù)雜，規(guī)模較大的隧道工程，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時也對其他類似工程地質(zhì)預(yù)報的應(yīng)用也具有很大的推動作用。
1 工程概況
元蔓高速南罕隧道位于云南省紅河州元江縣至蔓耗鎮(zhèn)境內(nèi)，起止點(diǎn)樁號為K1+750～K4+215，隧道起點(diǎn)～K2+281.96位于R=1440的圓曲線上，K2+281.96～K3+311.87位于i=2%直線上，K3+311.87～終點(diǎn)位于R=1440的圓曲線上；隧道所在的路段縱坡為1.2%。隧址區(qū)氣候?qū)賮啛釒С睗駳夂颍昃鶜鉁?0.3℃，年均降雨量802.3mm，年均蒸發(fā)量2735.1mm。隧道區(qū)海拔高程介于500～740m之間，相對高差約240m。該段地勢陡峻，地形起伏較大，現(xiàn)多為荒地。隧道區(qū)左側(cè)有鄉(xiāng)村公路通過，交通較為便利。
2 水文和工程地質(zhì)條件
根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查、鉆探編錄資料分析，隧道區(qū)出露地層有第四系殘坡積（Q■■）層、第三系（N）和元古界哀牢山群鳳港組（Ptf）。第四系殘坡積（Q■■）：圓礫，褐紅色，稍密，少量次棱角狀；粉質(zhì)粘土，褐黃色、褐黃色，硬塑，稍濕。第三系（N）層：上層砂礫巖，灰白色，強(qiáng)風(fēng)化，成巖性差，抗沖刷能力極差；下層砂礫巖，灰、深灰色，中風(fēng)化，以礫巖為主，節(jié)理裂隙弱發(fā)育，巖體稍完整。元古界哀牢山群鳳港組（Ptf）層：片麻巖，灰、青灰色，中風(fēng)化，變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙弱發(fā)育。隧道區(qū)未見構(gòu)造發(fā)育的跡象，亦未見泥石流、滑坡崩塌等其他不良地質(zhì)作用發(fā)育，場地較穩(wěn)定。
隧道區(qū)段地表水系不發(fā)育，水量受區(qū)內(nèi)降雨及季節(jié)性影響較大，區(qū)域上屬元江水系。隧道區(qū)段地下水類型為第四系孔隙水及基巖裂隙水。第四系孔隙水多賦存于第四系松散土體中，多以潛水形式出現(xiàn)，水量很少；基巖裂隙水賦存于下伏基巖裂隙中，主要受大氣降雨補(bǔ)給。隧道正常涌水量為1150m3/d。雨季動態(tài)系數(shù)采用1.5，預(yù)測隧道最大涌水量約1725m3/d。
3 檢測原理和意義
超前地質(zhì)預(yù)報地質(zhì)雷達(dá)法是利用發(fā)射天線向前方介質(zhì)發(fā)射廣譜、高頻電磁波，當(dāng)電磁波遇到電性（介電常數(shù)、電導(dǎo)率）差異界面時將發(fā)生透射、折射和反射現(xiàn)象，同時介質(zhì)對傳播的電磁波也會產(chǎn)生吸收濾波和散射作用。用接收天線接收并記錄來自前方的反射波，采用相應(yīng)的處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)圖像結(jié)合工程地質(zhì)及地球物理特征進(jìn)行推斷解釋，對掌子面前方的工程地質(zhì)情況（圍巖性質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、圍巖完整性、地下水和溶洞等情況）進(jìn)行預(yù)測[1]。
預(yù)測和判定掌子面前方圍巖的工程地質(zhì)情況和隧道圍巖級別等信息[2]，為隧道施工支護(hù)提供技術(shù)依據(jù)、防止可能出現(xiàn)的工程險情、確保合理的施工方法，促使隧道施工技術(shù)更加合理科學(xué)。
4 檢測現(xiàn)場工作及結(jié)果
4.1 測線布置
現(xiàn)場采用臺階法預(yù)留優(yōu)秀土開挖，掌子面自穩(wěn)困難需要超前支護(hù)。本次地質(zhì)超前預(yù)報采用MALA X3M型地質(zhì)雷達(dá)，探測天線為100MHz屏蔽天線，點(diǎn)距0.10m。根據(jù)現(xiàn)場條件，測線按從左到右布置，如圖1所示。
【摘 要】隨著礦井開采向深部延伸，地質(zhì)條件更復(fù)雜，安全管理難度大，現(xiàn)使用地質(zhì)雷達(dá)對礦井地質(zhì)構(gòu)造探測，通過對煤礦井下掘進(jìn)巷道超前探測和地面實(shí)驗(yàn)的使用，探前探后的對比驗(yàn)證，取得了良好的效果。
【關(guān)鍵詞】礦井地質(zhì)構(gòu)造；地質(zhì)雷達(dá)；斷層；應(yīng)用效果
1 現(xiàn)狀分析與存在問題
礦井開采存在著各種地質(zhì)災(zāi)害，尤其是礦井的瓦斯、水、應(yīng)力等災(zāi)害，不僅影響煤礦開采的效率，也極大地影響安全生產(chǎn)。巷道在掘進(jìn)過程中遇到斷層、陷落柱、煤巖體結(jié)構(gòu)破碎等不良礦井地質(zhì)條件時，將會影響巷道掘進(jìn)施工，同時還可能導(dǎo)致礦井水、瓦斯等災(zāi)害的發(fā)生，給礦井安全生產(chǎn)帶來極大的威脅。煤層中的瓦斯含量與瓦斯壓力一方面與煤層的埋藏深度有重要關(guān)系，另一方面與煤層的賦存條件和地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，在斷層、褶曲、煤層厚度變化區(qū)、火成巖侵入?yún)^(qū)等地質(zhì)構(gòu)造附近，往往易發(fā)生煤與瓦斯突出現(xiàn)象。掘進(jìn)前方是否存在地質(zhì)異常體，已成為影響掘進(jìn)生產(chǎn)速度和生產(chǎn)安全的主要因素。
隨著礦井開采向深部延伸，地質(zhì)條件更復(fù)雜，安全管理難度大，采掘接替緊張。以往礦井對地質(zhì)構(gòu)造探測的主要物探手段有瑞利波探測技術(shù)和地震波探測技術(shù)，兩種儀器在施工效率、經(jīng)濟(jì)價值、探測精度上，都不能與礦井當(dāng)前環(huán)境下降本增效、`活高效的理念相匹配。為提升掘進(jìn)前方構(gòu)造異常體探測精度，保證掘進(jìn)生產(chǎn)速度和安全，結(jié)合礦井實(shí)際，將探地雷達(dá)探測技術(shù)運(yùn)用到礦井下。通過對礦井下掘進(jìn)巷道超前探測和地面實(shí)驗(yàn)的使用，探前探后的對比驗(yàn)證，取得了良好的效果。
2 探地雷達(dá)基本原理
探地雷達(dá)（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR，又稱地質(zhì)雷達(dá)）方法是一種用于確定地下介質(zhì)分布的光譜（1MHz～1GHz）電磁技術(shù)。在系統(tǒng)主機(jī)的控制下，發(fā)射機(jī)通過天線向圍巖內(nèi)定向發(fā)射高頻寬帶電磁波脈沖[1]。垂直于巖層表面向圍巖內(nèi)傳播的電磁波當(dāng)遇到有電性差異（主要是介電常數(shù)、電導(dǎo)率）界面或地質(zhì)異常體時即發(fā)生反射，反射波被天線接收進(jìn)入接收機(jī)，并傳到主機(jī)，主機(jī)對從不同深度返回的各個反射波進(jìn)行放大、采樣、濾波、數(shù)字迭加等一系列處理，可在顯示器上形成一種類似于地震反射時間剖面的探地雷達(dá)連續(xù)探測彩色剖面[2]。該剖面的橫坐標(biāo)沿測線方向，表示距離，單位為米，隨著距離的不斷增加，以等距離間隔掃描反射回一系列的反射波曲線。縱坐標(biāo)代表時間（單位ns），即表示每條掃描取樣反射曲線上各個反射波往返旅行時間（單位t）。在相對介電常數(shù)εr給定的情況下，縱坐標(biāo)就可以通過下式換算為深度r，r =■
式中c/■為介質(zhì)內(nèi)雷達(dá)波傳播速度，工作中介電常數(shù)εr，一般通過介質(zhì)內(nèi)已知目標(biāo)深度，求出介質(zhì)中的雷達(dá)波速度，或通過經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得介質(zhì)中雷達(dá)波的傳播速度。
數(shù)據(jù)處理時，首先根據(jù)掃射回波的形態(tài)、反射強(qiáng)度及其變化在連續(xù)剖面上判別目標(biāo)性質(zhì)，再根據(jù)回波的時間和速度確定目標(biāo)深度，然后將這些信息繪成剖面成果圖。
3 探測成果分析
3.1 任樓煤礦井下探查實(shí)驗(yàn)
3.1.1 煤巷超前探測
①第一次探測實(shí)驗(yàn)
探測地點(diǎn)：任樓煤礦井下7259機(jī)巷 j30點(diǎn)前10m 位置處。測線布置：探測時迎頭正前方布置1條測線，選用100MHz天線，從左向右每隔0.2m布置1個測點(diǎn)。
探測成果：迎頭前方存在4處異常反射界面，分別為：①迎頭前方5.5m有反射波存在，可能為裂隙存在；②迎頭前方13m有反射波，可能為裂隙存在；③迎頭前方19m有反射波存在，預(yù)測為構(gòu)造裂隙；④迎頭前方24m有反射波存在，預(yù)測為裂隙存在。
探后驗(yàn)證：除②號異常與巷道實(shí)際揭露有偏差外，其他異常與實(shí)際揭露較一致。
②第二次探測實(shí)驗(yàn)。
探測地點(diǎn)：8230切眼 Q1點(diǎn)前8.3m 位置處。測線布置：探測時迎頭正前方布置1條測線，選用100MHz天線，從左向右每隔0.2m布置1個測點(diǎn)。
探測成果：距迎頭前方15～20m處（即Q1點(diǎn)前13.3m、23.3～28.3m處），波形相對其周圍能量較弱，分析該處可能為構(gòu)造裂隙影響所致。
探后驗(yàn)證：實(shí)際揭露位置圖與資料一致。
3.1.2 任樓煤礦巖巷超前探查
①Y24點(diǎn)前23m點(diǎn)探測
探測地點(diǎn)：中六運(yùn)輸大巷Y24點(diǎn)前23m位置處。測線布置：本次探測使用100MHz天線探測，結(jié)合探測現(xiàn)場情況，在迎頭斷面水平方向從左到右做1條測線，每0.2m采一個點(diǎn)共采集21個點(diǎn)。
探測成果：本次探測得到一張成果圖，距迎頭前方8～9m（Y24點(diǎn)前31～32m）處存在一處較強(qiáng)反射波界面，結(jié)合地質(zhì)資料分析，以上反射界面可能為F2-1∠65°H=9m±斷層或伴生構(gòu)造引起的構(gòu)造裂隙面影響所致。
探后驗(yàn)證：實(shí)際揭露位置圖與資料一致。
②Y24點(diǎn)前35.6m探測
探測地點(diǎn)：中六運(yùn)輸大巷Y24點(diǎn)前35.6m位置處。測線布置：本次探測使用100MHz天線探測，結(jié)合探測現(xiàn)場情況，在迎頭斷面做1條測線，豎直方向從上到下做1遍，每0.2m采集1個點(diǎn)。
探測成果：中六運(yùn)輸大巷施工迎頭前方存在三處探測異常反射界面，分別為：1號異常段距迎頭前方15.5 ～17.5m（Y24點(diǎn)前51.1～53.1m）； 2號異常段距迎頭前方21 ～23m（Y24點(diǎn)前56.6～58.6m）；3號異常段距迎頭前方25～26m（Y24點(diǎn)前60.6～61.6m）；結(jié)合地質(zhì)資料分析，以上反射界面可能為F2∠58°H=100m±斷層引起的伴生構(gòu)造裂隙或巖層變化分界面影響所致。
鉆探驗(yàn)證：巷道鉆探控制剖面圖，探測結(jié)果與實(shí)際較吻合。
3.2 地面
探測地點(diǎn)：任樓礦變電所旁人工湖測線布置：本次探測使用100MHz天線探測，結(jié)合探測現(xiàn)場情況，在迎頭斷面做1條測線，每1m測一個點(diǎn)，共做30m，30個測點(diǎn)。探測成果：本次探測圖中橫坐標(biāo)在9m～14m之間波形存在明顯幅值凸顯點(diǎn)，與涵洞實(shí)際位置較對應(yīng)。
4 實(shí)施效果
通過以上實(shí)驗(yàn)對比現(xiàn)有地質(zhì)構(gòu)造超前物理探測技術(shù)（瑞利波探測技術(shù)、地震波反射法探測技術(shù)）對比分析如下：
①精度較高。通過實(shí)際揭露驗(yàn)證知，探地雷達(dá)大幅提升了探測精度，并且對異常體的具體形狀有較直觀的表達(dá)。
②施工過程效率高。探地雷達(dá)相對瑞利波和地震法能大幅減少施工人員，同時也減少了施工時間。
③安全系數(shù)更高。不管是瑞利波法還是地震波法都必須要求有震動方能探測前方情況，震動大大加大了片幫、掉矸傷人的危險性，探地雷達(dá)方法使用的是電磁波脈沖，對探測迎頭不產(chǎn)生任何破壞，增加了一定的安全系數(shù)，同時也降低探測后期對巷道維修的成本。
④經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)。地震波法超前探，必須在巷道幫部打眼，特別是放炮時，炮藥雷管都是一次性使用，費(fèi)用^高，放炮可能會對巷道支護(hù)及其他現(xiàn)場設(shè)施產(chǎn)生破壞。
⑤社會價值更好。地震炮擊施工產(chǎn)生大量炮藥污染環(huán)境，對施工人員健康也不利，探地雷達(dá)采用高頻寬帶電磁波脈沖相對清潔。
5 不足之處
地質(zhì)雷達(dá)超前探測地質(zhì)構(gòu)造技術(shù)在我國煤礦生產(chǎn)過程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得了長足的發(fā)展，但是地質(zhì)雷達(dá)也有其局限性[3]，在以下五個方面有待于進(jìn)一步提高：①探測距離與分辨率的矛盾無法克服；②多次波及其他雜波干擾嚴(yán)重，原始記錄的信噪比低，有效波的識別及其成果解譯十分困難；③所獲得的被探測對象的空間信息量太少，其資料成果的解釋往往存在多解性；④煤礦探測現(xiàn)場條件對探測精度影響較大；⑤在部分介質(zhì)中能量損耗較快，探測距離變短。
6 結(jié)語
目前，該技術(shù)已在礦井較好的應(yīng)用，探地雷達(dá)較高探測分辨率和高工作效率的特點(diǎn)，逐漸成為礦井地質(zhì)構(gòu)造探查的一種重要手段。
[摘 要]在巖溶地區(qū)，進(jìn)行有效的勘察是非常必要的。地質(zhì)雷達(dá)運(yùn)用于巖溶地區(qū)的建筑地基勘察可以起到很大的推動作用。地質(zhì)雷達(dá)與傳統(tǒng)的物理探測技術(shù)相比，精準(zhǔn)程度較高，而且更適用于巖溶這樣的地形。關(guān)于這一技術(shù)，可以看出有較好的發(fā)展前景和應(yīng)用價值。本文結(jié)合個人多年實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，就地質(zhì)雷達(dá)在巖溶地區(qū)建筑地基勘察中的運(yùn)用展開了探討和分析，希望能夠起到拋磚引玉的作用。
[關(guān)鍵詞]地質(zhì)雷達(dá)；巖溶地區(qū)；地基勘察
一直以來，我國地學(xué)界一直都很重視對巖溶的研究。在我國古代的明朝時期，就有了對巖溶地質(zhì)地貌的相關(guān)研究，具體代表人物是徐霞客。但這屬于初步階段，還沒有形成完整的規(guī)模體系。建國以來，我國對巖溶的研究進(jìn)入一個新時期，《中國巖溶研究》和《中國巖溶》是具有代表性的兩本著作，介紹了相關(guān)的專業(yè)知識。近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國巖溶研究者在學(xué)術(shù)方面取得了巨大的進(jìn)展，《中國巖溶學(xué)》為代表著作之一，并且，我國在相關(guān)方面的研究走到了世界前列，比如巖溶地質(zhì)基礎(chǔ)方面的研究，在發(fā)育條件，形成原因，影響因素，地貌特點(diǎn)等方面都有所研究，并且有所成就。在巖溶學(xué)的應(yīng)用方面，針對環(huán)境體制問題，提供了充足的科學(xué)依據(jù)及其解決辦法，比如旱澇問題和水質(zhì)問題，這是急需解決的問題，水質(zhì)發(fā)生問題，對于工業(yè)用水的影響程度較小，可是對于廣大人民的生命健康是一個嚴(yán)重的問題，如水質(zhì)污染會引發(fā)一系列疾病等。本文結(jié)合個人多年實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，就此問題展開了分析并給出了具體的解決方案。
一.地質(zhì)雷達(dá)的探測原理、方法
（一）探測原理
地質(zhì)雷達(dá)在工作運(yùn)行中的優(yōu)秀機(jī)制是電磁，這種電磁技術(shù)是目前比較先進(jìn)的，這種電磁波具有很高的頻率，高頻狀態(tài)下的探測提高了探測的精準(zhǔn)度，可以有效地探測地下介質(zhì)的分布情況。在發(fā)射天線的介入下，發(fā)射機(jī)可以及時有效地發(fā)射相應(yīng)的信息，這一信息最后反饋回來，有利于施工人員了解地下的狀況。從具體的信息傳播來看，有兩個訊號在發(fā)生作用，一個是直達(dá)訊號，另一個是反射訊號，這兩種訊號傳輸接收器，當(dāng)然中間也需要天線的連接，最后還會顯示出來，這種顯示的儀器被稱作示波器，示波器的作用也是非常強(qiáng)大的，它可以監(jiān)測到信號的傳輸，判斷被測的目標(biāo)是否存在，在這種情況下，可以大致了解地下的構(gòu)造，同時，探測目標(biāo)的距離也是需要掌握的，這樣可以使得數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，地質(zhì)雷達(dá)并不是適用于所有的情況的，對于一些特殊的情況有所限制。一般情況來看，地質(zhì)雷達(dá)廣泛適用于考古，礦產(chǎn)勘探以及公路的檢測等等。在探測過程中，我們應(yīng)該引起注意的是，對于高層建筑物，應(yīng)該考慮到地下的水位線，從而有效的提高地質(zhì)雷達(dá)的探測質(zhì)量。
（二）選用雷達(dá)設(shè)備
在選取雷達(dá)設(shè)備的時候，應(yīng)該考慮到多種因素，避免其隨意性。首先，應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑u估一下現(xiàn)場的背景，對于其干擾能力進(jìn)行一個有效的評估。雷達(dá)在運(yùn)行的過程中用的是無線電的方法，這種無線電的方法可以直接發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，對于其具體的位置可以有一個比較精準(zhǔn)的把握。雷達(dá)設(shè)備的種類是多種多樣的，因此在選擇的時候也要考慮具體的情況。對于國外進(jìn)口的雷達(dá)，其波段的標(biāo)準(zhǔn)可能存在不同，比較常用的標(biāo)準(zhǔn)有德國的標(biāo)準(zhǔn)，美國的標(biāo)準(zhǔn)，以及歐洲的標(biāo)準(zhǔn)。在三種標(biāo)準(zhǔn)之中，相比之下，歐洲的新標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用的較為廣泛。
（三）探測參數(shù)設(shè)置方法
從巖土的外觀來看，用肉眼很難看出其內(nèi)在的差別，實(shí)質(zhì)上，這些巖土的介質(zhì)往往是不均勻的。在地質(zhì)勘查過程中，要明確區(qū)分其不同性，明確其不同的巖土的屬性以及類別。我們通過考察巖土的性質(zhì)，可以在一定程度上推算其探測的數(shù)據(jù)。在探測工程中，進(jìn)行實(shí)地考察是非常重要的，進(jìn)行樣本的選取可以保證探測的精確度。在探測參數(shù)方面，不僅要考慮到波速，還要考慮到采樣率以及時窗等，對于這些樣本數(shù)據(jù)，我們不能把它與實(shí)際的數(shù)據(jù)相等同，兩者是存在差異的，雖然有時候這些差異不是非常明顯的。因此及時有效地處理數(shù)據(jù)也是非常有必要的。噪音有時候會影響到探測工程，但是噪音這是一個可控的因素，在地質(zhì)雷達(dá)探測的結(jié)果處理中可以在一定程度上濾除噪音的影響。
二.工程實(shí)例
以廣西某高層建筑物為例，先從氣候的角度來看，廣西陰天比較多，夏天經(jīng)常下雨，由于氣候因素的影響，這里分布著不少巖溶地區(qū)，建筑物的地基部分可能出現(xiàn)溶洞，溶洞的地形與普通的地形相比是較為疏松的，這對于地基的牢固性會帶來消極的影響，為了使得施工更加有可靠性，為施工提供一些科學(xué)合理的數(shù)據(jù)，及時運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測非常重要，對于溶洞中的地質(zhì)病害情況，進(jìn)行改良是比較科學(xué)可持續(xù)的，在有選址空間的情況下，進(jìn)行換址也是一種穩(wěn)妥的選擇。當(dāng)?shù)刭|(zhì)雷達(dá)探測完畢以后，進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)處理是需要引起注意的，根據(jù)一系列的經(jīng)驗(yàn)以及科學(xué)的證實(shí)，濾波的環(huán)節(jié)不可缺少，否則對于一些干擾的信號是很難處理的。
三.勘察注意的問題
（一）勘察目的和要求要具體
在巖溶區(qū)的橋梁樁基地勘察工作進(jìn)行前，要明確勘察目的和要求。對于勘察目的和要求，要做好相應(yīng)的記錄工作，要保證記錄的全面而精細(xì)，制定合理的施工方案。勘察的目的和要求不是一成不變的，它是在不同的地質(zhì)地貌上采用不同的方案，我們要根據(jù)實(shí)際情況而制定相應(yīng)的方案，在勘察工期上，要合理的安排，工程不能急于求成，要在保證質(zhì)量的前提下制定工期。制定了基本的目的和要求后，要做相應(yīng)的監(jiān)督工作，對于問題及時指出，在不斷修改的前提條件下，完成制定方案，這樣可以有效地減少失誤，有利于施工的正常進(jìn)行。
（二）嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)
在施工過程中，要嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)。在地質(zhì)勘察上，要嚴(yán)格監(jiān)管所使用的監(jiān)察設(shè)備，經(jīng)常設(shè)備直接導(dǎo)致檢查的準(zhǔn)確性，然后影響施工的進(jìn)行。要使質(zhì)量符合要求，可以從人才入手，對專業(yè)人員進(jìn)行及時的培訓(xùn)，不嘁進(jìn)相應(yīng)的專業(yè)人員，高素質(zhì)的人才協(xié)助施工，可以有效的確保質(zhì)量。在施工以前，還要檢查其他的設(shè)備是否安全和齊全，要按照項(xiàng)目章程進(jìn)行施工。
（三）準(zhǔn)確揭露巖溶形態(tài)的分布、形狀和規(guī)模
在巖溶區(qū)，其分布狀況、形狀和規(guī)模都是要準(zhǔn)確把握的。嚴(yán)格遵守相應(yīng)的規(guī)章制度，嚴(yán)格檢查施工過程，把施工隊(duì)伍組建得專業(yè)化，通過這些措施，對于準(zhǔn)確揭露巖溶形態(tài)有積極的作用。巖溶區(qū)的分布上，各地區(qū)都是不盡相同的，在分布廣的地區(qū)，施工起來難度也較大，針對其不同的形狀，采取不同的措施，對癥下藥，可以有效地提高工程的質(zhì)量。
（四）嚴(yán)格把好室內(nèi)資料整理關(guān)
對于各項(xiàng)施工章程，要在符合國家要求的前提下制定。關(guān)于參數(shù)問題，要盡量制定得精準(zhǔn)而嚴(yán)密，不能在原有的基礎(chǔ)上泛泛而談，在資料收集上，對于不同的施工，可以收集不同的數(shù)據(jù)，這樣對以后的施工也是一個借鑒作用，彌補(bǔ)其中的不足，發(fā)揮其長處，更好地應(yīng)用于巖溶區(qū)勘查工作之中。
三.小結(jié)
本文結(jié)合個人多年實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，就地質(zhì)雷達(dá)在巖溶地區(qū)建筑地基勘察中的運(yùn)用展開了探討，具體的分析了三點(diǎn)，分別地質(zhì)雷達(dá)的探測原理、方法，工程實(shí)例和勘察注意的問題。在地質(zhì)雷達(dá)的探測原理、方法上，談了探測原理，選用雷達(dá)設(shè)備和探測參數(shù)設(shè)置方法。在勘察注意的問題的方面，談了勘察目的和要求要具體，嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，準(zhǔn)確揭露巖溶形態(tài)的分布、形狀和規(guī)模和嚴(yán)格把好室內(nèi)資料整理關(guān)。然而由于個人所學(xué)知識以及閱歷的局限性，并未能夠做到面面俱到，希望能夠憑借本文引起廣大學(xué)者的關(guān)注。
摘 要：該文通過檢測試驗(yàn)臺方案設(shè)計、試驗(yàn)臺施工及施工實(shí)況記錄，運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)對埋設(shè)鋼筋及非金屬管道進(jìn)行檢測。針對不同埋深、不同直徑，單層、雙層鋼筋及非金屬管道的檢測，驗(yàn)證地質(zhì)雷達(dá)性能，研究與探討施工因素對檢測結(jié)果的影響，為地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用提供參考依據(jù)，并為地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)學(xué)習(xí)者建立以該試驗(yàn)臺為依據(jù)，進(jìn)行研究、對比分析的基礎(chǔ)檢測圖譜。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá) 檢測 鋼筋 試驗(yàn)研究
如何快速準(zhǔn)確無損地確定結(jié)構(gòu)中金屬和非金屬目標(biāo)分布情況，是重要的探索研究課題之一。地質(zhì)雷達(dá)檢測系統(tǒng)及技術(shù)進(jìn)步為這一課題的研究提供重要支撐。地質(zhì)雷達(dá)能檢測多層金屬和非金屬目標(biāo)，能檢測結(jié)構(gòu)缺陷并且不受裝修層影響；檢測結(jié)果可用圖像顯示被測部位斷面，直觀簡明，適用范圍較寬泛。該院2015年購置了中電科技集團(tuán)22所研制的LTD-2100探地雷達(dá)系統(tǒng)。為開展該項(xiàng)目試驗(yàn)教學(xué)并為今后在工程中應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)，通過建設(shè)試驗(yàn)臺、采用地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)檢測試驗(yàn)、試驗(yàn)結(jié)果研究分析，為技術(shù)人員采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)金屬和非金屬目標(biāo)檢測提供參考具有重要意義。
1 地質(zhì)雷達(dá)試驗(yàn)檢測系統(tǒng)
測試儀器LTD-2100探地雷達(dá)系統(tǒng)由硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)處理軟件組成。硬件設(shè)備由雷達(dá)主機(jī)和天線組成。軟件包括數(shù)據(jù)采集軟件和數(shù)據(jù)分析處理軟件等。由于屏蔽天線具有抗干擾和淺層高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，該次試驗(yàn)采用1 500 MHz和400 MHz屏蔽式天線。
2 檢測試驗(yàn)臺
試驗(yàn)臺長×寬×高為2.5 m×1.5 m×1.5 m，分為不同深度、不同直徑鋼筋檢測區(qū)、雙層鋼筋網(wǎng)片及金屬目標(biāo)物檢測區(qū)和不同深度不同管徑PVC檢測區(qū)。設(shè)計填充材料采用C30礫石混凝土，按要求分層澆筑，振搗密實(shí)，注意確保鋼筋、目標(biāo)物和管道位置準(zhǔn)確。檢測試驗(yàn)臺施工如圖1、圖2、圖3所示，建成試驗(yàn)臺如圖4所示。
從施工圖中可看出，由于受施工條件限制，試驗(yàn)臺周圍采用紅磚砌筑，其中填充主要采用三合土，其內(nèi)部分有紅磚用做支撐，表面是在上層鋼筋和不同深度不同直徑鋼筋放置后，采用中粗砂灰漿抹面而成。鑒于該模型試驗(yàn)研究目的是驗(yàn)證檢測系統(tǒng)性能并進(jìn)行檢測教學(xué)研究分析，因此，詳細(xì)記錄了施工過程、填充材料及密實(shí)度，以為之后檢測試驗(yàn)研究分析提供依據(jù)。
3 試驗(yàn)檢測結(jié)果
分別沿4個方向進(jìn)行多次檢測，從眾多檢測結(jié)果中，選擇了4個方面具有代表性的試驗(yàn)檢測結(jié)果，如圖5、圖6、圖7、圖8所示。
4 研究分析
（1）對不同深度不同直徑鋼筋檢測試驗(yàn)圖譜5研究分析。該圖譜采用1 500 MHz天線檢測。圖中清晰可見6根鋼筋反射波形，檢測效果較好，但圖中檢測出有一明顯傾斜界面，分析為中粗砂漿與填充三合土界面（且鋼筋圖像弧度開口大小及拖尾大小與鋼筋直徑存在相關(guān)關(guān)系）。
（2）對雙層鋼筋東西向檢測試驗(yàn)圖譜6研究分析，該圖譜采用1 500 MHz天線檢測。圖中清晰可見上層鋼筋網(wǎng)8根南北向鋼筋反射波形，但由于試驗(yàn)臺邊界效應(yīng)影響，而無法檢測出試驗(yàn)臺邊緣處兩根鋼筋，同樣，下層鋼筋網(wǎng)只測出7根鋼筋反射波形，檢測出的鋼筋波形效果較好。
（3）對雙層鋼筋南北向檢測試驗(yàn)圖譜7研究分析，該圖譜采用1 500 MHz天線檢測。圖中清晰可見上層鋼筋網(wǎng)5根南北向鋼筋反射波形，但由于試驗(yàn)臺邊界效應(yīng)影響，而無法檢測出試驗(yàn)臺邊緣處兩根鋼筋，同樣，下層鋼筋網(wǎng)只測出7根鋼筋反射波形，，檢測出的鋼筋波形效果較好。
（4）管道檢測試驗(yàn)圖譜8研究分析。該圖譜采用400 MHz天線檢測。圖中清晰可見不同直徑不同深度3根反射波形，檢測效果較好。
（5）試驗(yàn)用地質(zhì)雷達(dá)檢測系統(tǒng)，采用1500 MHz高頻天線，對300 mm以內(nèi)不同深度不同直徑鋼筋檢測效果較好，對200 mm以內(nèi)直徑12 mm雙層鋼筋網(wǎng)檢測效果較好。
（6）試驗(yàn)用地質(zhì)雷達(dá)檢測系統(tǒng)，采用400MHz天線，對1 100 mm非金屬埋管檢測效果好。
（7）試驗(yàn)用地質(zhì)雷達(dá)檢測系統(tǒng)，受試驗(yàn)臺填充物密實(shí)度影響較大，因試驗(yàn)臺施工時，填充物有三合土、局部使用了磚，且填充物沒有經(jīng)充分壓實(shí)、沉降，試驗(yàn)臺表現(xiàn)即以中粗砂漿封閉，使試驗(yàn)臺與工程澆筑混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際相差較大。
5 結(jié)論
（1）試驗(yàn)應(yīng)用表明運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)構(gòu)鋼筋，簡便易行，結(jié)果直觀，位置清晰。
（2）試驗(yàn)用地質(zhì)雷達(dá)檢測系統(tǒng)受檢測物體均勻性影響，增加了檢測結(jié)果判斷的難度。
（3）地質(zhì)雷達(dá)檢測系統(tǒng)，受邊緣影響，無法適用于較小斷面結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
（4）為了與工程實(shí)際相符，建議修建以混凝土澆筑為填充物，且嚴(yán)格按實(shí)際施工進(jìn)行管理的試驗(yàn)臺；現(xiàn)有試驗(yàn)臺可做為檢測結(jié)構(gòu)對比試驗(yàn)使用。
該次試驗(yàn)研究檢測D譜，也為今后試驗(yàn)研究及教學(xué)提供了對比分析依據(jù)，具有一定的參考與借鑒價值。
[摘 要]使用地質(zhì)雷達(dá)能夠準(zhǔn)確檢測到隧道底部地基土體的狀況，并查找到土體存在缺陷的位置，結(jié)合其他檢測和分析方法，可以查找到隧道底板下沉、墻體開裂等災(zāi)害的原因，對及時采取隧道保護(hù)措施具有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用。但地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用并不局限于此，地質(zhì)雷達(dá)還可以用于檢測隧道側(cè)方和上方的土體狀況。對于受震動影響較嚴(yán)重的區(qū)域、地處地下水和地表水豐富地域的地下隧道工程以及容易發(fā)生間斷土體液化地域的地下隧道工程，使用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行日常維護(hù)普查和檢測是一種集高效、便捷、準(zhǔn)確、直觀的方法。本文探討了地質(zhì)雷達(dá)在隧道檢測中的應(yīng)用。
[關(guān)鍵詞]地質(zhì)雷達(dá)；隧道檢測；應(yīng)用
地質(zhì)雷達(dá)可以快速準(zhǔn)確的檢測出隧道中存在的各種問題，尤其是對于各種襯砌檢測中經(jīng)常發(fā)生的問題有極其顯著的效果，提供了客觀可靠的隧道檢測數(shù)據(jù)，為隧道的安全狀態(tài)提供了有力的證明。然而在現(xiàn)實(shí)生活中，僅僅依靠檢測數(shù)據(jù)仍然不是十分可靠，還需要對隧道的施工工藝有一個清晰明了的認(rèn)識，并將雷達(dá)檢測的相關(guān)資料相結(jié)合來做出最優(yōu)的判斷。
1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理及應(yīng)用
1.1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理
地質(zhì)雷達(dá)的工作原理是運(yùn)用高頻電磁脈的沖波反射來進(jìn)行探測，是一種電磁波探測技術(shù)。它利用電磁波信號的運(yùn)動特點(diǎn)使其在物體內(nèi)傳播進(jìn)行探測，一般應(yīng)用于較大區(qū)域、復(fù)雜對象、精度要求適中以及速度較快的檢測情況中。地質(zhì)雷達(dá)主要由控制主機(jī)及天線兩個設(shè)備組成。主機(jī)是用來控制及提供信號，天線則是用來發(fā)射以及接收高頻電磁波信號。通過天線發(fā)射電磁波，由于它在有耗介質(zhì)里具有傳播的特性，因此當(dāng)它遇到不勻界面時部分電磁波會反射回來，而被測介質(zhì)介電常數(shù)決定其反射系數(shù)。在介質(zhì)里傳播時，波形根據(jù)介質(zhì)的介電性質(zhì)和幾何形態(tài)隨路徑以及電磁場強(qiáng)度而變化，通過天線接收反射回的電磁波并按特定的數(shù)據(jù)格式記錄儲存。然后運(yùn)用處理軟件把電磁波的差異及變化，處理成能夠反映被探測物結(jié)構(gòu)、形態(tài)、構(gòu)造、尺寸大小、埋設(shè)物體及介質(zhì)體間界面的雷達(dá)圖像，實(shí)現(xiàn)探測、識別目標(biāo)物體的目的。
1.2 地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用
20世紀(jì)初，隨著數(shù)據(jù)處及理電子技術(shù)的飛速發(fā)展，雷達(dá)的體積愈來愈小，起初需要肩扛手抬，而現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)單人檢測及操作。功能從冰層厚度探測（較低頻率的工作信號）到現(xiàn)在的各領(lǐng)域廣泛運(yùn)用，很大程度上的提高了它的技術(shù)指標(biāo)。20世紀(jì)90年代，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)隨土木工程建設(shè)迅速發(fā)展而興起，其的無損檢測技術(shù)具有高精度、高效率、簡易、大面積覆蓋檢測、靈活方便的運(yùn)用于野外工作等特點(diǎn)。它的這些特點(diǎn)使其成為快速、高效完成隱蔽工程探查的有效技術(shù)手段，得到工程技術(shù)人員的青睞。隨著不斷發(fā)展的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，其儀器的更新發(fā)展也得到不斷的深入，使其應(yīng)用范圍不斷的擴(kuò)大。如今應(yīng)用最為廣泛的是勘察工程、文地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、檢測建筑結(jié)構(gòu)、地質(zhì)工程等領(lǐng)域。
2 地質(zhì)雷達(dá)在隧道檢測中的應(yīng)用
2.1 選擇適用的方法
隧道工程的地質(zhì)勘察設(shè)計和施工前，必須對工作面前方和隧道周圍的地質(zhì)、水文情況進(jìn)行詳細(xì)的勘探，以前，地質(zhì)的勘察技術(shù)均是使用鉆探的方式，不僅會耗費(fèi)大量人力和時間，當(dāng)?shù)刭|(zhì)變化豐富，還會由于巖層的起伏不一產(chǎn)生巨大誤差，增大工程事故發(fā)生的概率。而運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行勘查，則可較為準(zhǔn)確地對地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)報、避免發(fā)生事故。隧道工程中地質(zhì)雷達(dá)通常是用來檢測溶洞、斷層情況，其最重要的任務(wù)和目的之一就是清楚勘測斷層內(nèi)的空間分布、產(chǎn)狀以及它規(guī)模情況。同時界面產(chǎn)狀、性質(zhì)、形狀及尺寸也是會影響回波幅值及形狀。例，在單波形式下，其相對入射線是處在一種理想的產(chǎn)狀平整斷層面其波形通常較為尖細(xì)，而含水的裂隙帶或是破碎的斷層帶的波形會稍寬；溶洞或者是空洞的波形則會鈍且寬緩，其邊緣一般是不規(guī)則的，這是由于它的不規(guī)則外形無法集體反射而產(chǎn)生漫反射使時間延遲所造成的，也因?yàn)樗膬?nèi)部沒有完全充填形成反射使得回波緊迭其后。于灰度圖的方式，如相對介質(zhì)中較大空洞的波長，因?yàn)榭諝庵胁ㄋ贂^快，而周圍介質(zhì)旅行時間由較短，使得正負(fù)反射波凸彎曲，類似于拋物線。不管采用哪種方發(fā)，相同物理性質(zhì)的反射波都將形成一組相似特征的組合波形。
2.2 現(xiàn)場檢測關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行確定及數(shù)據(jù)處理
在進(jìn)行檢測以前，應(yīng)該對襯砌的混凝土中的介電常數(shù)以及電磁波做出有效的現(xiàn)場評定，這樣才能夠保證在已知的厚度中來對其他的隧道預(yù)埋件進(jìn)行有效的探測，還可以通過在現(xiàn)場進(jìn)行鉆孔來實(shí)施檢測。
2.3 時窗及掃描樣點(diǎn)的確認(rèn)
在進(jìn)行現(xiàn)場的探測過程中，一定要對探測時窗以及進(jìn)行的掃描點(diǎn)等相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。時窗的基本大小對于雷達(dá)探測的深度是起到一定決定性的作用，如果選取探測的深度大或小，都將不能夠?qū)ι疃刃畔⑦M(jìn)行有效的探測，進(jìn)而大幅度的降低了垂向的分辨率。
2.4 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理
在地質(zhì)雷達(dá)來對隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，主要是通過高頻率的電磁技術(shù)來實(shí)現(xiàn)物理探測方法，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過程中，為了更有效保證更多反射波的特點(diǎn)，在頻帶的記錄都是比較寬的，而隧道中得到的雷達(dá)數(shù)據(jù)多少都會受到一些不良因素的干擾，比如說地理環(huán)境，雷達(dá)自身等。因此，為了有效的規(guī)避這些干擾，就需要有效的對探測結(jié)果做出準(zhǔn)確性的提高，對原始收集和采集到的數(shù)據(jù)做出有效處理，盡量降低信號的干擾。在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及分析過程中，主要是對預(yù)處理以及隨后的處理分析。預(yù)處理重點(diǎn)囊括文件參數(shù)的標(biāo)記以及樁號的校正，剖面翻轉(zhuǎn)等等相應(yīng)數(shù)據(jù)參數(shù)的處理。
2.5 隧道檢測中目標(biāo)波組的具體識別
2.5.1 混凝土中的鋼結(jié)構(gòu)波形特點(diǎn)
采用金屬作為導(dǎo)體與周圍混凝土的介質(zhì)介電常數(shù)是存在比較大的差異，此時電磁波的反射強(qiáng)度也非常大的。如果目標(biāo)提是鋼筋那么信號會全部被反射回來。通過使用高頻率的天線來進(jìn)行探測，鋼拱架會形成比較清晰的反射弧，呈現(xiàn)出雨傘的形狀，反射與相軸的三振相特點(diǎn)非常的相似。
2.5.2 襯砌厚度及空洞的波形特點(diǎn)
在襯砌以及周邊的圍巖之間會存在空洞區(qū)域，與混凝土及圍巖的波阻產(chǎn)生相差比較大的，而且反射的波非常強(qiáng)烈，位置也比較明確和清晰。較為典型的地質(zhì)雷達(dá)襯砌的具體圖像。地|雷達(dá)隧道的檢測技術(shù)得到了非常廣泛得普及和使用，但在實(shí)踐中依舊還存在不少的問題，因?yàn)榈刭|(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測過程中支護(hù)的表面中存在不平整的情況，這會給記錄及檢查結(jié)果帶來的一定的誤差，給后期的數(shù)據(jù)出來帶來影響。所以，在進(jìn)行檢測過程中應(yīng)該做好對天線與襯砌的密封工作，最大限度中保持其移動速度的同步。在對而二襯厚度及精度的介電常數(shù)進(jìn)行選取中，一定要在檢查之前對襯砌混凝土的介電常數(shù)做出有效的標(biāo)記。
綜上所述，在隧道檢測的過程中運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)，能夠快速、有效地實(shí)現(xiàn)脫空范圍、襯砌開裂、襯砌厚度等探測，于施工方能夠及時有效地加固措施避免事故產(chǎn)生，為消除事故隱患提供了科學(xué)依據(jù)，保障了隧道的正常營運(yùn)及安全使用。
摘 要：該文首先介紹了地質(zhì)雷達(dá)的一般工作原理，并以廊坊市百川燃?xì)夤芫W(wǎng)勘測工程為例進(jìn)行了說明，總結(jié)了自己在地質(zhì)雷達(dá)在天然氣管線探測方面的一些經(jīng)驗(yàn)。廊坊百川能源集團(tuán)響應(yīng)國家號召，通過招標(biāo)來進(jìn)行地下燃?xì)夤芫€外業(yè)探測，運(yùn)用先進(jìn)的探測設(shè)備和技術(shù)查清所屬地下燃?xì)夤芫€的位置、埋深、走向、規(guī)格、材質(zhì)等，并最終建立管線空間數(shù)據(jù)庫、管網(wǎng)及管件屬性數(shù)據(jù)庫。該院有幸中標(biāo)，決定采用地質(zhì)雷達(dá)作為非金屬管線的探測設(shè)備。在作業(yè)的過程中總結(jié)了一些地質(zhì)雷達(dá)管線探測方面的經(jīng)驗(yàn)，和大家分享。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá) 天然氣管線 探測 地下天然氣
目前，我國城市地下管線種類繁多，包括供水、排水、燃?xì)狻崃Α㈦娏Α⑼ㄐ拧V播電視、工業(yè)等8大類20余種管線，針對我國地下管線現(xiàn)狀不明、家底不清問題，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、工信部、新聞出版廣電總局、安監(jiān)總局和能源局聯(lián)合發(fā)出通知，要求在全國范圍內(nèi)開展地下管線普查，2015年年底前完成普查并建立完善城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)和專業(yè)管線信息系統(tǒng)。
1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理
地質(zhì)雷達(dá)通過對所發(fā)射電磁波在地下介質(zhì)中傳播規(guī)律與波形特點(diǎn)的分析，查明地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、屬性及空間分布特征。它的基本原理是：地質(zhì)雷達(dá)通過內(nèi)置的發(fā)射天線發(fā)射頻率為12.5～1200M之間的脈沖電磁波信號。當(dāng)信號在地下遇到探測目標(biāo)時，產(chǎn)生反射信號。直達(dá)信號和反射信號通過內(nèi)置的接收天線輸入到接收機(jī)，經(jīng)放大后顯示出來。然后根據(jù)有無反射信號，我們可以判斷出地下是否有探測目標(biāo)物；根據(jù)反射信號到達(dá)的滯后時間及目標(biāo)物體平均反射波速，我們可以計算出所探測目標(biāo)至地質(zhì)雷達(dá)的距離，也就是目標(biāo)物的深度。
地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射的是超高頻電磁波，它的探測能力比管線探測儀等使用普通電磁波的儀器性能更優(yōu)良，所以地質(zhì)雷達(dá)在考古、建筑、鐵路、公路、水利、電力、采礦、航空各領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用，可以說地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)是目前分辨率最高的工程探測方法。
2 應(yīng)用實(shí)例
2.1 項(xiàng)目介紹
2014年6月份，河北省第二測繪院承接了廊坊百川燃?xì)夤镜娜細(xì)夤芫W(wǎng)勘測工程。主要工作內(nèi)容包括查明燃?xì)夤芫€的平面位置、坐標(biāo)、埋深、高程、走向、規(guī)格、材質(zhì)、埋設(shè)時間和權(quán)屬單位等。此工程的燃?xì)夤芫€探測管線長度約1000 km，范圍涉及廊坊市的三河市、永清、固安、大廠等6個區(qū)縣。管線的探測遵循從已知到未知、從簡單到復(fù)雜的原則，優(yōu)先選用有效、快速、輕便的探測方法。此項(xiàng)目管線有高壓和中壓兩種類型（本次不涉及低壓管線的探測）。高壓全部為金屬管，導(dǎo)電率強(qiáng)，因此工作人員主要采用英國雷迪公司RD-8000管線探測儀，效率和準(zhǔn)確度可以得到很好的保證。而中壓管線大部分是非金屬材質(zhì)，幾乎不導(dǎo)電（管線未鋪設(shè)金屬示蹤線），此時管線探測儀就失去作用了，在不接觸材質(zhì)的前提下，只能選擇地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測，探明管線的走向及其深度了。
2.2 天然氣地下管線探測的基本程序
天然氣地下管線探測一般包括：接受任務(wù)，收集資料，現(xiàn)場踏勘，儀器檢驗(yàn)，編寫技術(shù)設(shè)計書，實(shí)地調(diào)查，儀器探查，地下管線點(diǎn)測量與數(shù)據(jù)處理，管線圖編繪，技術(shù)總結(jié)編寫和成果驗(yàn)收等。對一個測區(qū)進(jìn)行地下管線作業(yè)前，首先是現(xiàn)場勘察，了解現(xiàn)場的情況，并盡可能收集已有的地下管線資料，比如百川燃?xì)夤镜墓芫€設(shè)計和竣工圖紙等資料，了解管線走向和管線設(shè)備等信息，注意不要漏測管線設(shè)備、設(shè)施。很有必要說明的一點(diǎn)是，在進(jìn)行正式作業(yè)前，要進(jìn)行現(xiàn)場方法試驗(yàn)，選擇合適的探測儀器和探測方法，并求出儀器的在本地區(qū)地質(zhì)條件下的參數(shù)，以更有的準(zhǔn)確的探明地下管線的各種情況。
另外，地下管線探測作業(yè)進(jìn)場后，要結(jié)合收集到的地下管線資料在工作圖上簡單繪制草圖，做到心中有數(shù)。工作人員還和甲方溝通，請百川公司的巡線人員給我們領(lǐng)線，以提高探測效率。
2.3 儀器的選用
本工程我們使用意大利IDS公司生產(chǎn)的“Detector Duo雙通雙頻天線陣管線探測雷達(dá)”，其主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號處理機(jī)和終端設(shè)備（筆記本電腦）等組成。此儀器內(nèi)部集成了兩種不同中心頻率天線（分別為250 MHz和700 MHz），通過在實(shí)地一次剖面探測可以同時獲取反映深部（250 MHz天線）和淺部（700 MHz天線）各自一幅GPR剖面圖，即可以同時顯示深部和淺部的管線探測圖像。在提高探測速度的同時也增加了探測到管線的概率和探測結(jié)果的準(zhǔn)確率。此型儀器的整體設(shè)備組成手推車結(jié)構(gòu)。工作方式是在選擇剖面上進(jìn)行手推式剖面連續(xù)測量（見圖2）。
操作前進(jìn)行時間增益自動選擇，目的在于提高探測分辨率和準(zhǔn)確確定目標(biāo)物的埋深。因儀器裝有位置傳感器，可以連續(xù)記錄從起點(diǎn)到終點(diǎn)所經(jīng)過的距離，并有白線顯示，因此可以回到需重測的實(shí)地位置，有利于檢測異常，提高定位、定深精度。
現(xiàn)場獲取的GPR圖像可進(jìn)行現(xiàn)場即時解釋，除特殊情況下需應(yīng)用部分軟件進(jìn)行處理外，一般在現(xiàn)場就可得到滿意的結(jié)果。
2.4 地下PE材質(zhì)天然氣管線探測
由于金屬管線探測儀（如雷迪公司RD-8000）無法探測非金屬管線（因百川公司未鋪設(shè)金屬示蹤線），因此使用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行非金屬管道探測幾乎成為唯一可能。影響地質(zhì)雷達(dá)探測效果的主要是介質(zhì)的介電常數(shù)和導(dǎo)電率。PE材質(zhì)的管道盡管不導(dǎo)電，但由于有其他電性差異，依然可引起比較明顯的波阻抗。雖反射波的反射次數(shù)不多，但波形呈明顯拱形，可確定管線的存在。通過對三河市某路段的探測實(shí)例（見圖3）不難看出探測效果。
3 探測中的一些問題和經(jīng)驗(yàn)
3.1 由于本工程主要分布在縣城，各類專業(yè)管線較多，對天然氣管線的探測會形成很大干擾
然而，經(jīng)過長時間的外業(yè)實(shí)地探測作業(yè)，我們可以發(fā)現(xiàn)各類專業(yè)管線存在不同特征，根據(jù)這些特征，可以對一些疑難管線進(jìn)行推測。當(dāng)然，這些推測也是建立在充分的現(xiàn)場調(diào)查并分析管線埋設(shè)的規(guī)律的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。比如：
（1）排水管線：特點(diǎn)是管徑較大，多為混凝土管，埋設(shè)較深，一般在0.5～5 m之間不等。
（2）給水管線：主輸水管線多為大口徑，材質(zhì)一般分為鑄鐵管和混凝土管兩種，在主要道路上呈單條或多條并行布設(shè)，埋深多在0.5～3 m之間；支輸水管線材質(zhì)絕大部分為鑄鐵管，埋深一般在1.5 m左右。
（3）電信管線：主要分布在慢車道、人行道上，分支較多，多以直埋套管方式埋設(shè)。
（4）電力管線：主要分布在人行道、慢車道上，多以管塊和管溝方式埋設(shè)，埋深多在1～3 m之間。
（5）熱力管道：熱力管道主要分布在道路中央，多以套管和管溝等方式埋設(shè)。
3.2 由于地質(zhì)雷達(dá)只能在某一個斷面內(nèi)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的探測
要對一整條路線進(jìn)行連續(xù)探測就無能為力了，我們當(dāng)時就結(jié)合了收集到的竣工圖紙和巡線人員的幫助，才很好地提高了工作效率。
3.3 在探測的過程中，很容易受到管線周圍泥土等介質(zhì)的影響
例如，對于一些地下水位比較高，土質(zhì)填埋硬度不均的區(qū)域，特別是對于一些填埋了生活或建筑垃圾的區(qū)域，會使雷達(dá)探測的回波圖像失真，不能準(zhǔn)確確認(rèn)管線點(diǎn)的位置和埋設(shè)深度，從而造成一定的探測誤差。為了克服這一問題，適當(dāng)?shù)拟F探和開挖驗(yàn)證是非常必要的，有閥門井的地方，可以打開井蓋就直接看到管線了。這樣可以通過驗(yàn)證，掌握地質(zhì)雷達(dá)的探測誤差值，對類似的探測區(qū)域，對探測值進(jìn)行合理的糾正，確保探測值的準(zhǔn)確性。
3.4 對某些管徑較小（半徑
有時可以發(fā)現(xiàn)一些線索但是卻無法準(zhǔn)確探測，給管線探測工作帶來了很大的困難，這種困難的解決有賴以后探測技術(shù)和方法的長足進(jìn)步，目前來看，此種情況下我們只能在對現(xiàn)場進(jìn)行充分的調(diào)查的基礎(chǔ)上，到相關(guān)部門查找管線的歷史資料做參考，或者進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證挖掘。
3.5 地下天然管線的探測是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，并且作業(yè)員的經(jīng)驗(yàn)也很重要
特別是復(fù)雜區(qū)域，管線探測不光需要有先進(jìn)的儀器和探測方法，而且需要作業(yè)員善于搜集資料和分析總結(jié)，探索出適合實(shí)際當(dāng)?shù)厍闆r的作業(yè)方法。
4 結(jié)語
總之，目前地質(zhì)雷達(dá)在地下天然氣管線探測尤其是非金屬管線探測中具有其他方法無法取代的地位。隨著地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，其為城市地下管線的探測提供了很大便利。科技在進(jìn)步，地質(zhì)雷達(dá)的硬件會不斷改進(jìn)，軟件的開發(fā)與創(chuàng)新也會大大改善，這一技術(shù)必將在城市地下天然氣管網(wǎng)探測方面取得更大的應(yīng)用和發(fā)展空間。
摘要：空洞是隧道檢測中非常常見，本文針對隧道襯砌中經(jīng)常出現(xiàn)的空洞的基本形狀進(jìn)行研究。以探地雷達(dá)理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用時域有限差分法，建立隧道襯砌中三角形、矩形和圓形空洞的二維模型，進(jìn)行探地雷達(dá)二維正演模擬。利用制作圓形空洞、直角三角形和正方空洞模型，依次將模型分別埋于砂槽中，應(yīng)用探地雷達(dá)探測。數(shù)值模擬和實(shí)測結(jié)果表明：探地雷達(dá)可以探測到三角形、矩形和圓形空洞的存在。
0 引言
隨著我國公路、鐵路網(wǎng)發(fā)展快速發(fā)展，隧道建設(shè)將越來越多。隧道初次支護(hù)和二次襯砌中存在空洞將對隧道的建設(shè)的安全及運(yùn)營的安全嚴(yán)重的影響，因此，空洞的探測是隧道建設(shè)質(zhì)量檢測和隧道維護(hù)檢測中重點(diǎn)探測的病害之一。在二次襯砌中，模板與模板交界處，經(jīng)常會出現(xiàn)直角三角形空洞，在初次支護(hù)或二次襯砌中經(jīng)常會出現(xiàn)近似圓形或矩形空洞及類似幾種形狀的組合形式空洞。為了更好的對各種形狀的空洞進(jìn)行數(shù)據(jù)解釋。本文通過數(shù)值模擬和物理模型試驗(yàn)選取了比較有代表性的形狀即直角三角形、矩形和圓形進(jìn)行研究。總結(jié)了各種形狀的空洞探地雷達(dá)圖譜特征，為隧道施工質(zhì)量檢測和維護(hù)檢測提供指導(dǎo)。
1 探地雷達(dá)探測空洞原理
探地雷達(dá)工作原理[1-3]是使用頻率為nMHz～nGHz的電磁波，通過發(fā)射天線向介質(zhì)發(fā)射寬頻帶短脈沖電磁波，電磁波在介質(zhì)中沿特定的方向傳播，當(dāng)遇到介電常數(shù)不同的分界面時或目標(biāo)物發(fā)生反射，由介質(zhì)表面的接收天線接收，根據(jù)接收到雷達(dá)波的波形，振幅強(qiáng)度和時間變化特征推測界面和目的物（如圖1所示）。
電磁波在特定介質(zhì)中的傳播速度V是不變的，因此根據(jù)探地雷達(dá)記錄上的地面反射波與反射波的時間差ΔT，即可據(jù)下式算出異常的埋藏深度：
式中，C為電磁波在大氣中的傳播速度，大小為3×108m/s；
ε為相對介電常數(shù)，主要由各介質(zhì)的性質(zhì)決定；
X為發(fā)射天線與接收天線之間的距離；
H為埋藏深度；
當(dāng)X為0時，H=Z。
根據(jù)電磁學(xué)理論，當(dāng)電磁波在地下介質(zhì)傳播時，遇到不同電介質(zhì)的分界面時，由于上下界面的電磁性差異，將發(fā)生反射和折射（見圖2）。
電磁波的反射系數(shù)為：
式中，ε1、ε2為界面上、下介質(zhì)的相對介電常數(shù)。
由上式可知，兩側(cè)介電常數(shù)的差異決定了反射系數(shù)的大小；又因?yàn)槔走_(dá)反射波的振幅大小與反射系數(shù)成正比，因而，當(dāng)相鄰介質(zhì)的相對介電常數(shù)差異越大，反射系數(shù)就越大，反射振幅也就越大，反射界面也就越容易識別；當(dāng)相鄰介質(zhì)的相對介電常數(shù)差異越小，反射系數(shù)越小，反射振幅也就越小，反射界面越不容易識別，介質(zhì)的界面和目標(biāo)物也就越不容易找到。
2 探地雷達(dá)二維正演模擬
2.1 時域有限差分法
幾乎所有的電磁現(xiàn)象的研究均離不開經(jīng)典的Maxwell方程組，時域有限差分法[4-11]正是從Maxwell兩個旋度方程出發(fā)，建立計算時域電磁場的數(shù)值方法，在無源區(qū)域，Maxwell方程的兩個旋度為：
其中：E為電場強(qiáng)度（V/m）；μ為相對磁導(dǎo)率（H/m）；H為磁場強(qiáng)度（A/m）；t為時間（s）；σm為等效磁導(dǎo)率（w/m）；σ為電導(dǎo)率（S/m）。
按照Yee氏網(wǎng)格剖分，利用中心差商，二維TM電磁波的時域有限差分方程[17-20]，即探地雷達(dá)的正演模擬方程為：
TE電磁波的有限差分方程與TM電磁波形式上相似，可以通過類似的方式得到或通過兩種波存在的對偶關(guān)系得到。
2.2 數(shù)值模型
建立模型如圖3所示。設(shè)圖形左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)，橫坐標(biāo)為x軸，縱坐標(biāo)為y軸。模型中共介質(zhì)混凝土與空氣兩種介質(zhì)，混凝土的相對介電常數(shù)為6，相對磁導(dǎo)率為1，空氣的相對介電常數(shù)為1，相對磁導(dǎo)率為1。整個區(qū)域?yàn)?m長，寬0.5m的矩形混凝土，在混凝土中包含一個圓形，一個矩形，一個三角形空洞，其中圓形空洞的圓心為（0.5m 0.38m），半徑為0.02m；矩形空洞左下點(diǎn)為（0.8m 0.38m），右上點(diǎn)為（1.2m 0.4m）；三角形空洞三個角點(diǎn)分別為（1.5 0.36）、（1.7 0.36）、（1.7 0.4）。
摘 要：通過地質(zhì)雷達(dá)在浯溪口工程管型座側(cè)墻鋼筋定位中的使用實(shí)例，介紹了地質(zhì)雷達(dá)在鋼筋定位中的應(yīng)用。鋼筋與混凝土存在物性差異，且有明顯的介電常數(shù)差異。因此，在雷達(dá)波的時間剖面上，鋼筋和混凝土之間有明顯的反射波。通過鉆孔驗(yàn)證，實(shí)際位置與探孔測試結(jié)果吻合，說明地質(zhì)雷達(dá)是可以在鋼筋定位測試中應(yīng)用的。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；鋼筋定位；浯溪口大壩。
1 工程概況
浯溪口水利樞紐工程位于江西省景德鎮(zhèn)市蛟潭鎮(zhèn)境內(nèi)，距景德鎮(zhèn)市約40 km，是一座以防洪為主，兼顧供水、發(fā)電等的II等大（二）型水利樞紐工程。浯溪口水庫總庫容為4.747億m3，大壩壩頂高程65.5 m，正常蓄水位56.0 m，最大壩高46.8 m，壩軸線長度498.62 m，主要建筑物為非溢流壩、溢流壩、河床式廠房。
在河床式廠房施工過程中，因設(shè)計變更，需要在2號和3號機(jī)組管型座側(cè)墻鋼筋網(wǎng)中鉆孔，進(jìn)行植筋施工，以提高管型座基礎(chǔ)的抗拉抗剪能力。側(cè)墻縱向鋼筋網(wǎng)間距僅為20 cm，且在鋼筋綁扎施工過程中存在偏差，鉆孔植筋過程中極易碰到鋼筋網(wǎng)，造成二次鉆孔，甚至損傷側(cè)墻主筋。因此，必須準(zhǔn)確進(jìn)行鋼筋定位，為鉆孔植筋做好準(zhǔn)備。
為了2號和3號機(jī)組管型座側(cè)墻鋼筋準(zhǔn)確定位，為后續(xù)鉆孔植筋施工提供參考，對比目前無損探測的方法，采用地質(zhì)雷達(dá)來確定管型座側(cè)墻（左右：4.0～4.1 m寬，上下：6.0-6.1 m）鋼筋位置。
2 地質(zhì)雷達(dá)探測原理簡介
地質(zhì)雷達(dá)是采用高頻電磁波探測地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)與特征的探測技術(shù)，在探測時將發(fā)射天線和接收天線放置于測試區(qū)域地表上進(jìn)行探測，如圖1所示，考慮到場地內(nèi)目標(biāo)深度，為提高雷達(dá)剖面分辨率，發(fā)射天線和接收天線以固定間隔沿測線同步移動，移動一次采集一道數(shù)據(jù)。這種探測方式非常適合比較惡劣的工作條件。
地質(zhì)雷達(dá)向地下目標(biāo)體發(fā)射的電磁波信號在傳播的過程中，遇到電性差異的目標(biāo)體（如巖溶、裂隙等）時，電磁波便發(fā)生反射，由接收天線接收反射波。在對地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)雷達(dá)波形、電磁場強(qiáng)度、振幅和雙程走時等參數(shù)便可推斷地下巖體的地質(zhì)構(gòu)造。
實(shí)際上，電磁波在介質(zhì)界面產(chǎn)生反射是因?yàn)閮蓚?cè)介質(zhì)的介電常數(shù)不同，差異越大反射信號越強(qiáng)烈，反之反射信號越差。由電腦所收集并存儲的每一測點(diǎn)上的雷達(dá)波形序列形成一個由若干記錄道組成的地質(zhì)雷達(dá)剖面，如圖2所示。
地質(zhì)雷達(dá)雖探測精度高，但發(fā)射天線能量有限，探測深度較淺。考慮到場地內(nèi)目標(biāo)深度，為提高雷達(dá)剖面分辨率，采用發(fā)射天線和接收天線以固定間隔沿測線同步移動的工作程序，移動一次采集一道數(shù)據(jù)。
步長0.02 m，記錄長度10 ns左右，32次疊加。地質(zhì)雷達(dá)雖探測精度高，但能量有限，探測距離較淺。本次測試采用中心頻率為1.2 GHz的天線進(jìn)行測量。
3 地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集及處理
地質(zhì)雷達(dá)采用高頻電磁波的形式進(jìn)行地下介質(zhì)的探測，其運(yùn)動學(xué)規(guī)律與地震勘探方法類似，因而地震勘探的數(shù)據(jù)采集方法可以被借鑒到地質(zhì)雷達(dá)野外測量中，其中包括反射、折射和透射測量方式。
在反射測量方式中以剖面法多次覆蓋技術(shù)為主，其他方法為輔。
剖面法是發(fā)射天線和接收天線以固定間距沿測線同步移動的一種測量方式。
剖面法的測量結(jié)果用地質(zhì)雷達(dá)時間剖面圖像來表示。當(dāng)天線距離很小時，相當(dāng)于自激自收的數(shù)據(jù)采集方式，得到的記錄能較準(zhǔn)確地反映測線處各反射界面的形態(tài)和介質(zhì)體的空間位置等信息。然而，由于地下介質(zhì)對電磁波的吸收，來自深處界面的反射波會由于信噪比過低而不易識別，這時需應(yīng)用不同天線距的發(fā)射一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(qiáng)對深部介質(zhì)探測的分辨率。在探測過程中，可以根據(jù)現(xiàn)場地形、設(shè)備狀況以及實(shí)際需要來選擇不同的測量方式。
地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的目的主要是壓制各種噪聲，增強(qiáng)有效信號，提高資料信噪比，以最大可能的分辨率在地質(zhì)雷達(dá)圖像剖面上顯示反射波，以便從數(shù)據(jù)中提取速度、振幅、頻率、相位等特征信息，幫助解釋人員對資料進(jìn)行有效的地質(zhì)解釋。
地質(zhì)雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理流程一般分兩部分：
第一部分為數(shù)據(jù)編輯，包括數(shù)據(jù)合并、廢道剔除、測線方向一致化、漂移處理；
第二部分是常規(guī)處理以及地質(zhì)雷達(dá)圖像增強(qiáng)處理，包括數(shù)字濾波、振幅恢復(fù)、均衡、歸一化、小波變換、時深轉(zhuǎn)換等。
4 探測剖面解釋與分析
本次地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集的測線布置如下：分別在2號和3號機(jī)組管型座基礎(chǔ)左、右邊墻（左右4.0～4.1 m寬，上下長6.0～
6.1 m）布置井字形測線，即橫向兩條、縱向兩條。
3號機(jī)組管型座基礎(chǔ)右邊墻橫向測線雷達(dá)測試處理結(jié)果圖，如圖3所示。橫坐標(biāo)為水平距離（m），縱坐標(biāo)左為深度（m），縱坐標(biāo)右為時間（us），圖像顯示右邊墻距地面1.36 m，下游至上游段（0～4.1 m），混凝土表面以下深18～27 cm范圍內(nèi)，存在多組強(qiáng)振幅雷達(dá)反射波組，波形具有弧形的特征，較凌亂，與周圍的波形存在明顯的差異，推測為混凝土中的鋼筋等金屬物，其弧形的頂端即為鋼筋的位置，見表1和如圖3所示。
5 結(jié) 語
地質(zhì)雷達(dá)是一種高分辨率的現(xiàn)代地球物理探測技術(shù)， 它具有很強(qiáng)的抗干擾能力和較高的現(xiàn)場測試效率。
該技術(shù)用于工程中的地質(zhì)缺陷探測能準(zhǔn)確快速地測定缺陷的分布情況；該方法用于水電站等工程巖體及混凝土的缺陷探測，可以較好地確定缺陷發(fā)育的形態(tài)及空間分布，了解目標(biāo)體的地質(zhì)缺陷情況。
因此， 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是類似的地下工程巖體處理探測的一種快捷的， 有效的手段， 值得推廣。
地質(zhì)雷達(dá)測量方式、測線布置及系統(tǒng)參數(shù)的選擇直接影響著野外數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量，只有根據(jù)測量環(huán)境以及探測目標(biāo)體的大致走向、規(guī)模、物性等情況綜合分析，做出合理選擇，才能保證所測地質(zhì)雷達(dá)圖像資料的準(zhǔn)確性和客觀性。
本次現(xiàn)場探測， 中心頻率為1.2 GHz 的天線既具有理想的分辨能力， 又能得到合適的探測深度。因此， 該種范圍頻率的天線是這類探測工作的最佳天線。
就現(xiàn)場測試條件而言， 要求測線兩端及其附近一定范圍內(nèi)無施工機(jī)械設(shè)備存在；同時要求測線所在位置平坦， 無雜亂其他金屬體， 只有這樣才能避免地表物體所形成的側(cè)面反射的干擾， 獲得高質(zhì)量的檢測資料。
根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)圖像的波形、頻率、振幅、相位及電磁波能量吸收情況（或自動增益梯度）等細(xì)節(jié)特征的變化規(guī)律，得出地質(zhì)雷達(dá)圖像解釋的地質(zhì)現(xiàn)象，也有利于以后地質(zhì)雷達(dá)圖像識別和經(jīng)驗(yàn)積累。
本次鋼筋的探測結(jié)果，通過鉆孔驗(yàn)證，實(shí)際位置與探孔測試結(jié)果吻合，說明地質(zhì)雷達(dá)是可以在鋼筋定位測試中應(yīng)用的。
摘要：南門峽水庫的與防滲墻有關(guān)的滲漏問題嚴(yán)重，歷次防滲處理效果不明顯。利用從英國引進(jìn)Groundvue系列地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備，采用深部逐步層次測試分析法，對防滲墻部位進(jìn)行了大量的現(xiàn)場測試分析和解譯，結(jié)合鉆探驗(yàn)證，查明了滲漏部位和路徑。結(jié)果表明：壩基防滲墻完好，厚度在0.50m左右，但位置與現(xiàn)有的灌漿平臺有3m左右的水平距離，這可能是歷次灌漿效果不佳的一個重要原因，為南門峽水庫加固工程提供了重要的技術(shù)支撐。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；Groundvue系列；南門峽水庫；防滲墻；探測
南門峽水庫是以灌溉為主的Ⅲ等中型工程，始建于1974年，1982年投入運(yùn)行。由于該水庫位于巖溶地區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，壩基和兩壩肩構(gòu)造巖溶、裂隙發(fā)育，滲漏比較嚴(yán)重。南門峽水庫防滲處理工程早在1975年大壩施工期間就已經(jīng)開始，至今已進(jìn)行了3個階段帷幕灌漿處理，但效果均不理想。2010年10月對水庫大壩進(jìn)行了安全鑒定，認(rèn)為南門峽水庫存在較嚴(yán)重的病險，主要包括壩基（肩）滲漏嚴(yán)重，滲透穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求，非常溢洪洞洞身中部未襯砌；輸水隧洞洞身多處產(chǎn)生裂縫，影響泄洪安全，水庫不能按設(shè)計要求正常運(yùn)行，屬三類壩。為充分發(fā)揮水庫的社會經(jīng)濟(jì)效益，防止造成重大災(zāi)害，經(jīng)水利部批準(zhǔn)立項(xiàng)，近期對其進(jìn)行除險加固處理[1-2]。
目前一般地質(zhì)雷達(dá)儀器用于防滲墻探測的測試深度在20～30m范圍內(nèi)，并且預(yù)報的準(zhǔn)確率非常不高[3-8]。英國Utsi Electronice公司Groundvue系列地質(zhì)雷達(dá)測試系統(tǒng)是目前世界頻率最低的一款雷達(dá)，最深能探測到180 m，可以進(jìn)行GPS觸發(fā)測量，工作效率快，可進(jìn)行天線陣測量。引進(jìn)地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備及技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場測試和驗(yàn)證，了解南門峽水庫壩基防滲墻的情況，可以為除險加固施工提供技術(shù)支撐。
1Groundvue系列地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)
Groundvue系列地質(zhì)雷達(dá)測試系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)：四通道雷達(dá)主機(jī)的掃描速率為250掃/秒；400MHz 天線頻率范圍：200～600 MHz；50 MHz 天線頻率范圍：30～100 MHz；15 MHz天線頻率范圍：5～30 MHz；高脈沖重復(fù)率：2 MHz到 500 kHz。GV系列雷達(dá)主要型號見表1。
地質(zhì)雷達(dá)的天線根據(jù)劃分的方式不同可以劃分為不同種類的天線。從工作性質(zhì)上可分為發(fā)射天線和接收天線；從屏蔽與否上說可以分為屏蔽天線和非屏蔽天線，如圖1所示。
2現(xiàn)場測試
測線主要布置在了壩頂、壩前坡處，探測路線主要有壩頂沿公路方向的等距的3條縱向測線，壩前坡下的灌漿平臺2條縱向測線，進(jìn)行GV2和GV6探測；壩前坡上由坡下灌漿平臺向坡頂探測，方向垂直于大壩走向，由于壩前坡上有許多塊石，不利于體積、重量較大的GV2探測（對輕便的GV6影響較小），所以測量間距放在3.5 m，共計26條測線。測線布置平面圖如圖2，測試方法如圖3所示。
3室內(nèi)試驗(yàn)
為了對南門峽水庫實(shí)測的GV地質(zhì)雷達(dá)圖像做出的合理的分析，河海大學(xué)在實(shí)驗(yàn)室建立了基于1 GHz的GV3地質(zhì)雷達(dá)天線的模擬實(shí)驗(yàn)平臺，如圖4所示，了解所研究的目標(biāo)模型的GV地質(zhì)雷達(dá)的圖像特點(diǎn)。圖5是中間有板狀目標(biāo)物的地質(zhì)雷達(dá)圖。
4防滲墻測試數(shù)據(jù)解譯與驗(yàn)證
壩基的混凝土防滲墻位于壩前坡從壩基建基面到基巖面之間，是用于防止基巖面上卵礫石覆蓋層滲水。由于缺乏準(zhǔn)確的原始設(shè)計圖紙，在歷次灌漿加固壩基時，一般認(rèn)為其平行于大壩走向位置，在現(xiàn)有的注漿平臺邊上。
采用GV6地質(zhì)雷達(dá)在壩前坡上，垂直于壩走向的方向上進(jìn)行測試，具體測向?yàn)橛蓧纹碌撞肯驂雾敎y量。0+034 m處測量灰度圖像見6。由圖可以發(fā)現(xiàn)在壩前坡上26 m左右處，在地層深度為26 m和32 m的部分發(fā)現(xiàn)有地質(zhì)雷達(dá)電磁波的反應(yīng)，疑似混凝土防滲墻的位置，其平行于大壩的走向，位于灌漿平臺靠近壩頂方向，與現(xiàn)有的灌漿平臺有3 m左右的距離，這可能是歷次灌漿效果不佳的一個重要原因。
為了證實(shí)以上的推測，查看平行于該條測線其他位置上的地質(zhì)雷達(dá)圖像，發(fā)現(xiàn)在其他平行于0+034 m剖面的地質(zhì)雷達(dá)圖像上，絕大多數(shù)圖像，幾乎在相同位置處，發(fā)現(xiàn)了疑似是混凝土防滲墻的雷達(dá)反應(yīng)。圖7為0+208 m壩前坡上24 m處，深度為24 m和32 m的部分出現(xiàn)地質(zhì)雷達(dá)反射弧線，圖8為0+304 m剖面在相同位置處發(fā)現(xiàn)一處雷達(dá)反射弧線，深度也為26 m左右。
從圖7和圖8中兩條反射弧線的相對位置來看，深度較淺的反射弧線往往較深部的反射弧線在圖像上靠左邊一些，這其實(shí)不難解釋，因?yàn)闇y量是一個由下往上的路線，所以測量路線與水平面之間存在著20°度的坡腳，相對于豎直矗立的混凝土防滲墻則相當(dāng)于有著70°的夾角。當(dāng)測量路線在圖像當(dāng)中以水平方向顯示時，圖像中的防滲墻自然而然就會呈現(xiàn)出由垂直方向傾斜20°
，變成“斜墻”的現(xiàn)象。
通過結(jié)合垂直于大壩走向，互相平行的26條地質(zhì)雷達(dá)圖像的觀察與分析，能夠發(fā)現(xiàn)壩基混凝土防滲墻的位置，位于壩頂沿壩前坡向下11 m處，與現(xiàn)有灌漿平臺有3 m左右的距離，防滲墻距離地表距離從26 m到30 m不等，很可能防滲墻頂不在同一高程上。且防滲墻在0+40～0+380 m壩段間延續(xù)良好。
為了確認(rèn)以上地質(zhì)雷達(dá)探測的解釋成果，采用現(xiàn)場鉆探進(jìn)行驗(yàn)證。第一個鉆孔位置根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)測試分析的結(jié)果現(xiàn)場確定，首先在右壩肩樁號0+383.60 m處布置了ZK14-1-1孔，揭露人工堆積的土層后又打到砂礫石，鉆至40 m未找到混凝土防滲墻，經(jīng)分析孔位向下游移了0.70 m布置了ZK14-l-2孔，鉆至25.0 m時找到了混凝土防滲墻。然后在樁號0+208 m處又布置了ZK14-3孔，鉆至28.50 m時找到了防滲墻；在樁號0+150 m處布置了ZKl4-4-1孔，防滲墻沒找到，又向下游移0.60 m，布置了ZK14-4-2孔，鉆至31.0 m時找到了混凝土防滲墻。
防滲墻頂部不在一個高程上，樁號，樁號0+034.2處墻頂高程2 736.45 m，底部高程2 721
.05 m，墻高15.4 m。主要鉆探結(jié)果見表2。防滲墻鉆探驗(yàn)證工作說明原防滲墻呈直線，防滲墻位置位于上游馬道2012年帷幕灌漿中心線向下游左岸5.4 m，右岸6.1 m。
5結(jié)論
（1）南門峽水庫的滲漏問題長期以來一直未能較好的解決，防滲墻的效用問題可能是一個關(guān)鍵問題，引進(jìn)英國Groundvue系列地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備和軟件，為這一關(guān)鍵問題的解決提供了重要支撐。
（2）根據(jù)GV6位于壩前坡的多道測線綜合分析，結(jié)合鉆探取芯的結(jié)果，混凝土防滲墻地質(zhì)雷達(dá)測試分析的防滲墻位置為上游馬道帷幕灌漿中心線向下游左岸5.4 m，右岸6.1 m，防滲墻厚度在0.50 m左右，與現(xiàn)有的灌漿平臺有3 m左右的水平距離，這可能是歷次灌漿效果不佳的一個重要原因。
（3）基于GV3-1G天線的室內(nèi)試驗(yàn)平臺能有效的模擬試驗(yàn)地下各種目標(biāo)物的雷達(dá)圖像特征，其結(jié)果有助于提高Groundvue系列地質(zhì)雷達(dá)的探測解譯效率。
[摘 要]地質(zhì)雷達(dá)在檢測鐵路隧道初期支護(hù)背后空洞、二次襯砌厚度、鋼筋布置情況等方面有較為廣泛的應(yīng)用，本文主要對地質(zhì)雷達(dá)探測在鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測中的工作原理及應(yīng)用進(jìn)行簡要分析。
[關(guān)鍵詞]地質(zhì)雷達(dá) 隧道襯砌 質(zhì)量檢測 缺陷特征
地質(zhì)雷達(dá)探測是一種利用高頻短脈沖信號獲取目標(biāo)體內(nèi)部信息的一種地球物理探測手段，由于其無損、經(jīng)濟(jì)、快捷、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，在鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測中應(yīng)用極為廣泛。鐵路隧道襯砌厚度、鋼筋鋼架布置等直接影響到隧道的結(jié)構(gòu)承載能力和運(yùn)營使用壽命。建設(shè)單位通過地質(zhì)雷達(dá)檢測可以準(zhǔn)確掌握鐵路隧道襯砌的厚度、襯砌背后回填密實(shí)度，鋼筋和鋼架布置情況等情況，并準(zhǔn)確掌握隧道工程的施工質(zhì)量。
一、地質(zhì)雷達(dá)工作原理
地質(zhì)雷達(dá)利用無線電波對被檢測的隧道襯砌、巖土、鋼筋等介質(zhì)進(jìn)行掃描，用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式，在隧道襯砌面通過發(fā)射天線傳播到隧道襯砌內(nèi)，經(jīng)空氣、混凝土、鋼筋和巖層等不同的介質(zhì)層反射后返回，并被接收天線所接收。通過計算機(jī)對雷達(dá)接收到的信號進(jìn)行分析、處理，從而判斷隧道襯砌的施工質(zhì)量。
對于地質(zhì)雷達(dá)無線電波，隧道襯砌的混凝土、鋼筋、巖層和水等介質(zhì)都是以位移電流為主的低損耗介質(zhì)，電磁波在各種介質(zhì)中的傳播速度和反射系數(shù)取決于介質(zhì)的相對介電常數(shù)ε，見公式：
式中r為電磁波從介質(zhì)1傳播到介質(zhì)2時的發(fā)射系數(shù)，為介質(zhì)1的相對介電常數(shù)，為介質(zhì)2的相對介電常數(shù)，V為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度。
根據(jù)電磁波的反射原理，當(dāng)電磁波從介質(zhì)1傳播到介質(zhì)2時，介質(zhì)介電常數(shù)發(fā)生變化，并產(chǎn)生反射波，反射波反射返回接收器被接收，從而產(chǎn)生了介質(zhì)的反射信號，根據(jù)這個信號特征判斷介質(zhì)的物性變化。
二、地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測中的應(yīng)用
由于空氣介質(zhì)與鐵路隧道襯砌中混凝土、鋼筋、鋼架等介質(zhì)的介電常數(shù)差異，雷達(dá)所發(fā)射的高頻電磁波由空氣進(jìn)入隧道襯砌的混凝土層，產(chǎn)生界面強(qiáng)反射；同樣，高頻電磁波由襯砌傳播至巖層時，在傳播過程中遇到鋼筋、工字鋼等物體，或交界面處存在缺陷時，就會導(dǎo)致雷達(dá)剖面上的象位和振幅發(fā)生變化，由此可確定襯砌的厚度和發(fā)現(xiàn)施工缺陷。
根據(jù)《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測評定規(guī)程》，襯砌背后回填密實(shí)度的主要判定特征應(yīng)符合的要求為：1.密室：信號幅度較弱，甚至沒有截面發(fā)射信號；2.不密室：襯砌界面的強(qiáng)反射信號同相軸呈繞射弧形，且不連續(xù)，較分散；3.空洞：襯砌界面反射信號強(qiáng)，三振相明顯，在其下步仍有強(qiáng)反射界面信號，兩組信號時程差較大（見圖1）。
襯砌內(nèi)部鋼架、鋼筋位置分布的主要判定特征應(yīng)符合的要求為：1.鋼架：分散的月牙形強(qiáng)反射信號；2.鋼筋：連續(xù)的小雙曲線形強(qiáng)反射信號（見圖2）。
根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)探測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成時間剖面圖，可判斷出被檢測隧道的襯砌厚度、密實(shí)度和內(nèi)部鋼筋、鋼架等情況，為確定隧道缺陷部位、缺陷長度和缺陷程度提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并根據(jù)缺陷制定相應(yīng)的處理措施。
三、常見的幾種缺陷及相應(yīng)處理措施
1.襯砌厚度不足、襯砌存在空洞的處理措施
對于鐵路隧道襯砌厚度不足、襯砌存在空洞的部位，可按照《鐵路運(yùn)營隧道襯砌安全等級評定暫行規(guī)定》（鐵運(yùn)函[2014]174號）有關(guān)要求，對缺陷地段襯砌安全等級進(jìn)行評定，分為D（完好）、C（輕微）B（較嚴(yán)重）、A1（嚴(yán)重）、AA（極嚴(yán)重）等4個級別。對于C級地段，一般采取長期監(jiān)測措施；對于B、A1、AA級地段，采取錨桿加固措施等補(bǔ)強(qiáng)措施（錨桿數(shù)量、長度、間距應(yīng)根據(jù)圍巖等級和原襯砌設(shè)計情況進(jìn)行具體設(shè)計），并進(jìn)行長期監(jiān)測。
2.鋼筋或鋼筋網(wǎng)間距過大、缺失的處理措施
對于鐵路隧道襯砌鋼筋間距過大或缺失的部位，如果圍巖情況較好（Ⅲ級以上），則一般采取長期監(jiān)測措施；如果圍巖情況較差，則需要采取錨桿加固等補(bǔ)強(qiáng)措施，并進(jìn)行長期監(jiān)測。
3.鋼架間距過大的處理措施
對于鐵路隧道襯砌鋼架過大部位，可視其嚴(yán)重程度而采取相應(yīng)的處理措施。如果情況不嚴(yán)重，可采取長期監(jiān)測的措施；如果圍巖情況不好，鋼架間距超標(biāo)或缺失，則應(yīng)對該段隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行評估，并采取必要的加強(qiáng)措施，必要時拆除該段襯砌重新施做。
四、結(jié)論
地質(zhì)雷達(dá)方法在判斷鐵路隧道襯砌質(zhì)量方面有準(zhǔn)確、快捷、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)雷達(dá)信號的差異能初步判定隧道襯砌質(zhì)量，為建設(shè)單位掌握工程質(zhì)量提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并在發(fā)現(xiàn)襯砌混凝土、鋼筋、鋼架的工程質(zhì)量缺陷后，及時進(jìn)行處理，在降低經(jīng)濟(jì)損失，保證隧道工程質(zhì)量方面發(fā)揮積極作用，因此在鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測中廣泛應(yīng)用。
