時間：2023-05-30 09:12:21
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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12篇地質雷達，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
地質災害是由于各種(自然的或人為的)地質作用導致地質體或地質環境發生變化，給人民的生命財產、生存環境以及國家建設造成損失的災害事件的統稱。近年來，許多地區各種地質災害(滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等)頻發，給當地的經濟建設和人民生命財產安全構成了嚴重威脅。我們知道，任何地質災害的發生、發展都會引起地球物理場的變化，因此，加強對地質災害勘查與治理過程中的物探工作研究是當今環境地質工作中的一項重要課題。
1.地質雷達用于地質災害調查的可行性
常見的地質災害主要有地震、地裂縫、地面沉降、巖溶塌陷、滑坡、崩塌以及泥石流等。嚴格地講，任何一種地質災害的發生都會在介質(土壤、巖層等)中留下痕跡，即通常所說的介電界面，如地裂縫留下的裂隙、活動斷裂留下的破碎帶、滑坡留下的滑脫面以及塌陷留下的地穴或陷坑等，這些界面兩側介質的物性差異很大，致使電磁波穿過該界面時的反射能量發生增減、波形幅值出現明顯變化，據此可解譯出該界面的準確位置及大致形態等相關信息，因而，探地雷達用于地質災害調查是可行的。并且由于使用了高頻、寬頻帶、短脈沖及高速采樣等技術，其探測精度及速度均高于其它種類的物探手段。
2.地質雷達在地質災害調查中的應用
2.1工程概況
工程位置位于重慶市沙坪壩區歌樂山鎮天池村、新開寺村，該區地表主要巖性為灰巖，區內橫向河谷發育，水源豐富，地表灰巖有溶蝕環境。該區域近年多次發生塌陷地質事故，部分民房出現不均勻沉降、開裂等不良現象，且該現象有繼續加劇的趨勢。為提出合理的治理方案，需要對該區域的巖溶分布進行較為詳細的了解，故采用地質雷達對該區域進行探測。由于測區位于居民區，房屋、沼氣池、溝渠、地形大起伏等原因對雷達探測效果均會造成一定的不良影響。
2.2探測原理及儀器
探測設備為用美國地球物理公司（GSSI）的SIR-2000型地質雷達，100MHz地質雷達天線。雷達波法檢測是利用高頻電磁脈沖波的反射來探測目標體的，它通過發射天線向介質發射高頻帶、短脈沖電磁波，通過接收天線接收其反射波。電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度、能量衰減及波形變化將隨所通過介質的電磁學性質及幾何形態的變化而變化。介質的電磁學性質主要包括導磁率μ、導電率σ和介電常數ε，它們與介質的組成物質、密實程度密切相關。根據雷達波的旅行時間、幅度與波形等實測數據，即可探測介質的構造分布及其相關深度等。測試記錄如圖1。
圖1：異常界面雷達典型記錄
測試按現行《水電水利工程物探規程》（DL/T5010－2005）、《城市工程地球物理探測規范》CJJ7-2007標準執行，儀器參數設置如下：增益：0～66db；采樣點數：2048點；發射速率：主要為50脈沖/秒；時間窗口：500ns；濾波系統：20MHz～200MHz。
2.3地質雷達在地質災害調查中的應用
2.3.1地質雷達應用范圍
2.3.1.1在地裂縫調查中的應用
地裂縫是一種常見且比較嚴重的地質災害，地下水過量超采、地面不均勻沉降、斷裂活動、砂土液化以及地震活動等均可引起地裂縫。由于地裂縫在地表斷續出露，剛出現時規模較小，甚至寬僅數mm，不易引起人們的注意。由于其規模較小，以往常用的超聲波法很難探測其橫向及縱向的延伸變化情況，而使用地質雷達則可有效地解決這些問題。
2.3.1.2在巖溶塌陷調查中的應用
在隱伏基巖為灰巖及白云巖等可溶性巖石的地區，巖溶塌陷是一種較為常見的地質災害，由于地下水的溶蝕作用，基巖中出現溶洞，溶洞的擴大可導致其上部覆蓋層中形成土洞而造成塌陷。由于這一切均發生在地下，隱蔽性較強，不易引起人們重視，隱患也就更大。在這方面的調查中，地質雷達具有較大的優勢。
2.3.1.3在滑坡調查中的應用
在斜坡地貌發育的地區，滑坡是一種較為常見的地質災害，地表流水的侵蝕、地下水的潛蝕和溶蝕以及工程荷載和地震作用等都可能引發滑坡?；麦w下滑時與母體之間的分界面稱滑坡面。在工程方面，為了對滑坡災害采取有效的防治措施，首先必須要找出滑坡面。一般采用的是電測法及地震勘測法，但這兩種方法的花費較高，且受地質因素的干擾較大，遠不及地質雷達快速、高效和經濟。
2.3.1.4在活動斷裂調查中的應用
活動斷裂作為一種巨大的災害隱患已引起人們的注意和重視，它可以誘發地震、地裂縫以及地面沉降等多種地質災害，危害極大，如果能準確地確定出活動斷裂的位置，從而在以后的工程建設中避開或采取有效的防護措施，可以最大限度地減少損失。在活動斷裂的調查方面，快速、高效、經濟的地質雷達已逐漸取代了鉆探及變形監測等傳統方法。
2.3.2探測結果
本次測試共計14條測線，長1479m。各測線所得雷達測試圖像清晰，滿足預期探測要求。本文對其中3條測線進行了分析闡述。
2.3.2.1測線1
測線長145m，覆蓋層厚度為1.2~2.5m之間。詳細探測結論見表1與圖2。
表1：探測結果
圖2：測線1成果圖
2.3.2.2測線2
測線長145m，覆蓋層厚度為1.2~2.5m之間。詳細探測結論見表2與圖3。
表2：探測結果
圖3：測線2成果圖
2.3.2.3測線3
測線長145m，覆蓋層厚度為1.2~2.5m之間。詳細探測結論見表3與圖4。
表3：探測結果
圖4：測線3成果圖
3.結束語
關鍵詞：隧道 超前預報 地質雷達探測
探地雷達（GRP）又稱地質雷達，是現代廣泛用于測試地下介質分布的電磁技術之一，它主要是通過地下發射的高頻寬帶的電磁脈沖信號，然后根據回波信號的振幅、波形和頻率等特征，利用地下介質的電磁特性的差異來分析和推斷地下介質的結構特征的，具有快速便捷、操作簡單、抗干擾和場地適應能力強，無損等特征。目前探地雷達技術已經應用于如采礦工程、水利水電工程、地質工程和巖土工程勘察、建筑工程、橋梁道路、隧道工程、管線勘測、環境檢測、考古等方面的行業中[1]。
1 地質雷達工作概述
1.1 地質雷達基本工作原理示意圖 地質雷達與對控雷達在原理上是很相似的，他們都是基于地下介質的電性差異存在的，也都會向地下發射高頻的電磁波，也都能夠接收地下介質反射回來的電磁波，以此對他們進行處理、分析和解釋的工程物探技術，兩者的主要探測原理就是圖1所表示的。
■
圖1 地質雷達工作原理示意圖
雷達脈沖波的行程方程為：t=■
式中：t為脈沖波走時（ns，lns=s）；z為反射體深度；x為發射機和接收機間的距離；v為雷達脈沖波速。
1.2 地質雷達基本工作方法 主要是通過隧道的掌子面發射天線的電磁波，把主頻為數十兆至數百兆乃至數千兆赫的脈波送入隧道掘進方向，這樣當在巖體傳播過程中遇到不同的目標體的電性介面時，就會有部分的電磁能力被反射回到掌子面，在被接收天線接收時，就會主動生成記錄，得到從發射經巖體界面反射回到接收天線的雙程走時t。當巖體介質的波速已知時，可根據測到的精確t值求得目標體的位置和深度。這樣，可對各測點進行快速、連續地探測，并根據反射波組的波形與強度特征，經過數據處理得到地質雷達剖面圖像。而通過多條測線的探測，則可了解隧道掌子面目標體斷面分布情況。
1.3 測線布置 在測試過程中，沿右壁向掌子面移動，一直沿著測線測量到左壁，左右兩壁每次移動距離大概50厘米，掌子面每次移動距離大概20厘米。測線布置如（圖2）。
1.4 資料的解釋 地質雷達資料的地質解釋基礎是拾取反射層。由數據處理后的雷達圖像，全面客觀的分析各種雷達波組的特征（如波形、頻率、強度等），尤其是反射波的波行及強度特征，通過同向軸的追蹤，確定波組的地質意義，構造地質-地球物理解釋模型，依據剖面解釋獲得整個測區的最終成果圖。
雷達的解釋步驟一般為：①反射層拾取。根據勘探孔和雷達圖像對比分析，建立各種反射層的波組特征，而識別反射波組的標志為同向性、相似性和波形特征等。②時間剖面的解釋。在充分掌握區域地質資料，了解測區所處的地質結構背景的基礎上，研究重要波組的特征及其相互關系，掌握重要波組的地質結構特征，其中要重點研究特征波的同相軸的變化趨勢。特征波是指強振幅、能長距離連續追蹤、波形穩定的反射波。同時還應分析時間剖面上的常見特殊波（如繞射波和斷面波等），解釋同相軸不連續帶的原因等。通?？梢詫r間剖面特征分為四類，作為解譯參考：a雷達反射波同相軸發生明顯錯動：一般為破碎帶及大的風化裂縫含水帶，兩側地層性質明顯變化。b雷達反射波同相軸局部缺失：一般為地下裂縫、裂隙橫向發育及巖體風化發育程度不同引起。c雷達波波形發生畸變：由于地下裂縫、不均勻體對于雷達波的電磁馳豫效應和吸收，造成雷達波畸變，崎變程度與裂隙及不均勻體的規模有關。d雷達波反射波頻率變化：一般為巖體或土壤中成分含量及鹽堿性質發生了變化。通常，地質雷達時間剖面上會出現多個特征剖面，這就需要解譯人員的豐富的實踐解譯經驗，以及參考多種因素綜合考慮。
2 應用實例
2.1 探測結果和分析 某二級水電站西端1#、2#引水隧洞工程施工1#引水隧洞超前地質預報
引水隧洞洞號：引（1）洞 預報方法：地質雷達
儀器型號：SIR-20 天線頻率：100MHz
掌子面樁號：引（1）1+345 預報范圍：引（1）1+345～1+369
測量區域為T2z淺灰色中厚層大理巖，巖類為Ⅲ～Ⅳ類圍巖，深埋偏壓。由于隧道全長18千米，開挖高19米，寬17米，當隧道的開挖面較大的時候，坑隧道地質周圍就會顯得復雜，而且存在一定的深埋偏壓，這就需要我們在編制施工組織設計的時候根據不同的巖段進行不同的施工方案，但是需要確定準確的地質情況的時候進行，如果是不同的勘探資料，就需要利用不同的地質雷達技術進行。當我們做好隧道掌子面的超前地質預報工作的時候，就需要在準確掌握掌子面數據后，才根據地質情況提供安全施工的決策依據。因此，我們在施工過程中，就需要準確掌握超前預報數據，然后根據雷達的預測，順利通過隧道的深埋偏壓地質破碎帶和強風化巖層地帶，以此來確保工程施工人員的安全。
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圖3 掌子面素描圖
圖3為對現場所畫處理后得的掌子面地質素描圖。
圖4為通過軟件處理后得到的地質探測成果圖像。
圖5為對探測成果圖象解釋后得到的解釋成果圖。
2.2 實際開挖對比分析 ①掌子面前方引（1）1+345～352 段地質雷達無明顯異常，引（1）1+352～369段存在異常，推斷為裂隙發育，溶蝕，巖體較破碎，局部形成破碎帶，含水，出水情況總體成分散狀，局部較集中，估計總水量3～5L/S。②左壁引（1）1+325～1+345 段探測深度范圍內裂隙發育，局部密集，巖體較破碎。③右壁引（1）1+325～1+333 段探測深度4～12m 范圍內裂隙發育，局部密集；引（1）1+337～1+345 段探測深度范圍內裂隙發育，巖體較破碎，含水。
開挖時BK1+357段有裂隙發育，有白色大理石填充，無滲水。在后半段的巖體質量逐漸因為增重而破裂。就需要根據預報的實際開挖的數據進行操作。引（1）1+352～369預報為裂隙發育，溶蝕，巖體較破碎，局部形成破碎帶，含水，出水情況總體成分散狀。開挖時，洞頂為一個長寬約為10×12米破碎帶，在比較破碎的地方出現滲水，成線狀分散。預報和實際開挖較吻合。
3 結論
①通過對某二級水電站輔助洞為研究對象，多次到輔助洞進行實地考察，這樣才能在前期收集大量的勘察資料及現場測試資料等。并且根據輔助洞的超前地質為預報的主要研究對象，我們可以通過大量的現場測試的資料進行分析隧洞的施工情況的的統計數據成果，這樣在地質雷達預報溶洞、斷裂和裂隙時候，就會效果更佳，就可以作為超前短距離地質預報的首選。②由于地質雷達在探測過程中會受到如來自金屬體及空氣中的各種電磁波因素的干擾，這樣就導致后期的數據受到影響，在數據處理解釋上就會產生一定的影響。所以，為了避免探測過程中出現的這些因素的影響，就需要工作人員結合多方面的資料，對數據處理作出更為準確和有效的解釋。
參考文獻：
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【關鍵詞】地質雷達；巖溶地質勘察；工作原理分析；電磁波特征分析
前言
巖溶地區的地質勘察工作有其特殊性，勘察的目的是為設計和施工提供工程地質依據， 是保證巖土工程質量的重要因素。特別是對地下隱伏地形分布情況的勘察， 如位置、范圍、分布、深度等， 為工程的順利進行提供了可靠的地質資料。結合不同工程地質條件， 選擇適宜的勘察方法， 也是物探工作的基本原則之一。巖溶地形勘察的常規物探方法有直流電法、瞬變電磁、地質雷達等， 其中， 地質雷達方法能夠對地下介質電性、完整性、含水性等特征的差異， 做出敏感反應， 且具有采集方便， 速度快， 易于調整， 適應性強， 對工作條件要求不高， 有較強的普適性等特點， 因此更適用于巖溶地形勘察。作者在本文中， 主要從巖溶地區電磁波反應特征的角度， 來介紹巖溶地形的地質雷達勘察技術。
1 工作原理與方法
地質雷達方法是一種用于確定地下介質分布的廣譜電磁波技術，其利用一個天線向地下發射無載波電磁脈沖，另一天線接收由地下不同介質界面的反射回波。高頻電磁波在介質中傳播時， 其路徑、電磁場強度和波形， 將隨所通過介質的電性特征及幾何形態而變化， 故通過對時域波形的采集、處理和分析， 可確定地下界面或目標體的空間位置及結構。地質雷達的探測原理與淺層地震相似， 在探測過程中， 它通過發射天線， 將高頻電磁波（ 10MHz～1GHz） ， 以寬頻帶脈沖形式定向送入地下。電磁波在地下介質傳播的過程中， 當遇到存在電性差異的地下地層或目標體時， 便會發生反射并返回地面， 被接收天線所接收。
地質雷達測量方法有剖面法、寬角法等， 通常采用剖面法， 即發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， 每個發射周期獲得一個記錄， 見圖1。在一條測線測量完成后， 多次記錄可用時間剖面圖像來表示。圖1橫坐標記錄了天線的移動位置， 縱坐標表示反射波的雙程旅行時間。鑒于巖溶地形的復雜性， 多采用點測的工作方式， 測點點距的確定取決于天線的中心頻率與地下介質的性質。一般來說， 在頻率較低， 介質介電常數較小的情況下， 可適當增加點距， 大致為介質子波波長的四分之一。時窗的選擇受測深和波速的影響， 考慮到速度和目標埋深的變化， 一般根據時窗大小適當增加其值（一般增大30%?。?，以避免溢出。中心頻率和采樣率， 關系到探測的精度和測距的大小， 可根據具體探測目標的埋深及性質來設定， 一般應在工作前通過測試來確定。此外， 考慮巖溶地形的發育特征和對電磁波的吸收能力， 可在測試時進行重復測量和適當改變天線的排列方式。
2 巖溶地形下電磁波反應特征
在不同工程地質條件下， 電磁波傳播的反應特征各不相同。巖溶地形下的電磁波傳播， 往往呈現出較強的差異性和不規則性， 在進行巖溶勘察時，需充分了解電磁波的反應特征， 包括電磁波的衰減、速度、距離特征， 以及交界面反射、介質含水量特征和波形的曲線特征等。
2.1 衰減特征
由于巖溶地區地質條件非常復雜， 地下地形千姿百態， 因此其衰減特征也特別明顯。高頻電磁波的傳播可以用一組麥克斯韋方程來表示， 考慮到高頻電磁波在地下有耗介質中傳播時電能損失，介電弛豫特性， 以及磁導效應對電磁波能量衰減的影響， 考慮用德貝爾函數表示衰減因子：
（1）
（2）
（3）
（4）
（?。?（5）
其中 E 為電場強度矢量； B 為磁場強度矢量； D為位移電流矢量； H 為磁場密度矢量； 為電流密度矢量（無源時 = 0）??； 為衰減函數， 類似于黏彈性介質中的響應函數； 為真空中的介電常數（ = 8.85×10- 12 F·m- 1 ） ； 為高頻條件下相對介電常數； 為低頻條件下的相對介電常數； σ為電導率； 為磁衰減函數； 為真空中的導磁率； 為高頻下的導磁率； 為松弛時間； L 為衰減函數的總個數。
可以看出， 影響電磁波傳播的參數包括介質的導磁率、電導率、介電常數、松弛時間等， 由于對電磁波來說， 地下介質屬于有耗介質， 這些參數影響著電磁波的能量、走時和形態。
在巖溶地區， 由于介質的電磁特性變化較大，電磁波的衰減特性很難進行量化， 對于介質磁性和導電性較差的地區而言， 電磁波的衰減速率大致隨電導率和導磁率的增大而增加， 隨介電常數的增大而減小， 電磁波的吸收特性可近似描述為：
（6）
其中β為吸收系數， 它能夠反應電磁場強度在傳播過程中的衰減速率。
在理想條件下， 通過對介質相對介電常數、電導率、導磁率等參數的確定， 能夠大致推斷出電磁波在介質中的衰減特征。
2. 2 速度與距離特征
由電磁波的傳播特性可知：
（7）
其中 為相位系數， 即單位距離波的弧度； λ為波長； 為電磁波的頻率； ω為角頻率。由此得到：
υ=ω/α （8）
可以看出， 相位系數是決定電磁波速大小的因素， 而相位系數受介質電導率和介電常數影響， 而且受影響的程度隨著頻率的變化而有差異。對于介質磁性和導電性較差的地區而言， 電磁波的傳播速度可近似表示為：
υ=c/ （9）
其中 c為電磁波在真空中的傳播速度； ε為相對介電常數； μ為介質的相對磁導率， 其值一般取1。
在進行結構層厚度和地質體埋深的勘察中， 需要了解地下結構層的介電常數， 可通過雷達反射波幅來進行推導。確定方法如下： 反射面上層下層材料的介電常數， 與界面的反射系數R 之間存在一定關系：
（10）
式中 、 分別為上層和下層的介電常數； 是上層反射系數， 它是反射波幅A 與全反射波幅Am 的比； 〔 〕是上一層在反射過程的能量損失。當表層面反射時， 上層空氣的介電常數1， 忽略反射層能量損失， 依次類推， 可求出不同層的介電常數。
電磁波在地下介質傳播的過程中， 當遇到不同的結構層或地質體時， 部份能量發生折射， 其余能量發生反射并返回地面。由于電磁波在各不同介質中的傳播速度V不同， 根據發射器和接收器所接收的反射波信息， 可獲得雷達脈沖在地下傳播過程中的雙程旅行時間T ， 于是有式（ 11）， 并由此來推算地層厚度或埋深信息。
（11）
2.3 交界面反射特征
利用地質雷達探明溶洞或地層交界面的基本原理， 是利用交界面對高頻電磁波反射信號的影響來判定。界面介質的異常， 往往會導致反射電磁波的波形異常（如強反射、夾層反射和繞射等） ， 由此便能夠判斷出交界面地質體的性質、大小和分布情況。
在檢測時， 當電磁波垂直入射時， 反射系數R和折射系數T 可以用式（ 12）來表示。
（12）
式中 、 分別為上、下介質的介電常數。一旦結構層出現變化或遇到空洞和裂隙等， 便會出現明顯的異常特征反射， 并反映在雷達資料上。
2.4 含水量特征
覆蓋層和結構層的含水量特征， 是判斷巖溶地形發育狀況的重要因素， 也是電磁波圖像識別的重要輔助手段， 可根據介電常數與含水量之間的關系測得該層的含水量。設 、 、 、 分別為水、固體、結構層和空氣的密度， 、 、V、 分別是水、固體顆粒、結構層和空氣的體積， 、 、 分別為水、固體顆粒和基層的容重（忽略空氣容重），則有：
其中， 固體顆粒的干密度 為測定值， 那么， 結構層含水量取決于水的體積百分比N 1。此時， 便可以按照前面所述的， 利用地質雷達的方法來測含水量的基本原理， 根據介電常數與含水體積之間的關系， 可以測得該層的含水量。
2.5 曲線特征
巖溶地形由于其表面的復雜性和發育的不規則性， 且對電磁波吸收能力較強， 往往會對雷達的成像效果產生較大影響。加之偶極子源的輻射場是一種球面波， 在接收器接受電磁波的過程中， 會受到不同程度干擾波的影響， 致使巖溶地形雷達波曲線往往具有干擾多、衰減快、特征弱的特點， 為雷達波的圖像特征識別增加了難度。因此， 在進行巖溶地形電磁波曲線特征識別時， 應最大限度地了解數據的采集環境與地質條件， 熟悉各種巖溶地形的成像特征以及電磁波的反射特征。
一般來說， 地下不同介質的介電常數差別較大， 會導致反射能量迅速增加， 交界面圖像反射特征明顯， 在局部或某方向范圍內成像有較大差異。
如果不同介質的分界面比較光滑和規則， 則反射波走時比較穩定， 在圖像上會形成一道細密的波形；如果介質表面很復雜， 特別是在裂隙和破碎帶， 波形會變得很雜亂， 受反射延遲的影響， 反射波范圍較大， 交界面特征不明顯。
在電磁波傳播過程中， 如果遇到裂隙、斷裂破碎帶， 特別是充水溶蝕破碎帶， 波形往往會發生突變， 邊界反射信號明顯， 反射波同向軸位置發生錯動， 而且由于地層破碎， 使斷裂帶內部對電磁波的吸收增強， 內部反射波強度會減弱。如果地下裂縫、裂隙沿橫向發展、發育， 那么由于其對雷達反射波的吸收和衰減作用， 往往使得在裂縫、裂隙的發育位置造成可連續追蹤對比的雷達反射波同相軸局部缺失， 而缺失的范圍與地下裂縫、裂隙的橫向發育范圍及大小有關。
由于溶洞與周圍介質物性差異明顯， 容易在邊界形成反射， 且反射形狀能夠大致反映溶洞的位置和大小， 充填型溶洞往往邊界反射非常明顯。溶洞內部反射特征與內部充填介質的類型、規則性和均勻性有關：
如果填充物比較單一或填充物較集中，則內部會表現出反射信號弱或反射信號被吸收的特征； 如果內部空間表面起伏較大、連續性不好， 則會引起多次反射和繞射， 形成多次波或繞射波。
斷裂破碎帶、溶蝕裂隙、裂縫等對電磁波的吸收作用很強， 往往會使反射波能量的衰減在時間剖面上表現明顯， 這是判斷上層構造發育的重要依據。此外， 在勘察過程中， 電磁波會受地表溶溝溶槽、地形突變、覆蓋物、出露灰巖， 以及地下隱伏不規則體的影響， 出現不同類型的干擾波。根據干擾介質、干擾類型、中心頻率或采樣率的不同， 這些干擾波往往會導致電磁波曲線呈現出傾斜線形， 上下錯動形，“V”形或“X”形震蕩反應， 這些主要體現在振幅和同向軸的變化上。干擾的識別和判斷一方面是依靠勘察人員的工程經驗， 而在更大程度上是依靠對勘查區地質情況的深入了解和分析。
【關鍵詞】地質雷達；探測技術；管道異常
0.引言
地質雷達作為一種集合了目前較高科技的檢測設備，可以實現對待探測物體的定位以及相關信息的搜集，最重要的是還可以在探測的同時實現對目標物的位置和形態的圖像生成，這是目前其他的探測設備所不具備的。由于其在應用中有著諸多的使用優勢，已經被廣泛的應用于礦產、水利、電力以及鐵路工程的相關研究和探測活動中。尤其是隨著我國城市化進程的進一步加快，我國的各種市政工程建設也突飛猛進，這種情況下要想實現對公路橋梁以及相關基礎設施工程的優質建設，就必須要對現有的地質情況進行準確的分析和定位，尤其是潛藏于地下的地下水資源的流向和流量問題，如果處理不當不僅會影響施工的進度，還會影響工程的施工質量以及后續使用過程中的排水問題。地質雷達作為一種新型的地質情況的探測設備，在對水文情況的檢測過程中，會通過電磁波的傳輸和反射情況來識別地下水的分布情況，并且可以根據信號的不同波長和強度，來推測地下水的位置和流量。
地質雷達歸根結底是一種地球物理方法，具有地球物理方法的共同特征，但是在實際的操作過程中，又同其他的地球物理方法有所區別，主要表現為以下幾個方面：①地質雷達具有較其他探測設備更高的分辨率和識別率，可以更加準確的定位和繪制待測物體。②地質雷達具有較強的無損性特點，也就是說在使用和探測的過程中可以不對待測物體和周圍的地質環境造成損害。③地質雷達的探測效率高，也就是說這種方式同以往的探測方式相比，可以實現更加簡便的操作，一點程度上提高了工作效率。④ 地質雷達可以再探測后形成直觀的探測結果，也就是說它說獨具的圖像顯示功能，可以更加直觀的反應待測物體。⑤技術難度大。也就是說由于地質雷達的作用原理是通過電磁波的傳輸來實現的，所以在實際的操作過程中需要較為嚴格的實施環境，因而也就一定程度上加大了施工難度。
1.國內外地質雷達的研究和發展現狀
國際上對于地質雷達這種新技術的研究和實驗一直都在進行，并且經歷了近 “聯合”、“移植”和“借鑒”等幾個階段，雖然經過長期的研究得到了一定的發展成果，但是還存在一些未解決的技術問題。
地質雷達工作原理與特點：
地質雷達的主要工作原理是通過對電磁波的傳輸和信號反饋來實現對周圍地質情況的分析的一種探測技術，其應用的主要原理是傳播介質的不同導致的電磁波信號的差異規律，操作過程中使用的是高頻電磁波，在信號接收的過程中使用的是R天線。
地質雷達相較于傳統的地質探測技術具有這樣幾個方面的應用優勢：①地質雷達可以實現更加安全和高效的施工，減少了施工探測過程中的繁瑣勞動，節約了人力。②地質雷達技術可以實現更強的抗干擾能力，也就是說操作過程中只受到電磁波傳輸信號的好壞影響，而不會受到天氣以及環境的限制。③地質雷達技術可以實現直觀的成像，并且可以提供較高分辨率的圖像供探測結果分析。④地質雷達探測技術可以實現更加高效的數據采集，簡便易行。
2.工程案例
某居民住宅區內的一個地下排水管被施工過程中的樁基擊穿，這種情況下不僅導致了污水的大量外泄，還形成了地表的下陷，為了更好的進行維修和施工，必須要對管道的排水管的漏水情況進行探測，下面就采用地質雷達方式進行施工探測。
2.1探測技術
由于地下存在水喝巖石，砂石等幾種物質，要想較快的區分出水的位置和流量，就必須要從水的特殊屬性入手，因為水的導電率明顯的高于其他兩種物質，所以在探測過程中，可以采用電流探測的方式。①可以根據地質雷達的電磁波的反射情況，確定出電流較大位置為水。②根據電磁波的變化情況，確定水的流向問題。
在對本次地質情況進行探測的過程中，施工人員通過對塌陷位置的布設剖面來實現，總共的布設長度為十二米，其中打點的間隔為一米，總共布設的測量點為七十個。
2.2探測資料解釋與分析
在本次探測中，混凝土管道的周邊情況為探測的重點環節，所以為了確定混凝土管道周圍是否存在異常的水流破壞情況，必須要采用多種方式對其進行定位和繪制圖像以及頻譜分析。
2.2.1富含水異常
在發射電磁波的過程中發現，電磁波進入傳播介質的速度較快，而反射回來的速度較慢，這種情況顯示管道內存有較多的地下水。又因為在管道中產生了連續負波，所以表面該區域的能量較弱，水含量較高。
2.2.2管道異常
在測量活動開展前，一定要對周圍的環境進行處理，要保證測量場地的平整，避免由于地形和地勢影響測量的結果。
通過對該區域的探測和圖譜的繪制可以發現，管道周圍的區域為低能量區，而右側不遠位置有一個較為明顯的高能量區，并且呈現出圓弧形。這也就表示圓形的封閉區內存在著水流的異常。進一步通過對高頻波的發射和回收我們可以發現，管道內存有大量的污水，所以導致了其呈現出一個特定形狀的波頻。
2.2.3其他各典型測線的解釋
測線6與1附近管道異常特征存在明顯差別，差別在于圓形異常區內高能量高頻率的信號基本不存在，推斷管內的污水排出較多；7線管道異常特征極不明顯，其他測線上的圓形異常區在該測線上基本不存在，推斷該區域的排污管被管樁打碎，推斷管內的污水排出多、且有較多泥沙流入，因為泥沙的成分和含量決定了具有較低的導電率，所以如果波頻的變化不明顯，就應該判斷為此處的地下水已經排出；8 線管道異常顯示為“云狀”，也就是說還存在較大面積的污水和泥沙的混合區域，所以可以推斷該處排污管雖然未被管樁擊穿、但已經嚴重變形，泥沙流入相對較少、管內的污水排出慢。所以要求工程施工人員在制定施工方案時要充分的考慮這些因素，避免造成二次傷害。
2.3探測結果
通過對探測結果的分析可以得出本次地質雷達探測大深度管道有效，采用頻譜分析技術效果好。 根據地質雷達資料分析，排污管被擊穿的位置處在地面可見塌坑一側。在排污管被擊穿一側的地質雷達成果資料普遍存在低頻低能量區域。雖無明顯的空洞異常特征，但可以推斷該區域的土體嚴重松散且含水量較大。
3.結束語
綜上所述，地質雷達探測技術是一種新型的地質探測方式，由于地質雷達檢測技術（GPR）應用范圍廣、穿透深度大、非接觸連續測量、快速簡便、結果直觀等優點，其用于地下水探測以及地下環境監測已成為水利和物探行業研究的熱點。由于地下水對于各種市政工程和基礎設施建設工程的施工都有著非常重要的影響，所以地下水的檢測和探測技術也就值得有關部門關注。這種情況下，如何更好的應用地質雷達技術實現準確的地下水的探測，更好的為我國的工程施工服務，就成為了有關工程技術部門要面對和解決的又一難題。 [科]
【參考文獻】
[1]胡少偉，陸俊，牛志國.高速地質雷達在引水隧洞混凝土襯砌質量檢測中的應用[J].水利水運工程學報，2010（2）：1-6.
[2]陸俊，游日，牛志國.高速地質雷達在公路隧道襯砌質量檢測中的應用[J].筑路工程與施工機械化，2010，27（5）：24-27.
[3]楊峰，彭蘇萍.地質雷達探測原理與方法研究[M].北京：科學出版社，2010.
關鍵詞：地質雷達技術埋地管道缺陷探查
中圖分類號： F407 文獻標識碼： A
1地質雷達探查技術簡介
地質雷達(Ground Penetrating Radar,簡稱GPR) 也稱探地雷達，是一種新興的地下探測與混凝土建筑物無損探查設備，它是利用寬頻帶高頻電磁波信號探測介質結構分布的非破壞性的探測儀器，是目前國內外用于測量混凝土內部缺陷最先進、最便捷的儀器之一，天線屏蔽干擾小，探測范圍廣，分辨率高，具有實時數據處理和信號增強，可進行連續透視掃描，現場實時顯示二維彩色圖像。地質雷達工作示意圖見圖1。
圖1 地質雷達工作示意圖
地質雷達技術(Ground Penetrating Radar Method)是利用雷達發射天線向建筑物發射高頻脈沖電磁波，由接收天線接收目的體的反射電磁波，探測目的體分布的一種勘測方法。其實際是利用介質等電磁波的反射特性，對介質內部的構造和缺陷(或其他不均勻體)進行探測。
地質雷達通過雷達天線對隱蔽目標體進行全斷面掃描的方式獲得斷面的掃描圖像，具體工作原理是：當雷達系統利用天線向地下發射寬頻帶高頻電磁波，電磁波信號在介質內部傳播時遇到介電差異較大的介質界面時，就會發生反射、透射和折射。兩種介質的介電常數差異越大，反射的電磁波能量也越大；反射回的電磁波被與發射天線同步移動的接收天線接收后，由雷達主機精確記錄下反射回的電磁波的運動特征，再通過信號技術處理，形成全斷面的掃描圖，工程技術人員通過對雷達圖像的判讀，判斷出地下目標物的實際結構情況。地質雷達工作原理示意圖見圖2。
圖2 地質雷達工作原理示意圖
電磁波的傳播取決于介質的電性，介質的電性主要有電導率μ和介電常數ε，前者主要影響電磁波的穿透(探測)深度，在電導率適中的情況下，后者決定電磁波在該物體中的傳播速度，因此，所謂電性介面也就是電磁波傳播的速度介面。不同的地質體(物體)具有不同的電性，因此，在不同電性的地質體的分界面上，都會產生回波?；灸繕梭w探測原理見圖3。
圖3 基本目標體探測原理示意圖
2地質雷達探查實例簡介
（1）探查部位
探查部位為某引水工程玻璃鋼夾砂管道。對存在滲漏、管道底板起鼓、裂縫等缺陷的問題管道，采用數字地質雷達進行管道脫空探查、管材內部及管材與基礎結合面探查。
（2）探查設備及人員安排
地質雷達探查采用瑞典RAMAC/GPR ProEx型數字地質雷達，配備500 MHz、800 MHz和1.6 GHz屏蔽天線，探查深度分別為3m、1.2m、0.3m?，F場探查工作方式為連續探測，采用距離觸發模式。現場探查時安排3人，1人負責主機操作，1人負責操作天線，1人負責現場照明。
3地質雷達探查結果分析
（1）管道基礎缺陷雷達圖像
該管道基礎不密實，存在局部脫空、典型裂隙、管底孔洞等基礎缺陷。
現場對地質雷達探查發現的管底脫空的管道進行了敲擊驗證，敲擊驗證表明，地質雷達判斷有脫空的管道底板敲擊有空鼓聲，但范圍均不大，寬度均小于0.5m，沿管線并不連續，有間隔，顯示脫空范圍均不大，目前尚不構成危害。管道承插口部位雷達圖像全部異常，與承插口之間的縫隙有關?？p隙的兩界面反射信號強，時程差小，因此在承插口部位下部基礎仍有強反射界面信號，但不表示承插口部位下部基礎不密實。見圖4。
管底基礎2m深范圍內雷達圖像明顯異常，出現連續、多次強反射信號，推定為原管道基礎問題。鑒于同相軸呈平弧形，時程差較小，顯示基礎內有層間水平裂隙，可能是該管段基礎換填采用了塊石，由塊石層間縫隙造成，也不排除原基礎為富水不密實區域。見圖5。
深度0.5m至1.0m存在典型基礎裂隙，該管段基礎不密實。見圖6。
深度1.5m范圍內圖像異常，推斷管底部存在空洞。見圖7。
圖4 管道基礎局部脫空雷達圖像 圖5管道基礎不密實區域雷達圖像
圖6 管道基礎裂隙區雷達圖像 圖7管底孔洞雷達圖像
（2）管道鼓包和裂隙雷達圖像
玻璃鋼夾砂管與鋼管連接處，距離插口85cm，管身左腰位置有直徑25cm的鼓包，鼓包中間有環向裂縫，圖8為鼓包和裂隙處現場照片。鼓包處雷達圖像解釋：順水流方向測線顯示，鼓包裂縫下游側深度0.1m至0.4m范圍內存在典型的不密實區域，有基礎裂隙。環向測線顯示，沿鼓包裂縫深度0.15m至0.45m范圍內存在典型的不密實區域。鑒于不密實區域較小，可對玻璃鋼夾砂管鼓包裂縫部位進行修補，不進行灌漿處理。圖9和圖10為鼓包和裂隙順水流方向測線和環向測線雷達圖像。
圖8 鼓包和裂縫照片
圖9 鼓包和裂隙順水流方向測線雷達圖像 圖10 鼓包和裂隙環向測線雷達圖像
（3）管道承插口滲漏圖像
承插口涌水較為嚴重，現場照片見圖11。承插口雷達圖像解釋：順水流方向雷達圖像顯示，測線4.6m到5.3m段的70 cm長度為承插口段，深度0.1m至0.6m區域為典型的不密實區域，黃線位置的波形圖顯示，深度0至0.2m范圍雷達波振幅接近為零，說明富含水。環向雷達圖像黃線位置的波形圖顯示，深度0至0.25m范圍內部沒有振幅，說明富含水。表明該承插口滲漏部位已形成滲漏通道，通道寬度為60cm，深度20～25cm。建議立即進行灌漿處理，封閉滲漏通道。圖12和圖13為承插口順水流方向測線和環向測線雷達圖像。
圖11 承插口滲漏照片
圖12 承插口順水流方向測線雷達圖像 圖13 承插口環向測線雷達圖像
（4）探查結論
雷達探查圖像顯示，該管道基礎不密實，存在局部脫空，敲擊驗證有空鼓聲，寬度均小于0.5m，單節管道沿管線方向脫空不連續，有間隔，顯示脫空范圍均不大，目前尚不構成危害。
管道存在鼓包和裂隙，該部位雷達探查顯示，不密實區域較小，可對玻璃鋼夾砂管鼓包裂縫部位進行修補，不進行灌漿處理。
承插口滲漏部位已形成滲漏通道，通道寬度60cm，深度20cm，需在恢復通水前進行灌漿處理，封閉滲漏通道。
4 結語
此次實際工程地質雷達探查結果證明，地質雷達技術是探查埋地管道缺陷的可靠方法，對于存在滲漏、管道底板起鼓、裂縫等缺陷的問題管道，可以采用數字地質雷達進行管道基礎脫空探查、管材內部及管材與基礎結合面探查，該方法可實現埋地管道缺陷的快速無損診斷。
參考文獻
[1] 中國水利水電科學研究院，深圳北部水源工程2012年停水檢修玻璃鋼夾砂管缺陷探查報告，2013.3.
[2] 冷興武等，現行RPM管道標準中存在的若干問題，哈爾濱玻璃鋼研究院，2007.3.
【關鍵詞】公路隧道；地質雷達；檢測；超前預報；應用
1、工程概況
小北山二號隧道為長隧道，按左、右線分離布設。左線隧道起訖里程ZK19+571～ZK21+091，長1520m，揭陽端洞口采用削竹式，洞口設計標高30.353m，惠來端洞門采用削竹式，洞口設計標高17.398m，坡高0.5%～-1.317%，隧道最大埋深約209m。右線隧道起訖里程ZK19+599～ZK21+081，長1482m，揭陽端洞口采用削竹式，洞口設計標高30.493m，惠來端洞門采用削竹式，洞口設計標高17.490m，坡度0.5%～-1.321%，隧道最大埋深約212m。隧道位于丘陵地區，山體地形陡峭，山體植被較發育，山體發育花崗巖孤石，大小不一。隧址區基底主要為燕山期花崗巖，局部見輝綠巖巖脈，覆蓋層由粘土、全～強風巖組成，基巖由中~微風化巖組成。隧址區地下水類型主要為潛水，含水層主要為第四系松散層的孔隙及中～微風化巖的風化裂隙。
2、地質雷達的發展及其應用
隨著社會的高速發展，有很多的方便加上很多的儀器可以在巖土勘察中使用，重要的方法有彈性波法及其電磁波法。在實際工程當中經常使用的電磁波法就是地質雷達，隧道地震探測儀比較適合遠距離宏觀的地質問題探測；并且地質雷達方法可以結合高頻電磁波而進行非?？斓臒o損傷探測，因此頻段非常高的話可以在隧道結構當中進行檢測。公路的隧道工程埋深、規模以及數量隨著時間的增加而不斷地變多，而在施工的過程當中也遇到了很多復雜的工程地質條件。雖然說在設計以前都作了非常詳細地質勘察，但是在隧道實際的開挖施工當中，還會有非常多的問題發生的。從這些方面就可以很好地說明，在隧道施工過程當中的圍巖穩定性狀況以及一些掌子面前方的實際情況，并且做出及時地超前預報。當隧道發生一些事故或者竣工以后，應該結合現行的規范上面要求以及隧道本身的結構特性，不但應該在隧道的表面進行觀測以及凈空斷面進行測量，需要的時候還應該采用地質雷達進行一些更深入的檢測，例如圍巖的密實完整穩定的情況、鋼拱架的分布情況、有無離析以及蜂窩麻面、襯砌混凝土的均勻一致性以及相對應的完整性以及襯砌有效厚度等等。經過實際的情況可以證明，地質雷達技術可以在隧道的施工當中作出非常詳細的超前地質預報?，F在，地質雷達檢測技術已經發展到了單點探測以及連續探測的實時自動成圖。而國外的國家探地雷達基本上是單脈沖雷達，其工作的頻率在50到2G赫茲，最為代表性的國家是美國和加拿大。我們國家所生產的一系列地質雷達，結合地下工程的超前預報的特點，采用的是脈沖調制式，這個的探測距離非常大，而且分辨率也非常高，其工作的頻率大約在160到220兆赫茲，其探測的距離可以達到40到60米，可以很好地適應超前地質預報以及部分的工程檢測。
3、探測的原理以及方法
結合設計的圖紙以及設計的任務書按照規定進行開展地質超前預報的工作，其預測應該是沿著隧道縱向三十米的范圍以內對一些不安全的地質問題進行檢查，對前面的地層巖性變化以及水文地質特征（軟弱巖層的分布、斷層發育及其影響帶、水的賦存情況等）進行探測，對隧道圍巖的級別進行分析，并列出一些施工的建議，確保隧道施工的安全，減少一些不必要的損失，為動態的設計提供所需要的地質參數，從而可以更好地為隧道施工進行服務。本次的地質預報使用的是地質雷達系統，運用了空氣耦合型100兆赫茲的天線，結合探測的前方巖石的特點以及現場施工的條件，對距離30米左右進行詳細地探測。而這次預報的工作面位于ZK19+735里處的地方，使用一些點測的方式，使用一系列的方法對工作面的正前方進行詳細地預測。
4、數據的處理以及得出來的結果
對實際測量出來的資料用一系列的軟件進行處理分析，再結合現場的巖性所具體的實際情況，選擇一個比較適合的相對介電常數，進而得出來一些成果，在成果的解釋當中，開始的時候，假如發現了有非常明顯的反相位反射波組出現的話，就應該巖性變壞的一個表現；假如發現了有非常明顯的正相位強波反射波組出現的話，就應該是巖層巖性變好的一個表現，結合反射波反射強度的實際大小就可以區分反射界面前方介質的一系列的特征。依據雷達數據處理結果并結合地質資料分析得出以下預報結果：（1）掌子面為強風化花崗巖，上方自穩能力差，中部伴隨嚴重掉塊，局部潮濕明顯，推斷圍巖級別為Ⅴ級。（2）掌子面右側前方4~10m（ZK19+739~ZK19+745）區域反射信號強烈，同相軸紊亂，推測此區域與掌子面情況類似，有明顯破碎帶，圍巖完整性差，推斷圍巖級別為Ⅴ級。（3）掌子面前方10~15m（ZK19+745~ZK19+750）區域反射信號衰退穩定，同相軸平穩但仍存在斷開處，推測此區域巖性略微好轉，但依舊破碎且含水，推斷圍巖級別為IV級。（4）掌子面前方15~30m（ZK19+750~ZK19+765）區域信號較弱，加大增益后發現同相軸較為連續，推測此區域巖性好轉，級別應為IV級。依據結果給出的建議：（1）ZK19+735掌子面圍巖為強風化花崗巖，自穩能力差，局部潮濕明顯，中部掉塊嚴重，應嚴格控制進尺，加強支護，預防坍塌。（2）掌子面前方10m區域圍巖與掌子面情況相似，穩定性差，破碎帶明顯，容易坍塌。嚴格控制進尺，及時做好初期支護工作并保證強度，防止掉塊與坍塌，同時做好排水工作。（3）掌子面前方20m區域后，巖性有所好轉。建議采用上下臺階方法，并嚴格控制進尺，及時做好初期支護工作并保證強度，防止掉塊與坍塌，同時做好排水工作。
5、結束語
關鍵詞：隧道； 地質雷達； 介電常數； 脫空；
Abstract：On the basis of the application of geological radar in tunnel detection, the feasibility is elaborated in detecting the common flaw of tunnel, proceeding from the principles. Meanwhile the instances prove the monitoring ability of geological radar in tunnel construction. It is helpful for the popularization and application of geological radar.
Key words：tunnel； geological radar； dielectric coefficient； hollow；
中圖分類號：TN95文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)
進入21世紀，隨著我國經濟迅速發展和科技水平的不斷提高，鐵路建設對隧道的應用越來越引起人們的重視，并得到迅猛發展。但受諸多因素影響,隧道襯砌混凝土可能會出現空洞、欠密實和欠厚等工程質量問題。為及時發現隧道襯砌混凝土的質量問題,可利用具有高分辨、高效率的地質雷達法進行無損檢測。
地質雷達工作原理
地質雷達是由主機、天線和配套軟件等幾部分組成，根據電磁波在有耗介質中的傳播特性，發射天線向被測介質發送脈沖形式的高頻寬帶電磁波。電磁波在介質中傳播過程中，當遇到存在電性差異的地下目標體，如空洞、分界面時，電磁波便發生反射，返回到接觸面時由接收天線所接收。在對接收天線接收到的雷達波進行處理和分析的基礎上，根據接收到的雷達波形、強度、雙程走時等參數便可推斷目標體的空間位置、結構、電性及幾何形態，從而到達對地下隱蔽目標物的探測。地質雷達采用非接地性測量，可作快速連續無損檢測，能比較直觀地表現檢測目標物。因此,采用地質雷達法對隧道襯砌混凝土質量進行檢測是可行的。
圖1.地質雷達工作原理
地質雷達工作時，由發射天線（T）向地下介質發射一定中心頻率的高頻電磁脈沖波，經地下地層或目的體反射后返回地面，被接收天線（R）所接收（見圖1）。
1.1電磁波行走時間
式中： t—地質雷達記錄時間
D—探測目的層深度
X—發射天線與接收天線的距離
V—電磁波在介質中的傳播速度
當采用的天線為收發一體時X=0，公式可簡化為
電磁波在介質的傳播速度
電磁波通常被近似為均勻平面波，其傳播速度在高阻介質中取決于介質的相對介電常數即：
式中，C—電磁波在大氣中的傳播速度，約為m/s；
ε—相對介電常數，不同的介質其介電常數亦不同
常見介質的介電常數值見表1。從表1中可知介質的組成不同，介質的性質也不同，導致了電磁波在不同介質傳播中的差異。
表1.常見介質的相對介電常數值
1.3電磁波反射系數
電磁波反射信號的振幅與反射系數成正比。對于地質雷達，發射和接收天線靠的很近，幾乎垂直發射和反射，此時入射角趨近與零。因此，反射系數r可表示為：
反射信號的強度主要取決于上、下層介質的電性差異，電性差越大，反射信號越強。當兩個介質的介電常數相同時，反射系數為0，不發生反射，僅有透射。
現場檢測
2.1 測線的布置及里程標記
對于鐵路雙線隧道而言，現場需要對隧道襯砌的拱頂、左右拱腰（距起拱線1米處）、左右邊墻（距軌面2米處）和左右仰拱中心線（見圖2）這7條測線進行數據采集。如果是單線隧道仰拱只檢測仰拱中心線即可。檢測點定位以各隧道施工單位所提供測量為準。為保證點位的準確,在各隧道壁上每5 m 作一標記,標上里程,當天線對齊某一標記時,由儀器操作員向儀器輸入標記,在雷達記錄中每5 m 作一標記。
圖2.測線斷面布置示意圖
2.2 天線的選擇
用于隧道檢測常用的天線，其頻率為100MHz~1.5GHz。頻率高的天線，精度較高，能量衰減較快，探測深度較淺；頻率低的天線，精度相對較低，能量衰減較慢，探測的深度較深．因此，選用天線時，應根據隧道襯砌設計的厚度及檢測要求而定。如果建設方不作具體要求，一般采用400MHz的天線。
2.3 雷達采集參數的選擇
現場檢測開始前，應該對地質雷達的采集參數進行設定。參數設定的主要內容包括天線頻率、天線發射率、記錄長度、介電常數和掃描速度等。參數設置的是否合理影響到記錄數據的質量，更加關系到后期數據分析的準確性。
典型圖像分析
下面簡單的對常見的幾種雷達圖像進行分析。
3.1 異常圖像
在雷達圖像分析前，我們首先要掌握所檢測隧道襯砌的相關參數，如圍巖等級、襯砌厚度和鋼筋間距等；其次應根據現場記錄，分析可能存在干擾的預埋管件等剛性構件的位置，準確地去區分襯砌內部缺陷異常與預埋管件異常。如圖3所示，雷達天線經過的拱頂測線位置安裝有接觸網預留滑槽，使得圖像出現異常反應，但這不能判定為缺陷。因此，排除干擾對缺陷判識起到重要的作用。
圖3
3.2 標準鋼筋及拱架圖像
如我們所檢測隧道襯砌內鋼筋排列整齊，混凝土密實；同時，我們在現場采集時選擇參數合理，我們采集的圖像即為雷達標準圖像（如圖4所示）。圖像中混凝土內無異常反應，鋼筋為分散的倒“V”字型反射信號。
圖4 雷達標準圖像
在隧道襯砌初期支護內布設的鋼架，在雷達圖像中呈現出分散的月牙形強反射信號（如圖5所示）。
圖5 初支內布設的鋼架圖像
3.3 圍巖裂隙
在隧道二襯檢測中我們通常選用400MHz的天線，它的探測深度在2米左右。當襯砌內為未布設鋼筋時，圖像能清晰的反應出初支背后較明顯的圍巖裂隙的圖像（如圖6所示）。
圖6 初支背后存在明顯圍巖裂隙的圖像
3.4 襯砌內脫空
在隧道襯砌現在施工過程中，由于各種因素的影響經常會導致襯砌內出現脫空的現象。當遇到脫空時，由于空氣與混凝土介電常數差別較大，電磁波在噴混凝土與空氣之間將產生強反射信號，圖像呈弧形且反射界面明顯。如圖7所示，為比較典型的三角形脫空圖像。
圖7 典型三角形脫空圖像
結束語
地質雷達法現在已經廣泛應用于對隧道襯砌的現場檢測。它采用高科技手段，以其高分辨率和高準確率，快速、連續且高效的無損檢測方法很快得到人們的認可，人們在實際工程中的推廣和應用，經過長期實踐和不斷發展，現已形成一套完整的檢測系統。這種無損檢測方法對于隧道質量的監控提供了很好的保證。
參考文獻
[1] 李大心.探地雷達方法與應用. 地質出版社.1994
關鍵詞：超前地質預報；探地雷達；巖溶隧道；數據解釋
中圖分類號：U452 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）31-0043-02
隧道超前地質預報是利用鉆探以及各種現代物探等手段，探測隧道開挖面前方的地質情況，力圖在施工前掌握前方的巖土體結構、性質、狀態以及地下水、瓦斯等的賦存情況、地應力情況等地質信息，為進一步的施工提供指導，以避免施工及運營過程中發生涌水、瓦斯突出、巖爆、大變形等等地質災害，保證施工的安全和順利進行。特別是巖溶發育地區的山嶺隧道，因為隧道前方巖溶分布情況，極大地影響到施工安全和施工進度，所以超前地質預報的地位更為顯著，在探明前方地質概況后，可以事先做好相應施工準備，避免巖溶釀災，同時還能確保經濟、快速施工。
1 探地雷達原理簡介
探地雷達是地球物理探測手段的一種，其地球物理前提是待測目標的物理性質和周邊介質存在差異，這里所說的物理性質主要是介質的介電性質，探地雷達的工作原理可以表述為：主機控制發射天線向目標體發射電磁波，電磁波在目標介質中傳播，當遇到電性分界面的時候，電磁波被反射回來，地質雷達接收天線接收反射回來的電磁波，并傳回主機記錄。主機記錄到的電磁波在能量、波形、波相、傳播時間等都會根據介質的物理性質的不同而變化，通過識別這些變化就能推測出介質中的界面位置、形態等信息。原理圖如圖1所示。在隧道短距離超前地質預報中，探地雷達具有分辨率高、操作簡單、檢測時間短、對正常施工影響小、具備實時數據處理功能等優勢，因而深得人心。
2 探地雷達數據處理步驟
探地雷達原始數據的好壞直接影響后期處理乃至地質解釋等環節，因此，清晰、真實、高信噪比的原始數據是一切解釋工作的前提。為此，在測量過程中需要嚴格做到如下三點：（1）對可能對探測帶來干擾的干擾源進行處理，如臺車、交流電線等，不能進行處理的要詳細記錄其所處的位置及形態等，以便在探測結果中能正確識別；（2）雷達天線要與掌子面圍巖密切貼合，采用連續測量時，天線移動速度要盡可能均勻，并在掌子面及數據體中對應打標記。若掌子面平整度差，需采用點測，則要注意天線每次移動的距離不應過大，以保證橫向采樣能充分覆蓋探測目標；（3）測試結束后要回放數據，對數據進行預判，對于存在疑慮的異常點，可重復測量，驗證一致性，同時判斷是否是現場干擾。
得到原始記錄后，通常并不能直接進行解釋，為了解釋成果的盡可能準確，需要對原始數據作一系列處理，以達到去偽存真，提高數據信噪比的目的，常規處理過程如下：（1）信息挑選，測量中并非所有采集到的數據都能被有效利用，如測量開始前及測量結束后被意外采集的空白數據、天線被架空時的縱向干擾帶、在同一位置重復的采集數據等都需要去除，否則會給后續處理帶來影響；（2）確定地面反射時間，其目的是為了準確確定反射目標的深度位置；（3）確定增益參數，適當的增益可以使反射目標更加清晰，易于辨別，但需要特別注意到：增益過大或使用不當可能給原始數據帶來各種假象或異常體局部特征被放大，不利于整體目標的識別；（4）壓制各種背景數據及干擾，這一過程通常通過濾波來實現，從而提高原始數據的信噪比，達到突出異常反射的目的；（5）偏移處理，由于發射天線和接收天線之間存在距離，因此電磁波在探測目標中的孤立異常體周圍會發射繞射，對孤立異常體形態的識別帶來干擾，偏移能讓繞射波歸位，讓孤立異常體形態變得清晰可循，有利于對目標體的識別；（6）深度轉換，野外獲取的探地雷達數據是電磁波隨時間變化在目標體中的傳播展示，而后期解釋需要的是異常目標體的具體深度位置，因此，準確的深度轉換是非常重要的，這涉及到準確提取探測目標體速度的問題。
上面僅簡單列舉了地質雷達超前地質預報數據的常規處理過程，根據原始數據品質的不同以及實際需要的差異，通常還有增加里程標識及高程信息、靜校正、數據測量方向反轉、反褶積等處理手段。
3 探地雷達超前地質預報實例
3.1 預報工作面地質概況
擬預報段落隧道圍巖為灰巖，根據前段施工經歷，該隧道巖溶十分發育，掌子面整體較完好，基本平整，細微節理發育，延伸短，掌子面略顯潮濕，但未見明顯出水。現場測試采用100MHz屏蔽天線，相對介電常數設置為7，測量時窗為350ns，采用點測方式測量，測線布置于掌子面中下部，如圖2所示，測點間距控制在10～15厘米每點，測線長度約10米。
3.2 掌子面前方地質解釋
圖3所示為預報結果，其中左圖為灰階譜圖，其特點是反射波同相軸連貫（若存在），有利于識別異常體形態，適合追蹤界面以及勾勒異常體輪廓；右圖為波形圖（又稱Wiggle圖），波形清楚地展示了反射波的波形、波相以及能量的變化情況，有利于推測反射目標體的物理性質。
結合圖3左側灰階譜圖可以看出深度2.5～6米、橫向2～5.5米范圍內電磁反射回波能量異常增強，呈團狀反射，上部包絡依稀呈雙曲線狀，后續多次反射波發育；從圖3右側Wiggle圖對應位置可以看到反射波多以較“鋒銳”的中高頻為主，偏“胖”的低頻回波發育較少；基于以上認識，推測對應位置為小型空洞。在圖3中下部位置，有斜向右上角發育的強反射同相軸，連貫性好，具界面特征，其頻率中等，推測為裂隙或破碎夾層，少量摻泥。整個探測范圍內，電磁回波頻率都集中在中高頻段，推測前方圍巖受地下水影響相對較小。
3.3 開挖驗證
為積累原始資料同時提高解釋人員水平，超前預報后技術人員對開挖情況進行了跟蹤。在開挖至前方2米時，掌子面左側掘遇溶洞，形態與預報結果相當，但規模小于預報結果，縱橫向尺寸約為2×2米，底部填少量泥質，微微潤濕-干燥狀；9～13米段落間陸續發現破碎夾層，厚度約20厘米，充填巖屑及少量泥質，微微潤濕-干燥狀。在預報范圍內掘進中發現地下水影響較小。
4 結語
探地雷達是隧道超前地質預報中準確有效、方便快捷的探測手段之一，但由于地下介質的復雜性，對探測結果進行準確的解釋還需要解釋人員注重經驗積累：
（1）探測結果中異常體的尺寸以及位置是值得反復推敲的問題，應繞射現象的存在，異常體規模通常小于探測結果中規模，這在本次探測中是有體現的；另外，關于異常體的精確埋深，通常也不宜準確獲取，因為現場測試中，圍巖相對介電常數值通常不是一成不變的，也不易精確獲取，數據解釋中應予以注意。
（2）隧道超前地質預報應作為隧道建設必不可少的一環來做，從而降低施工的盲目性，提高高全系數；同時，也能從某種意義上加快施工進度，節約費用。
（3）物探手段因探測目標的不可見及復雜性而廣泛存在多解現象，這一特點是不可以消除的，只能通過多種手段從不同角度去修正探測結果，提高準確率。如隧道超前地質預報通常輔以一定數目的超前鉆孔或加深炮孔來對預報結果進行修正，同時，注意積累工程經驗也是提高預報成功率的必經之路。
參考文獻
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【關鍵詞】地質雷達；隧道工程質量檢測；應用
1 引言
近年來，我國的鐵路、公路相關隧道工程得到了很大的發展，在很多地區，隧道工程也已經成為了很多線路中的控制工程，其建設的質量將直接對隧道的整體安全性帶來影響。但是，由于隧道的部分工作如襯砌等較為隱蔽，在隧道建設完成后，用普通的方式很難對其施工質量進行檢測。而這時，就需要使用地質雷達技術對其進行檢測。地質雷達技術是目前在國際中應用廣泛的一種檢測方法，其有著無損、快速的檢測特點，同時以實時成像的方式來對結構的剖面進行顯示，從而使檢測人員能夠更為直觀的對其進行分析與判斷。而如何能夠通過地質雷達技術對隧道工程質量進行良好的檢測，則成為了目前行業人員關注的問題。
2 地質雷達技術在隧道工程應用的實例
在南部地區的某隧道中，其地質組成主要是二疊、三疊系灰巖，對于隧道施工帶來了以下難點：爆破超挖、欠挖、斷層破碎帶等等，以上問題對于施工的襯砌質量都帶來了一定程度的影響，下面我們就以地質雷達檢測的方式，以無損的方式對以上問題進行解決。
2.1 異常體地質雷達檢測資料的特征分析
通過將地質雷達緊貼襯砌壁的方式進行檢測，當雷達信號發出后，就會遇到襯砌壁，并以極快的速度返回從而被雷達所檢測，這樣就會在雷達圖中形成了垂直坐標為0的坐標，其所對應的基本水平的支線。
而對于質量合格的混凝土襯砌來說，其在正常情況下不會發生反射，這種情況在雷達圖像中將以黑色的形式進行呈現，而有異常的位置則會在雷達圖像中以規律的圖形形式進行顯現，其形成的電性差異將會對反射信號的強弱進行決定，而這種反射信號會隨著電性差異的增大而更加強烈。如襯砌位置回填不夠密實，那么就會因為混凝土與空氣間的巨大差異而會以白色的方式在雷達圖像中進行顯現。而由于襯砌中混凝土與鋼筋存在著較大的電性差異，就會以淺灰色在雷達圖像進行呈現。而如果襯砌內部的混凝土沒有搗固均勻，那么其存在的小反射面就會以灰黑色或者晦澀在雷達中顯示。
2.1.1 脫空現象
當防水板懸掛方式不當或者光爆效果不佳的時候，就會出現襯砌接觸不密實或者襯砌脫空的現象。而當光爆效果不佳時，按照相關規定則應當在支護的初期使用同級別的混凝土對其進行找平。而如果沒有按照上述方式施工，而在拱部鋼筋網背后墊片石后再進行混凝土的噴射，從而在噴射層后部出現一連串連續的空洞，從而對質量形成了一定的隱患。
圖1 襯砌接觸不密實的雷達圖像
在上圖中，我們發現縱坐標10.0處有一連串的白色圓狀圖像，這就是接觸不密實在雷達圖像中的表現，而圖中的一串白色長條區域就代表這此處有著脫空現象的存在，而在其兩側，分辨分布這空氣與混凝土，同時因為其有著較大的電性，從而使得其在雷達圖像中以白色進行顯示。
2.1.2 欠挖現象
如果對光面的爆破沒有控制好，那么就會較為頻繁的出現欠挖、超挖的現象。此時如果沒有在施工的過程中采取適當的補救，就會在隧道斷面出現一連串類似鋸齒樣的起伏，這種情況的出現不僅會很容易出現脫空現象，還有可能導致隧道由于其襯砌的厚度不夠而對施工的質量產生影響。
圖2 襯砌防水板背后脫空、厚度不夠的雷達圖像
在上圖中，在混凝土反射界面之后，有著一個類似八字形的白色反射截面，而這個截面就應當襯砌同巖石的截面。通過界面可以看到，此混凝土的襯砌厚度有著中間薄、兩邊厚的現象出現。且圖像中2080079.99處的襯砌厚度明顯過薄。
2.1.3 鋼筋布設不合格
在隧道施工的過程中，常常會由于控制不當的原因，從而出現鋼筋布設數量不夠、鋼筋網缺失、錯斷等布設不合格的問題出現。
圖3 鋼筋缺失、錯斷、趁機后連續脫空的雷達圖像
在上圖中，就是由于鋼筋缺失、錯斷問題的雷達圖像。且由于圍巖同鋼筋之間有著較大的電特性差異，其介電常數也有著較大的差別，所以很利于我們使用地質雷達對其中的鋼筋情況進行探析。在上圖中可以看到，在隧道鋼筋的反射中，其顯示圖像為外部白色、內部淺灰色的半圓型，從而可以看出圖左半區的鋼筋布設是符合要求的，而在129.93.99處則可以明顯的看出鋼筋出現了錯斷的現象。
2.2 具體應用
在該地區測試段中，其襯砌材質為C35號混凝土，以雙層鋼筋的形式進行布置，在同等條件下其混凝土的電磁波波速為13cm/ns，經地質雷達檢測后，其波形圖如下所示：
圖4 有鋼筋段雷達波形圖
而在另一段沒有鋼筋的混凝土襯砌段中，其使用的混凝土型號為C30，經過同樣的混凝土標定后，其電磁波速約為11cm/ns，經地質雷達檢測后，其波形圖如下所示：
圖5 無鋼筋段雷達波形圖
由于混凝土同鋼筋之間有著較大的電性差異，所以其在雷達圖像中就屬于一種由較強反射能力的異常體存在。在圖4中我們可以看到，在5.00縱坐標處有很多的小圓圈所組成的兩條曲線，而這就代表著兩排鋼筋。從圖像中可以看到，該區段的混凝土布置情況較為均勻，大體上沒有缺失現象的出現，且混凝土厚度也能夠較好的滿足施工要求。而為了進一步對預想結果進行證實，我們在該襯砌段的雷達測線中以任意選取兩點的形式對其進行了鉆芯驗證，結果表明符合設計要求。而在圖5中，其顯示為普通無鋼筋的混凝土雷達圖像，可以看到，其在50cm的范圍內，沒有發現較為明顯的異常體存在，而在雷達檢測結果合格的同時，我們也對其進行了進一步的實際檢測，發現其厚度也能夠施工的需求。只是在其襯砌后方的初期支護處存在少量的不密實現象。
2.3 地質雷達檢測中的相關經驗
2.3.1 對于普通的混凝土來說，如果混凝土內部較為均勻，且沒有存在異常體，那么就會以黑色的形式在雷達圖像中顯現。而如果其中存在異常體，那么就會在雷達圖像中以一定有規律、其它顏色的形式進行顯現。而對于雷達圖像有較暗、較弱的反射面來說，其就應當判斷為混凝土內部有著不均勻的現象，而不是存在異常體。
2.3.2 對于混凝土來說，鋼筋則屬于異常體的一種，由于這兩者之間有著電性的差別，從而會在雷達圖像中以很多小圓圈組成的曲線存在，顏色主要為淺灰色以及白色。通過雷達圖像，則可以對其判定鋼筋的布設情況是否合理以及鋼筋是否有缺失、錯斷的情況存在。
3 結束語
總的來說，地質雷達技術在我國目前的隧道工程質量檢測中有著重要的作用，是對隧道工程質量進行檢測的重要保障。在實際的隧道工程檢測中，我們也應當根據地區實際情況，以對地質雷達技術良好應用的方式，來對我國的隧道工程質量進行保證。
參考文獻：
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關鍵詞：地質雷達、空洞、城市道路
中圖分類號：U41 文獻標識碼：A 文章編號：
隨著城市地下空間的不斷開發利用，特別是大規模的地鐵建設施工，因為復雜的地質條件和多變的施工環境，不時有地面下陷和沉降過大的報道。在繁忙的城市道路上快速、準確的對存在的較大空洞提前預警并準確定位，地質雷達成為最主要的探測技術之一。
1、地質雷達工作原理
地質雷達是一種寬頻帶高頻電磁波信號探測介質分布的無損探測儀器。它通過天線發射和接收電磁波反射信號，在測線上不斷移動天線來獲得相關的剖面圖像。地質雷達天線的發射端向地下發射高頻電磁波，電磁波信號在地下傳播時遇到不同介質的界面時就會發生反射，反射的電磁波被與發射端同步移動的天線接收端接收后，通過雷達主機精確記錄反射回的電磁波的波形特征，再通過相關的技術處理，得到雷達剖面圖，通過對剖面圖波形特征的分析，判斷測線位置下是否存在空洞或異常。
介質的介電常數差異越大，反射的電磁波能量也越大。由于空洞內填充的介質與周邊的介質存在明顯的電性質差異，電磁波會在空洞的界面處發生反射，反射的電磁波由地面的接收天線接收，根據電磁波發射與反射波返回的時間差和介質中電磁波的傳播速度來確定空洞距測量表面的距離，達到檢出地下空洞位置的目的。
電磁波傳播時間與空洞深度的關系如下：
其中：z：目標體深度，單位米；v：電磁波在介質中的傳播速度，單位米/秒；c：電磁波在真空中的傳播速度；：介質的相對介電常數，無單位；t：地質雷達記錄的電磁波傳播時間。通過這個公式，可以將雷達接收到的雙程走時轉換為反射目標體的深度。地質雷達的工作原理見圖1。
地質雷達主要利用寬高頻時域電磁脈沖波的反射探測目標體。
地質雷達根據測得的電磁波傳播時間，自動求出反射物的深度z和范圍。
圖1 地質雷達的工作原理示意圖
2、地質雷達探測方法的優點
地質雷達具備設備輕便、探測速度快、信號屏蔽效果好、分辨率高、對檢測對象無破壞等優點。地質雷達系統通常由雷達主機、天線和連接光纖或電纜組成，能夠在復雜的城市交通路面上快速拖動，采集數據速度快，無需特別準備，能夠在短時間內迅速采集到大量的地下信息；地質雷達在進行城市道路地下空洞探測時，使用的天線頻率較高，因此可以得到高分辨率的探測結果；地質雷達系統對探測對象本身不產生破壞，達到完全的無損檢測，達到保護探測對象的目的。
3、天線的選擇和參數設置
根據檢測工作分辨率的需要，通常選用兩種頻率的天線對測區進行探測，例如100MHz和500MHz屏蔽天線。雷達檢測參數設置通常遵循如下原則：
①采樣頻率（Sampling Frequency）：數值設置為大約天線頻率的10倍，。采樣頻率與波形長度有關，采樣頻率越高，對應的時窗越小。
②采樣數（Number of Samples）：采樣數設置較高，將會增大整個的時窗長度，降低采集速度并增大數據文件。
③時窗（Time Window）：受采樣頻率和采樣數的控制。時窗=采樣數/采樣頻率。
④觸發間隔（Trig Interval）：數值大小會影響目標體在雷達圖上的成像比例。經過試驗對比，100MHz和500MHz屏蔽天線觸發間隔分別為0.05m和0.02m時，圖像效果較好。
⑤疊加次數：自動疊加（Auto Stacking），雷達系統自動執行盡可能多的疊加次數。
⑥觸發方式：距離觸發，連續采集數據。
4、資料處理
地質雷達在數據采集過程中，會受到其他電磁信號、儀器噪音和復雜地下構造等因素的影響，儀器記錄的信息除有用信號外，還會產生許多干擾信號，這些干擾信號降低了信號的信噪比，掩蓋了真實異常并且經常產生假異常，使檢測結果不準確，因此在利用雷達資料進行檢測結果解釋之前，還需要進行數字處理來壓制干擾波，提高信號的信噪比。地質雷達資料處理的主要任務是依據地質雷達探測的基本原理，利用電磁波在介質中的傳播規律和數字信號處理的方法，在計算機上對采集的雷達數據進行有效的濾波處理，使得到的記錄中突出顯示與地下信息的位置、形態、結構和大小等有效信息，為后期的解釋服務。通常需要采用的處理步驟有：
①DC removal：通常每道波形的振幅都存在一個常量的偏移，我們稱之為直流偏移。這步處理將在數據中去除DC部分，每道波形都將被單獨的計算，作用范圍通常取時窗長度下部的三分之一，時窗開的越大，這個濾波作用效果越明顯。
②Subtract Mean Trace：這步處理通過減去一個所有道波形的平均值來在雷達圖像上消除水平或近似水平的特征。這步處理的作用是通過減去一個一定道數或全部道數振幅的平均值在雷達圖像上消除水平或近似水平的特征。處理后可以明顯看出圖像頂部的地面反射或直達波影響明顯削弱。如果圖像處理的目的是突出分層效果，這個步驟可以省略不用。
③Automatic gain control(AGC)：自動增益控制能夠調整每道波形的增益，主要通過調整時間窗口內的平均振幅來實現。AGC濾波器主要目的通過對時窗信號的放大來突出深部的有用信息。放大系數的選擇非常重要，放大倍數小了，達不到突出深部有效信號的作用，但放大倍數如果過大，則會起到相反的作用。
④Band Pass：帶通濾波主要是在數據中去除不想要的頻率，在低取舍點和高取舍點區間之外的頻率成份都將被削弱。地質雷達儀器的頻帶寬度非常大，在數據處理中，可以根據想要的效果，使用帶通濾波器在數據中去除不想要的頻率，保留需要的頻率。處理過后，圖像上的“毛刺”消失，看起來更加直觀。
⑤Running Average：這步處理通過對激活采樣窗口內全部采樣的平均值來替換每個采樣值，這使雷達圖像看起來更加平滑。該步處理是通過對一定范圍內的像素點取平均值來替換該范圍內的每個采樣值，這使雷達圖像看起來更加平滑。取點范圍可以是3×3、5×5、7×7、9×9或11×11，選取的范圍越大，圖像處理后就越平滑。
5、資料解釋和實例
通過對地質雷達數據進行有效處理后，可以得到高信噪比的資料，但是要得到準確的檢測結果，還需要結合地質資料和現場記錄，盡量剔除假異常，得到真正的地下結構信息，使雷達檢測信息和地下真實情況相對應，獲取真正的異常信息，并對該異常信息作合理解釋。
城市道路下空洞的形成通常是因為各種因素的原因造成土層局部下沉，土層之間形成空洞或者脫空，空洞范圍一般較大，空洞區填充物一般為空氣、水或其他混合填充物，厚度一般為數厘米到數十厘米。因為空洞區填充介質與周圍介質的介電常數差異較大，所以雷達剖面上的空洞波形特征反映明顯，一般表現為同相軸不連續，上部界面反射信號強，三振相明顯，在其下部仍有反射界面信號，兩組信號時程差較大。
5.1 應用實例1
圖2是在北京城區某處探測得到的地質雷達剖面圖，雷達主機采用瑞典MALA公司CUII型號主機，天線采用100Mhz屏蔽天線。從圖上可以看出，紅的方框區域內同相軸不連續、反射能量強，三振相明顯，下部有反射界面信號，基本符合空洞波形特征。后來對此區域進行了注漿加強處理。
圖2 地質雷達剖面圖
5.2應用實例2
圖3是在北京大興某處探測得到了地質雷達剖面圖，雷達主機采用瑞典MALA公司X3M型號主機，天線采用100Mhz屏蔽天線。因探測區域地質情況良好，雷達探測深度也較大。在圖上藍色橢圓框內，可以明顯看出同相軸不連續，上部界面反射信號強，三振相明顯，在其下部仍有反射界面信號，兩組信號時程差較大，符合空洞的波形特征。
圖3 地質雷達剖面圖
6、結束語
地質雷達雖然具有探測速度快、分辨率高、抗干擾能力強等優點，但作為一種物探方法，它還是具有物探檢測方法的明顯特點---多解性，因此，對地質雷達探測出來的重點區域，還應采用其他方法進行確認和復測。
參考文獻：
關鍵詞：介電常數 地質雷達 檢測 公路隧道
一、地質雷達進行檢測過程中基本的原理分析
所謂的地質雷達，其實就是一種通過高頻電磁波方式進行信號探測的探測辦法，其本身是利用物體結構內部的電磁波信號在傳遞的過程中實際的運動特點來實現相關的檢測的。一般情況下，常常被應用在一些對象比較復雜、區域面積較大、并且進度要求較高、檢測速度比較突出的特殊環境下。
對于地質雷達的組成而言，其一般情況下通過下面的兩個部分共同組成，一個是天線，另一個便是控制主機。而控制主機的作用便是對控制信號進行提供，而天線這是用于對高頻電磁波進行發射以及接受。對于地質雷達而言，其主要使用的電磁波為幾十赫茲一直到幾千赫茲頻段，一般所使用的形式為寬頻帶短脈沖形式。并且通過天線發射裝置直接發送到地下位置，并且經過地下目標本身所釋放的放射以后回到地面裝置，同樣被天線接收裝置所接接收。對于地質雷達而言，其天線種類主要區分為雙置式以及單置式兩種類型，對于單置式而言，其主要特點便是接收器以及反射器都是融合一體的；而對于雙置式而言，其主要是接收器以及反射器相互分離。
二、地質雷達相關技術參數分析以及數據采集分析
（一）相關技術參數淺析
某試驗工程在進行質量檢測的過程中，其所使用的地質雷達類型為美產的sir20類型，就目前而言，該類型地質雷達是世界上技術最靠前的地址勘探雷達種類，其主要的技術參數包括有以下方面：
其處理器類型為雙通道實時類型的數字采集裝置，工作中可以同時對2條通道的數據進行有效地記錄，并且在4組數據收集后完成相應的處理分析工作；對于其主機而言，其通常情況下能夠適用于所有頻段的雷達天線。其適合的頻率范圍包括有1.60mhz一直到2.20ghz；可實現的量程增益為-22db到100db的氛圍中，可以選擇自動增益或者是通過手動選擇的方式。在進行增益曲線的段落選擇過程中，可以從1.2～8當中進行對應的選擇。對于其濾波器而言，還是有自動選擇以及用戶手動選擇兩種方式，其中包括有水平濾波以及垂直時間域的濾波。其有效地掃描速率包括的范圍有最小2次，直到最大800次地掃描。并且還擁有dsp數據采集系統；其信噪比大于100分貝，有效動態范圍為120分貝，有效記錄長度為120分貝。
（二）數據采集淺析
在某試驗工程進行的過程中，我們按照隧道相關的質量檢測規范以及標準，順延這隧道內部的左右弓腰部分以及邊墻部分進行5條測試軸線的布置，具體的布置示意圖按照下圖1中所示，在進行實際的操作過程中，在車上便將地質雷達的主機進行安裝，并且由相關工作人員持天線送到固定的測試位置，在進行實際的采集過程中高的時候，挖掘機以及車，或者是操作人員以及車必須保持勻速緩慢前進的狀態，以方面對數據進行采集。
在以混凝土作為測試例子進行估算的時候，其相應的相對介質參數為6.4，并且在其中其電磁波有效的傳播速度保持為0.120m/ns，并且其襯砌厚度最大值則是保持在1.101m左右，并且可以根據相關的公式對時窗值進行計算。在進行外設天線的選擇過程中，選擇雙置類型的天線（規格：900mhz）；在進行數據采集方式的確定過程中，選擇線測的方式進行，對于一些異常的區域，通過點測或者補測的方式進行，在進行增益方式的選擇過程中，一般情況下選擇 5點進行自動增益。
三、地質雷達實測數據分析與解譯
雷達記錄資料中，同一連續界面的反射信號形成同向軸，依據同向軸的時間、形態、強弱、方向反正等進行解釋判斷是地質解釋最重要的基礎。同向軸的形態與埋藏的物界面的形態并非完全一致，但經過細致的分析研究，還是能夠較為準確地判斷其物界面。下面就針對隧道檢測的基本項目對地質雷達數據分析加以說明。
（一）隧道襯砌厚度檢測
足夠的隧道襯砌厚度是隧道力學承載能力及使用壽命的重要保證，采用SIR-20型地質雷達能夠準確、迅速、直觀地檢測出隧道襯砌厚度，檢測方法采用五測線法（見圖1）。二襯、初支與圍巖之間由于組分及物性差別較大，介電常數差別較大，反射波形振幅較大，反射界面較明顯，判斷襯砌厚度較容易。
（二）脫空區檢測
脫空區是隧道工程常見的病害，對隧道的質量有著嚴重影響。通常，在脫空區內填充有空氣，局部富水段填充有水，而水與空氣和圍巖及襯砌介電常數差別較大，因為混凝土和圍巖的波阻抗差異很大，反射波正反相間，波相先藍后紅，反射很強，脫空區斷續蜿蜒，位置清晰明顯，極易辨別。
（三）回填欠實檢測
回填欠實也是隧道的常見的質量隱患，嚴重影響隧道的使用壽命，易造成隧道襯砌漏水、開裂，可采用地質雷達檢測出。
如圖2所示，回填欠實區在雷達圖像上反映的波形比較雜亂，反射振幅忽強忽弱，相位變化比較大，在該區域，回填一般采用片石，片石之間有很大的空隙，使波的反射較為雜亂。
（四）混凝土裂縫檢測
在襯砌的施工中，由于施工過程中的工序安排不當、混凝土齡期不夠、外界溫度的急劇變化等因素，經常會使襯砌混凝土產生裂縫，嚴重影響了襯砌的防水及承載能力，因此，采用地質雷達檢測混凝土的裂縫情況有著重要意義。
結束語
在進行實際檢測的過程中，地質雷達能夠有效地將相關信息進行收集以及分析，并且對整個隧道質量進行科學性評估，同時將相關隱患在實際使用以前便盡可能排除。但是就目前而言，仍然存在一定的盲點，但是經過相關研究人員不斷的研究以及試驗以后，其一定會得到不斷地完善以及改進。
參考文獻：
[1] 劉四新，曾昭發.頻散介質中地質雷達波傳播的數值模擬[J].地球物理學報，2007，50（1）：320-326.
關鍵詞:探地雷達;橋梁橋面;缺陷檢測
中圖分類號:U416文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2010)07-0028-03
在橋梁病害中,由于橋頭引道高填土產生不均勻沉降,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,產生輕微或嚴重跳車。橋后臺背沉降也是目前國內城市道路較常見的病害,而且隨著城市道路橋梁建設的加快,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,這種破壞的直接結果是路面開裂,地表水沿裂縫下滲直接沖刷臺背填土,導致臺背填土變形或者流失,最終使得該處路基發生沉降,破壞了受力結構,出現空洞、路面沉陷的嚴重問題。
近年來地質雷達在路面、橋面的探測工作中得到越來越廣泛的應用,它具有探測精度高,探測時間短,探測深度可控等一系列優點。但是在地質雷達的實際應用中,仍然存在著一些問題。例如讀圖難度較大,需要大量工程經驗等。因此,本文在總結前人的基礎上,對地質雷達的應用進行了總結,并結合工程實例對地質雷達的應用進行了全面的描述。
一、地質雷達探測原理
探地雷達作為路面檢測的一項新技術,具有連續無損探測、高效、高精度等優點。該方法既能準確地提供城市道路面層和基層的厚度參數,同時又可以探測路基內存在的病害隱患及其結構缺陷,有助于道路養護管理部門及時發現和盡早處理,確保道路行車的安全暢通。探地雷達由主機、天線和配套軟件等幾部分組成,根據電磁波在有耗介質中的傳播特性,發射天線向地下發射高頻脈沖電磁波,當其遇到地下不均勻體(界面)時會反射一部分電磁波,其反射系數主要取決于地下介質的介電常數,雷達主機通過對此部分的反射波進行適時接收和處理,達到探測識別地下目標物的目的,如圖1、圖2所示:
電磁波在特定介質中的傳播速度是不變的,因此根據探地雷達記錄上的地面反射波與地下反射波的時間差ΔT,即可據下式算出基層異常的埋藏深度H:
H=V?ΔT/2 (1)
式中,H即為目標層厚度;V是電磁波在地下介質中的傳播速度,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,取決于地下各層構成物質的介電常數。
雷達波反射信號的振幅與反射系統成正比,在以位移電流為主的低損耗介質中,反射系數可表示為:
式中:ε1、ε2分別為上下介質的介電常數。
由上式可知,反射信號的強度主要取決于上、下層介質的電性差異,電性差越大,反射信號越強,對于非磁性介質,電磁波的反射特性僅與介質的介電常數有關。城市道路為層狀結構,均為非磁性介質,各層介質的介電常數有明顯的差異,它們之間能形成良好的電磁波反射界面。探地雷達發射的電磁波脈沖向下傳播遇到這些反射界面時,就會產生發射。當結構層發生破損(如出現空洞、裂縫、脫空等),在雷達資料中便會出現明顯的特征反射,如:脫空時將產生夾層反射,空洞會產生繞射等;當結構層因透水性問題而使某層含水量增大,或出現軟弱夾層時,介電常數將明顯增大,在資料中就可以得到高含水性的反射;且探地雷達具有極高的探測精度,在道路的結構層劃分、病害檢測、隱患調查中具有良好的檢測效果。
各類巖石、各類土的電磁學性質有了很多的研究和測定?？諝馐亲匀唤缰须娮杪首畲?、介電常數最小的介質,電磁波速最高,衰減最小。水是自然界中介電常數最大的介質,電磁波速最低。干燥的巖石、土和混凝土其電磁參數雖有差異,但差異不大,基本上多數屬于高阻介質,介常數在4～9之間,屬中等波速介質。但是由于各類巖土不同的孔隙率和飽水程度,顯現出較大的電磁學性質差異。這些差異表現在介電常數和電導率方面,決定了不同巖性對應不同的波速和不同的衰減。
二、應用實例
勘察所用儀器為意大利IDS公司生產的RIS_K2-0型雷達,根據現場情況,選用400MHz天線工作,具體測試參數見表1:
(一)簡介
浙江省某橋建于1988年,全橋長273米,主橋為預應力鋼筋混凝土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)勘察結果分析
所有結果均在普通模式下查找存在缺陷的位置。進行Move to Start處理,并在map_cl_01模式下觀察道路層狀結構的完整性。在map_cl_01模式下路面瀝青面層呈藍色,墊層呈紅色,基層呈現紅藍交替的層狀結構。這種現象是由于瀝青面層與墊層介電常數差異較大,且墊層介電常數大于瀝青面層,反射雷達波反相且反射強烈。
02～05線:02～06線典型區段如圖4所示。02～06線不存在明顯的缺陷,圖中可見,地基層厚實,反射強烈,同相軸連續,說明路面下結構狀況良好。
06線:06線位置如圖5所示。06線自起始點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米處雷達圖像出現明顯的跳動,且同性軸出現錯位,與實際情況符合很好。
07～09線:07～09線位置如圖6所示。07～09線不存在明顯的缺陷,其典型區段如圖6所示。圖中可見,地基層厚實,反射強烈,同相軸連續,說明路面下結構狀況良好。
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7m存在疑似金屬管線物體,物體呈現正相雷達反射且反射強烈,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。其它位置雷達探測圖如圖8的典型區段。從圖8中可見,同相軸連續,說明路面下結構狀況良好。
三、結論
根據以上的雷達探測圖像分析并結合已有的對垂直于行車方向進行探測所得結果得出如下結論:該橋橋臺后背基本完好,部分存在疑似沉陷、松散、高含水等區域等缺陷。該探測結果與后期鉆孔取樣所得結果符合很好。因此,本次地質雷達探測是成功的。
地質雷達探測具有經濟,高效,非破壞性等優點,探測精度高,分辨率高。在公路橋橋面破損長期動態監測方面必將有廣泛的應用前景。
參考文獻
[1]李大心.探地雷達方法與應用[M].北京:地質出版社,l994.
