地质雷达论文

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地质雷达论文:地质雷达隧道工程论文

一、地质雷达测试原理

地质雷达一种利用电磁波信号在不同介质中传播运动特性的宽带高频电磁波信号探测方法。地质雷达探测系统发射机将高频电磁波以短脉冲、宽频带的方式,通过发射天线将其定向发射至地下,经过不同特质的地下岩层或目标体反射回地质雷达并由接收天线接收。高频电磁波在岩层中传播时,由于岩层所含介质的差异,导致其传播路径、电磁场强度及波形呈不同几何形态,通过对时域波形的采集、数据整理及分析,可确定地下岩层界面或异常岩体的空间结构及其位置。隧道结构地质岩层具有明显的电性差异,这是地质雷达应用的前提;这些界面可以形成良好的电磁波反射形态,是地质雷达在隧道衬砌质量检测中应用的主要原理。

二、砼厚度的地质雷达探测试验

试验目的是分析地质雷达对钢筋砼构件的检测精度。试件尺寸为2m×2m钢筋砼方柱,强度为C25,配合比(kg/m3)为水∶水泥(标号为325)∶粗骨料∶细砂=195∶464∶551∶1170。其中粗骨料为19~31.5、9.5~19、4.75~9.5mm,经筛分试验确定3种规格的掺量分别为30%、60%、10%,形成连续级配。经检验,碎石为同颜色,不带杂物,含泥量0.5%,压碎值10.4%,符合规范要求。钢筋主筋为直径16mm二级螺纹钢,间距93mm;箍筋为直径10mm一级圆钢,间距90mm。保护层厚度统一设置为40mm响了检测精度,实际检测精度可能更高,地质雷达对于不同介质界面的探测具有较高的精度,检测结果较为可靠。

三、工程应用案例

工程概况某隧道位于赣南山区,为小净距短隧道。隧道纵坡为单向坡,左、右线纵坡坡率分别为2.125%、2.1%。洞门均为1∶1.6削竹式。按新奥法原理设计为复合式支护衬砌结构。根据地质勘察揭示的围岩情况,将洞身(包括紧急停车带)划分为FS3b、FS4a、FS4b、FS5a、FS5b、FS5c及明洞FSM等衬砌结构类型。试验主要采用地质雷达对浅埋一般段FS4a衬砌施工质量进行扫描检测。FS4a型衬砌的结构如下:初期支护为22药卷锚杆(单根长3.0m),锚杆环距×纵距为1.0m×1.0m,喷射23cm厚C25砼,6@20×20cm双层钢筋网片,工字钢(拱架)纵距1.0m;二次衬砌结构为40cm厚C30钢筋砼拱圈,40cm厚C30素砼仰拱。检测结果分析为地质雷达检测10榀钢拱架纵向间距的结果,为地质雷达扫描检测初期支护砼喷射厚度的结果,为地质雷达扫描检测二次衬砌砼钢筋网片保护层厚度的结果。从表2来看,2#、5#、7#钢架间距超过规范的允许偏差,施工方需在后续施工过程中严格控制钢筋间距,确保钢筋榀数满足设计要求。

四、结语

利用地质雷达检测钢筋砼结构试件的保护层厚度,检测结果精度较高,具有较高的可靠性,在工程实体无损检测中具有较广阔的应用前景。将地质雷达应用到隧道工程中,可真实反映隧道工程的施工质量缺陷,及时提醒施工单位加以修复或加固处理,为确保隧道施工质量提供技术保障。

作者：余辉王吉庆肖钦单位：江西省高速集团赣州管理中心

地质雷达论文:地质雷达古建筑论文

1地质雷达探测原理

地质雷达广泛应用于市政工程、地下设施、考古、地质与水文等领域的探测和评估，原理是其主机通过天线由地面发射电磁波到地下，当电磁波遇到不同电性差异的目标体或不同介质的界面时便会发生反射与透射，反射波返回地面，又被接收天线所接收。此时雷达主机记录下电磁波从发射到接收的双程时间t和幅度与波形资料，通过对图像进行解释和分析，确定不同界面及深度、空洞等。

2仪器及测线布置

采用美国SIR-20型地质雷达，根据不同的检测深度要求配备270MHZ、100MHZ高频天线。针对鸡鸣驿古城内的地下通道，城墙进行探测，地下通道的检测中，测线垂直通道延伸的方向布设，城墙的检测中，测线沿城墙走向及垂直城墙走向进行探测。

3测量参数

100MHz天线：测量方式采用连续测量，时窗范围：150ns（最大探测深度可达30m），采样率：512样点/扫描，扫描率：32扫描/秒，每2m做一探测标志。270MHz天线：测量方式采用连续测量，时窗范围：100ns（最大探测深度可达5.0m），采样率：512样点/扫描，扫描率：32扫描/秒，每2m做一探测标志，每探测一条另存为一个探测文件。本次探测工作依据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）。

4数据处理与分析

通过对检测数据进行背景去除、滤波，设置介电常数、水平均一化等一系列处理，分析确定地下洞室的位置及深度，横坐标表示探测的水平距离，纵坐标表示距地面的深度。由于空气与土或与石的介电常数差异较大，所以当结构中有明显的空隙或空洞时，地质雷达会有明显的强反射信号。雷达图像上可以看出两处空洞的位置、深度和大小，（a）处空洞顶距地面约1.5m，最深处距地面约4.5m，空洞高度约2m；（b）处空洞顶距地面约2.0m，最深处距地面约3.5m，空洞高度约2m。

5结论与建议

地质雷达操作简单，精度高，能对地下空洞、城墙内部的裂缝破损进行检测，工程实例表明，采用地质雷达对古建进行勘测是比较准确和可行的，探测效果较好，对古建的评估和加固提供了有力的支持。但是，地质雷达还存在一定局限性，随着探测深度的增大，探测精度降低，进一步影响到探测质量，有时会造成误判，因此建议在古建探测中，地质雷达、地震面波等多种无损检测方式并用，能取得较好的探测效果。

作者：孙建超单位：陕西铁路工程职业技术学院

地质雷达论文:地质雷达在公路隧道二衬质量检测的作用

摘要：介绍了地质雷达的工作原理，地质雷达是一种广泛用于地质探测的高频电磁脉冲波技术，结合昌宁高速礼坊隧道实际工程，阐述了地质雷达在隧道二衬质量无损检测中的应用，简述了测线布置、数据采集、图像处理步骤，并对典型的雷达图像进行分析，证明地质雷达技术在隧道工程无损检测中能取得了较好效果。

关键词：地质雷达；隧道；二衬检测

1概述

隧道工程由于种种原因在施工期或运营一段时间后，可能会出现表面裂纹、渗漏水等病害，通常这些病害多是由隧道潜在的隐患导致的，如衬砌厚度不足、衬砌背后存在大面积空洞或回填不密实等。传统的施工质量检测往往采取钻孔取芯、开挖取样的破坏性手段，这样对于防水要求极为严格的隧道施工极为不利。由于隧道工程是隐蔽性工程，因此需要一种有效、快速、无损的方法和手段进行检测。本文结合昌宁高速礼坊隧道实际工程，对礼坊隧道二衬质量进行了无损检测。结果表明质雷达在公路隧道质量检测方面效果比较理想，达到了指导施工的目的。

2地质雷达的工作基本原理

地质雷达作为一种无损检测技术，自20世纪70年代开始应用至今已有30多年的历史，在工程各个领域都有重要的应用，主要解决场地勘查、线路选择、工程质量检测、病害诊断、地质超前预报和地质构造等问题。探地雷达的基本原理如图1所示。地质雷达是利用高频电磁脉冲波的反射探测目的体及地质现象的。其探测过程如下：地质雷达通过发射天线向地下发射高频电磁脉冲，此脉冲在向地下传播过程中遇到地下介质分界面时会产生反射。反射波传播回地表后被接收天线所接收，并将其传入主机进行记录和显示，每一测点接收到一道雷达波形，一条测线上全部测点的雷达波形排列在一起，形成完整的雷达剖面，经过资料的后处理，进行反演解释便可得到地下地层或目的体的位置、分布范围、埋深等。

3工程应用

3.1工程概况及参数设置

礼坊隧道为一分离式隧道，隧道长度为1625m，净空宽×高为10.75m×5m。隧道区位于构造剥蚀低山丘陵区，山体连绵起伏，山体植被发育，沿洞轴线洞身最高点高程约700m，地形起伏大，山势较陡峻，隧道进出洞口地形较缓，植被发育，风化层厚。隧道区山体总体走向比较紊乱，大致呈南北走向，隧道区内水量丰富，隧道区内微地貌发育，主要为山间冲沟，为山间洪水及地下水的排泄通道。本次检测仪器采用美国GSSI公司研制的TerraSIRchSIR3000地质雷达。检测之前，必须根据具体地质情况，调节相应的参数（主要包括雷达天线中心频率、时窗和采样次数等），以达到仪器的理想状态。考虑到探测对象主要为隧道二衬质量，检测对象为二衬的厚度，钢筋数量及二衬支护背后是否有空洞，所以本次检测采用400MHz中心频率的天线，测量方式采用连续测量。探测的时窗主要取决于探测的深度，考虑到本次探测主要为初期支护探测，检测深度在1m之内即可，则时窗可取为50ns。

3.2测线布置

根据规范要求及项目实施大纲，沿着隧道走向的3条测线，即拱肩2条（测线1、2）以及拱顶1条（测线3），如图2所示。

3.3地质雷达探测结果

（1）二衬厚度检测结果。图3是采用Reflex软件处理后的地质雷达波形图，该检测段桩号范围是ZK189+200~ZK189+230，沿测线1的位置数据采集。由于围岩与二衬混凝土介电常数差别较大，电磁波在围岩与混凝土界面传播时将产生较强反射信号，图3中绘制出的曲线即为该反射信号，表1列出了该检测段测线3位置的二衬厚度的检测结果。（2）二衬钢筋数量检测结果。图4是采用Reflex软件处理后的地质雷达波形图，该检测段桩号范围是ZK189+110~ZK189+117.5，沿测线1的位置数据采集。由于钢筋与混凝土介电常数差别很大，电磁波在混凝土与钢筋界面传播时将产生强烈反射信号，图4中用垂直箭头标记出了钢筋具体位置，表2列出了该检测段钢筋数量的检测结果。综合表1、表2所得到的二衬厚度与钢筋数量检测数据，结果表明二衬施工质量满足设计及有关规范的要求。

4结论

通过在昌宁高速礼坊隧道进行的多次地质雷达无损检测，得到了如下认识：（1）地质雷达作为一种无损检测技术，具有成本低，操作方便快捷，探测精度高，数据采集与处理集于一身，目标体等异常图像清晰且易于识别等特点，能有效检测出钢筋异常以及二衬厚度。（2）礼坊隧道现场检测结果表明，检测部位拱顶测线及左、右拱腰测线二衬厚度满足设计要求，测线部位衬砌层与原岩耦合良好。二衬钢筋总数满足设计及有关规范的要求。

作者:袁海波 单位:中铁五局集团第一工程有限责任公司

地质雷达论文:用于路桥检测的地质雷达技术

摘　要　阐述了地质雷达技术的工作原理，介绍的地质雷达技术的发展概况，重点介绍了该项技术在公路和隧道领域的应用方向，最后对该项技术在土木工程领域中的应用加以展望。

关键词　路桥检测；地质雷达；发展现状

近年来，随着我国公路和桥隧建设规模的不断增加，相关的质量检测任务日益加重。然而，公路与桥隧结构的破坏常常始于各种隐蔽的或不可见的隐患，针对上述隐患检测的传统方法又不能及时、准确地检测及判断隐患的具体情况。这就使得路桥结构的维护针对性差、盲目性大，而真正的问题却得不到解决。20世纪80年代后期，地质雷达技术被应用到公路与桥隧结构的检测领域，才为该类问题的解决打开了局面。

地质雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)又称探地雷达、透地雷达，是用频率介于106-109Hz的无线电波来确定地下或者岩体介质分布状况的一种方法。地质雷达利用发射天线向地下或者岩体发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。使用探地雷达对路桥结构进行检测具有实时、简便、高效、准确、连续、信息丰富等特点。目前，该项技术已被广泛应用于公路与桥隧质量控制及病害检测中。

1　工作原理

地质雷达的工作原理是利用宽频带发射天线过向介质发射无载波电磁脉冲，电磁脉冲会在介质传播过程中遇到不同电性介质界面时产生反射。由接收天线接收到反射信号后，将其传输到主机内并将转化为数字信息，再通过数据、图像分析处理，就能计算出被探测介质的某些参数，从而区分不同介质层面，并确定不同层面物体的深度。

对于不同介质，雷达波的穿透深度是不尽相同的，这主要取决于波的频率和地下介质的电学特性等因素的影响。一般地，频率越高，穿透深度越小；导电率越高，穿透深度越小，反之亦然。在常见的工程材料中，混凝土的导电率高于沥青，因此同样频率的雷达波在水泥中的穿透能力小于在沥青中的穿透能力。在实际应用中，需要针对检测对象材质的不同，调节探测电磁波的频率。例如，在实际检测工作中，探测沥青路面常常使用频率大于1 200MHz的天线，而对于水泥混凝土面层一般使用900MHz一1 000MHz的天线；探测路基可使用频率为300MHz-900MHz的天线。

2　发展概况

在1910年，德国人Leimbaeh和Lowy首次阐明了地质雷达的基本概念。此后的很长一段时间里，地质雷达技术有了很大改进。但由于电磁波在地下介质中的传播的复杂性和不均匀性，使得对地质雷达的研究它仅限于相对均匀、对电磁波吸收较弱的地质环境。1963年，Evans S应用地质雷达技术对极地冰层的厚度进行探测。1974年，PoceHo L T应用该技术对月球表面结构等。上世纪70年代以后，随着电子技术的及现代处理技术的迅速发展与应用，许多商业化的探地雷达系统先后问世，与此同时，探地雷达的应用范围也在不断扩大，极大促进了地质雷达技术在工程中的应用。我国针对地质雷达技术在工程领域的应用研究始于上世纪80年代。1983年，铁道部引进了第一台地质雷达。此后，各科研部门经过十几年的不断努力，在雷达硬件设备、目标信号提取、目标识别、目标成像等方面取得重大进展和突破，特别是成功地实现了对地下目标的三维层析成像，大大提高了分辨率和清晰度，使地质雷达在信号处理和成像技术方面进入了世界领先行列。目前在我国，地质雷达技术已经在军事、地质、水利、交通、城建等部门得到广泛应用。

3　在公路检测中的应用

地质雷达技术早期在公路检测领域中的应用主要是探测路面结构层的厚度，或是进行路面结构层材料特性的反演。近几年，人们开始致力于研究应用地质雷达探测路面下的病害和缺陷，主要解决以下问题：

1)公路施工期：检测公路各结构层厚度和密度，及时监控施工质量，并做到在施工现场进行实时质量检测；

2)公路使用期：定期快速、连续普测和路面与路基调查、路面与路基裂缝的调查。检测层间脱空、空隙和破碎区域范围，方便管理部门及时掌握道路变化趋势，实施补救措施，并进行道路状况动态管理，为公路养护提供可靠的依据。

4　在隧道工程中的应用

地质雷达在隧道中的应用主要针对有混凝土衬砌结构检测、隧道病害检测。主要解决以下问题：

1)衬砌厚度及衬砌钢筋检测：检测隧道衬砌结构各层厚度是否达到设计要求，原理与公路层厚度检测类似。又由于钢筋属于良性导体，当雷达波从介质入射到导体表面时，由于存在较大的电磁性差异，必然产生反射现象。从电磁波理论可以知道，金属材料对雷达波具有很强的反射能力。所以可使用地质雷达技术对隧道衬砌结构中钢筋的分布和密度进行检测；

2)超前预报：隧道的特点是断面大、距离长、地质条件复杂。不良的地层条件极易引起隧道塌方、涌水等事故的发生。然而隧道工程所处环境的复杂性和不可预见性给安全施工带来了不小的难度。为了尽量避免出现施工事故，在有地质资料和理论分析作为参考依据的情况下，结合地质雷达的超前探查技术对隧道围岩变形进行有效的监测，实时分析和掌控隧道的变形情况，并对隧道的衬砌状态进行评价，可为施工提供指导性依据，从而达到安全施工的目的；

3)渗漏水：水对雷达波有强烈的反射，所以可以利用地质雷达探测衬砌背后水的聚集情况，为防水与排水提供一定的依据。

5　结论

地质雷达技术虽然是一项较为前沿的检测技术，但是以其独特的优越性，已经在公路与桥隧结构施工及后期检测养护等领域得到广泛的应用。例如，在工程建设前期，可利用地质雷达对地质概况进行勘查探测，确定地质结构、查找不良地段；在工程建设过程中，利用地质雷达可以准确地探测出路面结构层的厚度，进而使施工质量得到保证；在工程的服役阶段，运用地质雷达进行常规例行检测，以便于及时发现可能存在的各种隐患，为工程结构的养护和维修提供指导以及，这对于延长使用工程结构的使用寿命具有重要意义。相信地质雷达技术定会成为交通部门一种高效先进的无损检测手段。

地质雷达论文:RIS地质雷达在桥梁桥面以下缺陷检测中的应用

摘要:在桥梁病害中,由于桥头引道高填土产生不均匀沉降,致使许多桥梁桥面与引道路面衔接处不够平整顺适,从而使车辆驶过桥头时,产生轻微或严重跳车;桥后台背沉降也是目前国内城市道路较常见的病害;由于路面沥青材料的老化,最终使得路基发生沉降,破坏了受力结构,出现空洞、路面沉陷的严重问题。探地雷达对于检测桥梁台后背的脱空情况有着其他探测手段所不能比拟的优势。文章对探地雷达对桥梁桥面下的缺陷检测进行了探讨。

关键词:探地雷达;桥梁桥面;缺陷检测

在桥梁病害中,由于桥头引道高填土产生不均匀沉降,致使许多桥梁桥面与引道路面衔接处不够平整顺适,从而使车辆驶过桥头时,产生轻微或严重跳车。桥后台背沉降也是目前国内城市道路较常见的病害,而且随着城市道路桥梁建设的加快,交通流量的增加,这个问题越来越突出。桥头沉降跳车不但影响车速,影响行车质量,也会影响桥梁使用寿命;由于路面沥青材料的老化,极易造成上部的沥青混凝土砼铺装层由于沉降而破坏,这种破坏的直接结果是路面开裂,地表水沿裂缝下渗直接冲刷台背填土,导致台背填土变形或者流失,最终使得该处路基发生沉降,破坏了受力结构,出现空洞、路面沉陷的严重问题。

近年来地质雷达在路面、桥面的探测工作中得到越来越广泛的应用,它具有探测精度高,探测时间短,探测深度可控等一系列优点。但是在地质雷达的实际应用中,仍然存在着一些问题。例如读图难度较大,需要大量工程经验等。因此,本文在总结前人的基础上,对地质雷达的应用进行了总结,并结合工程实例对地质雷达的应用进行了全面的描述。

一、地质雷达探测原理

探地雷达作为路面检测的一项新技术,具有连续无损探测、高效、高精度等优点。该方法既能准确地提供城市道路面层和基层的厚度参数,同时又可以探测路基内存在的病害隐患及其结构缺陷,有助于道路养护管理部门及时发现和尽早处理,确保道路行车的安全畅通。探地雷达由主机、天线和配套软件等几部分组成,根据电磁波在有耗介质中的传播特性,发射天线向地下发射高频脉冲电磁波,当其遇到地下不均匀体(界面)时会反射一部分电磁波,其反射系数主要取决于地下介质的介电常数,雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理,达到探测识别地下目标物的目的,如图1、图2所示:

电磁波在特定介质中的传播速度是不变的,因此根据探地雷达记录上的地面反射波与地下反射波的时间差ΔT,即可据下式算出基层异常的埋藏深度H:

H=V・ΔT/2 (1)

式中,H即为目标层厚度;V是电磁波在地下介质中的传播速度,其大小由下式表示:

式中,C是电磁波在大气中的传播速度,约为3×108 km/s;ε为相对介电常数,取决于地下各层构成物质的介电常数。

雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比,在以位移电流为主的低损耗介质中,反射系数可表示为:

式中:ε1、ε2分别为上下介质的介电常数。

由上式可知,反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异,电性差越大,反射信号越强,对于非磁性介质,电磁波的反射特性仅与介质的介电常数有关。城市道路为层状结构,均为非磁性介质,各层介质的介电常数有明显的差异,它们之间能形成良好的电磁波反射界面。探地雷达发射的电磁波脉冲向下传播遇到这些反射界面时,就会产生发射。当结构层发生破损(如出现空洞、裂缝、脱空等),在雷达资料中便会出现明显的特征反射,如:脱空时将产生夹层反射,空洞会产生绕射等;当结构层因透水性问题而使某层含水量增大,或出现软弱夹层时,介电常数将明显增大,在资料中就可以得到高含水性的反射;且探地雷达具有极高的探测精度,在道路的结构层划分、病害检测、隐患调查中具有良好的检测效果。

各类岩石、各类土的电磁学性质有了很多的研究和测定。空气是自然界中电阻率最大、介电常数最小的介质,电磁波速最高,衰减最小。水是自然界中介电常数最大的介质,电磁波速最低。干燥的岩石、土和混凝土其电磁参数虽有差异,但差异不大,基本上多数属于高阻介质,介常数在4～9之间,属中等波速介质。但是由于各类岩土不同的孔隙率和饱水程度,显现出较大的电磁学性质差异。这些差异表现在介电常数和电导率方面,决定了不同岩性对应不同的波速和不同的衰减。

二、应用实例

勘察所用仪器为意大利IDS公司生产的RIS_K2-0型雷达,根据现场情况,选用400MHz天线工作,具体测试参数见表1:

(一)简介

浙江省某桥建于1988年,全桥长273米,主桥为预应力钢筋混凝土T梁,桥墩为钢筋混凝土空心墩。

(二)测线布置与工作量完成情况

沿车辆通行方向南测引道布置测线5条,测线号分别为:02线、03线、04线、05线、11线;沿绍兴路方向北测引道布置测线5条,侧线号分别为:06线、07线、08线、09线、10线,测线长均为30米。测线布置示意图如图3所示:

工作量完成情况:

纵测线:10条×30米/条=300米。

(三)勘察结果分析

所有结果均在普通模式下查找存在缺陷的位置。进行Move to Start处理,并在map_cl_01模式下观察道路层状结构的完整性。在map_cl_01模式下路面沥青面层呈蓝色,垫层呈红色,基层呈现红蓝交替的层状结构。这种现象是由于沥青面层与垫层介电常数差异较大,且垫层介电常数大于沥青面层,反射雷达波反相且反射强烈。

02～05线:02～06线典型区段如图4所示。02～06线不存在明显的缺陷,图中可见,地基层厚实,反射强烈,同相轴连续,说明路面下结构状况良好。

06线:06线位置如图5所示。06线自起始点12米以后的部分尚在施工,路面未铺装。从图5中可以看到在12米处雷达图像出现明显的跳动,且同性轴出现错位,与实际情况符合很好。

07～09线:07～09线位置如图6所示。07～09线不存在明显的缺陷,其典型区段如图6所示。图中可见,地基层厚实,反射强烈,同相轴连续,说明路面下结构状况良好。

10线:10线位置如图7所示。从图7中可见,在路面下距起始点7m存在疑似金属管线物体,物体呈现正相雷达反射且反射强烈,反射曲线呈近似双曲线,图中13.5～16m处0.5～1.5m深处存在似高含水区。其它位置雷达探测图如图8的典型区段。从图8中可见,同相轴连续,说明路面下结构状况良好。

三、结论

根据以上的雷达探测图像分析并结合已有的对垂直于行车方向进行探测所得结果得出如下结论:该桥桥台后背基本完好,部分存在疑似沉陷、松散、高含水等区域等缺陷。该探测结果与后期钻孔取样所得结果符合很好。因此,本次地质雷达探测是成功的。

地质雷达探测具有经济,高效,非破坏性等优点,探测精度高,分辨率高。在公路桥桥面破损长期动态监测方面必将有广泛的应用前景。

地质雷达论文:长大公路隧道超前地质预报中地质雷达的应用与数据分析

摘要：在长大公路隧道施工中，进行地质超前预报是非常重要和必要的。超前地质预报工作的成功与否，关系到隧道能否成功修建。文章结合某高速公路长大隧道的工程实际，通过地质雷达方法在超前地质预报中的成功案例，证明了地质雷达在短距离超前地质预报中的重要作用，提出了提高地质雷达波形解释、识别的准确性和精度需要注意的问题，并对最佳作业时间进行了建议。

关键词：地质雷达；长大公路隧道；地质超前预报

在隧道掘进过程中，由于前方的地质情况不明，常遇到断层、破碎带、溶洞等不良的地质因素。如果对这些不良地质情况做出及时地预报，提供较为准确的地质资料，不仅可以提前采取相应的措施以提高隧道施工的工作效率，还可以确保施工的安全进行。地质雷达因具有扫描速度快、操作简便、重量轻、分辨率高、屏蔽效果好、图像直观等优点在隧道超前预报中得到广泛的应用。

一、基本原理 地质雷达是一种无损探测仪器。地质雷达方法是一种用于确定地下介质分布的广谱(1MHz～1GHz)电磁技术。它依据电磁波脉冲在地下传播的原理进行工作，电磁波脉冲由发射天线T发出，被地下介质介面(或埋藏物)反射，由接收天线R接收，如图1所示，然后将这些信号记录下来成图显示出来，如图2所示：

电磁波在介质中传播时其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度与波形资料，可推断介质的结构。

目标体到掌子面的距离d=vt／2(t为电磁波的双程走时，ns；V为电磁波的传播速度，cm／ns)。介质中电磁波的传播速度v=c。／e“。(c。为电磁波在空气中的传播速度，30cm／ns；e为介质相对介电常数，对空气为1，对水为81，对石灰岩为6～7，对花岗岩为4～9)。实际上，电磁波在介质界面产生反射就是因为两侧介质的介电常数不同，差异越大反射信号越强烈，反之反射信号越差。一i、工程应用

(一)工程概况

广东省某高速公路长大隧道为分离式六车道隧道，左线长4762km、右线长482lkm。隧址区域内地质构造发育，区域上主要为栏柯山背斜和栏柯山断裂带发育部位。地下水类型为基岩裂隙水，主要赋存于微风化的开放性节理、裂隙中，分布极不均匀，弱风化～微风化层为弱透含水层。 参数设置：采用瑞典RAMAC／GPR地质雷达100MHz天线进行短距离超前地质预报。采样频率998MHz、采样点数为800、天线问隔1．0m、采样问隔O．1m；采用键盘触发方式；根据不同围岩岩性设置相应的电磁波传播速度；预报范围为15～30m。

测线布置：根据施工方法确定测线的布置形式。毛毡岭隧道洞口段采用的施工方法有：上下台阶法和

地质雷达论文:地质雷达点测法在桥梁桩基岩溶检测中的应用

摘 要：本文对地质雷达工作原理进行了简单的介绍，针对地质雷达点测法在桥梁桩基岩溶检测中的应用进行了深入的研究分析，结合本次研究，发表了一些自己的建议看法，希望对地质雷达点测法在桥梁桩基岩溶检测中的应用起到一定的参考和帮助，提高地质雷达点测法的应用效果，更好地完成岩溶检测工作，为之后的施工打下良好的基础。

关键词：地质雷达点测法；桥梁桩基岩溶检测；应用

在西部大_发发展过程中，很多高速公路、桥梁以及隧道的建立都会受到岩溶以及采空区方面因素的影响。想要解决这方面问题，首先要调查清楚采空区以及岩溶的分布和发育情况，仅仅依靠钻探的方式，很难满足投资以及工期等方面的要求。地质雷达属于最近几年新兴的一种勘探方式，与其他勘探方式相比，有着勘探成本低、分辨率高、勘探速度快等优势，非常适合对岩溶以及采空区分布和发育状况的调查，本文就此进行了分析研究。

一、地质雷达工作原理

地质雷达主要是借助高频电磁脉冲波的反射来实现对地下目的体特征以及分布状况的调查了解。其原理如图1所示，借助发射天线向地下发射高频短脉冲电磁波，电磁波在传播的过程中一旦碰到有电性差异底层或者目标，就会出现透射和反射现象，天线接收反射波，并将其转化为数字信号，通过电脑以反射波的形式将其记录，之后对这些数据进行处理分析，可以根据反射波的反射时间、幅度、波形等方面情况，对地下目标的位置、分布以及结构情况进行判断。

对于地质雷达所探测出的数据，可以借助专门的处理软件，结合波形、相位、频率、能量等方面情况，对当前地形中的地下水、溶洞等方面情况进行了解和掌握。因为地质雷达主要是借助发射天线将具有一定宽度的高频电磁波发射至岩体中，受到岩体中介电常数的影响，会产生不同的反射波，被接收天线接收。雷达的工作以介电常数作为基础。一般空气中介电常数为1，岩石大约有4～20，水介电常数为81，见表1。因此，探地雷达对水由非常高的敏感性，主要表现为：第一，地质雷达对于含水率高物质以及水反射极为强烈，有着非常大的反射波；第二，雷达波在其他含水界面的反射波相位与入射波相位刚好是反向；第三，当雷达波通过水体之后，其中的高频成分会被水体吸收，降低反射波优势频率；第四，在雷达波发射过程中，一旦碰到有小型溶洞，将会表现出“双曲线”反射形式。

二、地质雷达点测法在桥梁桩基岩溶检测中的应用

（一）采集注意事项

首先，在开展桥梁桩基探测时，需要尽可能地保证谈侧面的平整性，在进行天线的移动时，需要尽量保持匀速移动状态，并紧贴测量面，避免信号出现异常。其次，在实际的采集过程中，对于干扰信号，需要及时进行记录，比如说金属管件的反射信号等，在之后的判断过程中，如果不参考现场记录，会非常容易将干扰物错误的判断为地质异常部位，在进行记录时，一定要详细的记录测线位置以及干扰物性质，方便之后的分析。在移动天线时，要注意打码，同时对标记位置进行准确记录。

（二）数据处理

因为桩基底部岩体的组成结构较为复杂，同时不同的介质对电磁波的反射以及吸收程度存在一定的差异性，检测过程中还会受到外界各方面因素的干扰，导致天线接收的反射波强度变弱，波形较为复杂，很难借助图像实现对岩体构成的判断，因此，要做好对接收信号的处理。

一方面是增益调节，借助自动或者手动增益的方式，来实现对杂波的抑制和吸收。通过增益点，可以将不同时段不同的放大倍数进行记录，清楚地显示各段的信号。点之间的变化是一个线性变化过程，主要是为了避免因为增益的增加导致“强反射”现象的出现。增益的变化尽量保持平滑，过大会导致出现削顶现象，过小会丢失弱小信号。另一方面是滤波处理，受到高频信号以及低频信号的影响，真实有用信号会被掩盖，借助滤波处理以及时频变换的方式，可以将其中的低频和高频信号出去，最大限度降低外界因素的干扰。滤波可以使水平滤波，也可以是垂直滤波。

（三）雷达图像分析

通过地质雷达图像剖面可以更好地解释地质雷达资料所表达的内容，如果前方介质中有电性差异存在，那么通过对地质雷达剖面图的分析，就可以找到其中所对应的反射波。雷达剖面图主要是用来识别有相同反射波组的同相轴。也就是说，当雷达探测到构造断裂带时，在剖面图上会显示出一条与之对应的曲线，岩溶洞穴的波形则会由众多细小抛物线共同组成较大区域，与周边波形的区分十分明显。大量实践表明，地质雷达对于溶洞、水、断裂带十分敏感，但是受到介电常数等方面因素的影响，实际探测距离往往会短于真实距离。

结语

借助地质雷达点测法，与工程实际情况结合在一起，在桥梁桩基岩溶检测中有着非常好的应用效果，通过这种方式，可以准确全面的探测出桥梁桩基区域内地质地形实际情况，尤其在岩溶发育的位置以及规模方面的探测，可以为之后施工方案的制定提供有利的参考。但是，在实际的应用中需要注意，使用地质雷达点测法进行地质检测，探测深度以及精度很大程度上受到岩体性质等因素的影响，越完整的围岩，其实际探测精度就越高。

地质雷达论文:地质雷达法在公路隧道超前地质预报中的应用

摘要： 在隧道开挖过程中，提前发现隧道前方的地质情况，为施工方提供准确的地质资料，对减少和预防工程事故的发生非常重要。通过采用地质雷达法对南罕隧道进行地质超前预报分析，结果表明： 地质雷达法在超前预报隧道中不良地质因素是可行的，结果真实可靠，可为其它隧道施工超前地质预报提供参考与借鉴。

P键词： 地质雷达；超前地质预报；公路隧道

0 引言

目前，为了改善民生和发展经济，我国每年投资成百上千万资金来修建高速公路。在修建高速公路工程中，为了缩短里程，改善线形及保护环境，在高山重丘地区常常需要开挖隧道。因此，隧道建设规模越来越大，其在交通建设中的地位也更加突出。在隧道施工过程中，时常因为对前方地质情况不明，遇到很多不良的地质因素，影响隧道工程的掘进速度，甚至会造成严重的工程事故。为了保证工程质量和避免险情发生，引入了地质雷达技术。地质雷达是一种综合有效的地质预报方法，它与通讯雷达一样，是利用高频电磁波脉冲信号的反射来探测隧道前方地质情况的。因此，地质雷达对地下工程的质量和施工安全，特别是地下复杂，规模较大的隧道工程，具有重要的现实意义，同时也对其他类似工程地质预报的应用也具有很大的推动作用。

1 工程概况

元蔓高速南罕隧道位于云南省红河州元江县至蔓耗镇境内，起止点桩号为K1+750～K4+215，隧道起点～K2+281.96位于R=1440的圆曲线上，K2+281.96～K3+311.87位于i=2%直线上，K3+311.87～终点位于R=1440的圆曲线上；隧道所在的路段纵坡为1.2%。隧址区气候属亚热带潮湿气候，年均气温20.3℃，年均降雨量802.3mm，年均蒸发量2735.1mm。隧道区海拔高程介于500～740m之间，相对高差约240m。该段地势陡峻，地形起伏较大，现多为荒地。隧道区左侧有乡村公路通过，交通较为便利。

2 水文和工程地质条件

根据现场地质调查、钻探编录资料分析，隧道区出露地层有第四系残坡积（Q■■）层、第三系（N）和元古界哀牢山群凤港组（Ptf）。第四系残坡积（Q■■）：圆砾，褐红色，稍密，少量次棱角状；粉质粘土，褐黄色、褐黄色，硬塑，稍湿。第三系（N）层：上层砂砾岩，灰白色，强风化，成岩性差，抗冲刷能力极差；下层砂砾岩，灰、深灰色，中风化，以砾岩为主，节理裂隙弱发育，岩体稍完整。元古界哀牢山群凤港组（Ptf）层：片麻岩，灰、青灰色，中风化，变晶结构，片麻状构造，节理裂隙弱发育。隧道区未见构造发育的迹象，亦未见泥石流、滑坡崩塌等其他不良地质作用发育，场地较稳定。

隧道区段地表水系不发育，水量受区内降雨及季节性影响较大，区域上属元江水系。隧道区段地下水类型为第四系孔隙水及基岩裂隙水。第四系孔隙水多赋存于第四系松散土体中，多以潜水形式出现，水量很少；基岩裂隙水赋存于下伏基岩裂隙中，主要受大气降雨补给。隧道正常涌水量为1150m3/d。雨季动态系数采用1.5，预测隧道最大涌水量约1725m3/d。

3 检测原理和意义

超前地质预报地质雷达法是利用发射天线向前方介质发射广谱、高频电磁波，当电磁波遇到电性（介电常数、电导率）差异界面时将发生透射、折射和反射现象，同时介质对传播的电磁波也会产生吸收滤波和散射作用。用接收天线接收并记录来自前方的反射波，采用相应的处理软件进行数据处理，然后根据处理后的数据图像结合工程地质及地球物理特征进行推断解释，对掌子面前方的工程地质情况（围岩性质、地质结构构造、围岩完整性、地下水和溶洞等情况）进行预测[1]。

预测和判定掌子面前方围岩的工程地质情况和隧道围岩级别等信息[2]，为隧道施工支护提供技术依据、防止可能出现的工程险情、确保合理的施工方法，促使隧道施工技术更加合理科学。

4 检测现场工作及结果

4.1 测线布置

现场采用台阶法预留核心土开挖，掌子面自稳困难需要超前支护。本次地质超前预报采用MALA X3M型地质雷达，探测天线为100MHz屏蔽天线，点距0.10m。根据现场条件，测线按从左到右布置，如图1所示。

地质雷达论文:运用地质雷达探测矿井隐伏地质异常体

【摘 要】随着矿井开采向深部延伸，地质条件更复杂，安全管理难度大，现使用地质雷达对矿井地质构造探测，通过对煤矿井下掘进巷道超前探测和地面实验的使用，探前探后的对比验证，取得了良好的效果。

【关键词】矿井地质构造；地质雷达；断层；应用效果

1 现状分析与存在问题

矿井开采存在着各种地质灾害，尤其是矿井的瓦斯、水、应力等灾害，不仅影响煤矿开采的效率，也极大地影响安全生产。巷道在掘进过程中遇到断层、陷落柱、煤岩体结构破碎等不良矿井地质条件时，将会影响巷道掘进施工，同时还可能导致矿井水、瓦斯等灾害的发生，给矿井安全生产带来极大的威胁。煤层中的瓦斯含量与瓦斯压力一方面与煤层的埋藏深度有重要关系，另一方面与煤层的赋存条件和地质构造有关，在断层、褶曲、煤层厚度变化区、火成岩侵入区等地质构造附近，往往易发生煤与瓦斯突出现象。掘进前方是否存在地质异常体，已成为影响掘进生产速度和生产安全的主要因素。

随着矿井开采向深部延伸，地质条件更复杂，安全管理难度大，采掘接替紧张。以往矿井对地质构造探测的主要物探手段有瑞利波探测技术和地震波探测技术，两种仪器在施工效率、经济价值、探测精度上，都不能与矿井当前环境下降本增效、`活高效的理念相匹配。为提升掘进前方构造异常体探测精度，保证掘进生产速度和安全，结合矿井实际，将探地雷达探测技术运用到矿井下。通过对矿井下掘进巷道超前探测和地面实验的使用，探前探后的对比验证，取得了良好的效果。

2 探地雷达基本原理

探地雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR，又称地质雷达）方法是一种用于确定地下介质分布的光谱（1MHz～1GHz）电磁技术。在系统主机的控制下，发射机通过天线向围岩内定向发射高频宽带电磁波脉冲[1]。垂直于岩层表面向围岩内传播的电磁波当遇到有电性差异（主要是介电常数、电导率）界面或地质异常体时即发生反射，反射波被天线接收进入接收机，并传到主机，主机对从不同深度返回的各个反射波进行放大、采样、滤波、数字迭加等一系列处理，可在显示器上形成一种类似于地震反射时间剖面的探地雷达连续探测彩色剖面[2]。该剖面的横坐标沿测线方向，表示距离，单位为米，随着距离的不断增加，以等距离间隔扫描反射回一系列的反射波曲线。纵坐标代表时间（单位ns），即表示每条扫描取样反射曲线上各个反射波往返旅行时间（单位t）。在相对介电常数εr给定的情况下，纵坐标就可以通过下式换算为深度r，r =■

式中c/■为介质内雷达波传播速度，工作中介电常数εr，一般通过介质内已知目标深度，求出介质中的雷达波速度，或通过经验数据获得介质中雷达波的传播速度。

数据处理时，首先根据扫射回波的形态、反射强度及其变化在连续剖面上判别目标性质，再根据回波的时间和速度确定目标深度，然后将这些信息绘成剖面成果图。

3 探测成果分析

3.1 任楼煤矿井下探查实验

3.1.1 煤巷超前探测

①第一次探测实验

探测地点：任楼煤矿井下7259机巷 j30点前10m 位置处。测线布置：探测时迎头正前方布置1条测线，选用100MHz天线，从左向右每隔0.2m布置1个测点。

探测成果：迎头前方存在4处异常反射界面，分别为：①迎头前方5.5m有反射波存在，可能为裂隙存在；②迎头前方13m有反射波，可能为裂隙存在；③迎头前方19m有反射波存在，预测为构造裂隙；④迎头前方24m有反射波存在，预测为裂隙存在。

探后验证：除②号异常与巷道实际揭露有偏差外，其他异常与实际揭露较一致。

②第二次探测实验。

探测地点：8230切眼 Q1点前8.3m 位置处。测线布置：探测时迎头正前方布置1条测线，选用100MHz天线，从左向右每隔0.2m布置1个测点。

探测成果：距迎头前方15～20m处（即Q1点前13.3m、23.3～28.3m处），波形相对其周围能量较弱，分析该处可能为构造裂隙影响所致。

探后验证：实际揭露位置图与资料一致。

3.1.2 任楼煤矿岩巷超前探查

①Y24点前23m点探测

探测地点：中六运输大巷Y24点前23m位置处。测线布置：本次探测使用100MHz天线探测，结合探测现场情况，在迎头断面水平方向从左到右做1条测线，每0.2m采一个点共采集21个点。

探测成果：本次探测得到一张成果图，距迎头前方8～9m（Y24点前31～32m）处存在一处较强反射波界面，结合地质资料分析，以上反射界面可能为F2-1∠65°H=9m±断层或伴生构造引起的构造裂隙面影响所致。

探后验证：实际揭露位置图与资料一致。

②Y24点前35.6m探测

探测地点：中六运输大巷Y24点前35.6m位置处。测线布置：本次探测使用100MHz天线探测，结合探测现场情况，在迎头断面做1条测线，竖直方向从上到下做1遍，每0.2m采集1个点。

探测成果：中六运输大巷施工迎头前方存在三处探测异常反射界面，分别为：1号异常段距迎头前方15.5 ～17.5m（Y24点前51.1～53.1m）； 2号异常段距迎头前方21 ～23m（Y24点前56.6～58.6m）；3号异常段距迎头前方25～26m（Y24点前60.6～61.6m）；结合地质资料分析，以上反射界面可能为F2∠58°H=100m±断层引起的伴生构造裂隙或岩层变化分界面影响所致。

钻探验证：巷道钻探控制剖面图，探测结果与实际较吻合。

3.2 地面

探测地点：任楼矿变电所旁人工湖测线布置：本次探测使用100MHz天线探测，结合探测现场情况，在迎头断面做1条测线，每1m测一个点，共做30m，30个测点。探测成果：本次探测图中横坐标在9m～14m之间波形存在明显幅值凸显点，与涵洞实际位置较对应。

4 实施效果

通过以上实验对比现有地质构造超前物理探测技术（瑞利波探测技术、地震波反射法探测技术）对比分析如下：

①精度较高。通过实际揭露验证知，探地雷达大幅提升了探测精度，并且对异常体的具体形状有较直观的表达。

②施工过程效率高。探地雷达相对瑞利波和地震法能大幅减少施工人员，同时也减少了施工时间。

③安全系数更高。不管是瑞利波法还是地震波法都必须要求有震动方能探测前方情况，震动大大加大了片帮、掉矸伤人的危险性，探地雷达方法使用的是电磁波脉冲，对探测迎头不产生任何破坏，增加了一定的安全系数，同时也降低探测后期对巷道维修的成本。

④经济性更强。地震波法超前探，必须在巷道帮部打眼，特别是放炮时，炮药雷管都是一次性使用，费用^高，放炮可能会对巷道支护及其他现场设施产生破坏。

⑤社会价值更好。地震炮击施工产生大量炮药污染环境，对施工人员健康也不利，探地雷达采用高频宽带电磁波脉冲相对清洁。

5 不足之处

地质雷达超前探测地质构造技术在我国煤矿生产过程中已经得到了广泛的应用，并且取得了长足的发展，但是地质雷达也有其局限性[3]，在以下五个方面有待于进一步提高：①探测距离与分辨率的矛盾无法克服；②多次波及其他杂波干扰严重，原始记录的信噪比低，有效波的识别及其成果解译十分困难；③所获得的被探测对象的空间信息量太少，其资料成果的解释往往存在多解性；④煤矿探测现场条件对探测精度影响较大；⑤在部分介质中能量损耗较快，探测距离变短。

6 结语

目前，该技术已在矿井较好的应用，探地雷达较高探测分辨率和高工作效率的特点，逐渐成为矿井地质构造探查的一种重要手段。

地质雷达论文:地质雷达在岩溶地区建筑地基勘察中的运用分析

[摘 要]在岩溶地区，进行有效的勘察是非常必要的。地质雷达运用于岩溶地区的建筑地基勘察可以起到很大的推动作用。地质雷达与传统的物理探测技术相比，精准程度较高，而且更适用于岩溶这样的地形。关于这一技术，可以看出有较好的发展前景和应用价值。本文结合个人多年实践工作经验，就地质雷达在岩溶地区建筑地基勘察中的运用展开了探讨和分析，希望能够起到抛砖引玉的作用。

[关键词]地质雷达；岩溶地区；地基勘察

一直以来，我国地学界一直都很重视对岩溶的研究。在我国古代的明朝时期，就有了对岩溶地质地貌的相关研究，具体代表人物是徐霞客。但这属于初步阶段，还没有形成完整的规模体系。建国以来，我国对岩溶的研究进入一个新时期，《中国岩溶研究》和《中国岩溶》是具有代表性的两本著作，介绍了相关的专业知识。近年来，随着我国科学技术的发展，我国岩溶研究者在学术方面取得了巨大的进展，《中国岩溶学》为代表著作之一，并且，我国在相关方面的研究走到了世界前列，比如岩溶地质基础方面的研究，在发育条件，形成原因，影响因素，地貌特点等方面都有所研究，并且有所成就。在岩溶学的应用方面，针对环境体制问题，提供了充足的科学依据及其解决办法，比如旱涝问题和水质问题，这是急需解决的问题，水质发生问题，对于工业用水的影响程度较小，可是对于广大人民的生命健康是一个严重的问题，如水质污染会引发一系列疾病等。本文结合个人多年实践工作经验，就此问题展开了分析并给出了具体的解决方案。

一.地质雷达的探测原理、方法

（一）探测原理

地质雷达在工作运行中的核心机制是电磁，这种电磁技术是目前比较先进的，这种电磁波具有很高的频率，高频状态下的探测提高了探测的精准度，可以有效地探测地下介质的分布情况。在发射天线的介入下，发射机可以及时有效地发射相应的信息，这一信息最后反馈回来，有利于施工人员了解地下的状况。从具体的信息传播来看，有两个讯号在发生作用，一个是直达讯号，另一个是反射讯号，这两种讯号传输接收器，当然中间也需要天线的连接，最后还会显示出来，这种显示的仪器被称作示波器，示波器的作用也是非常强大的，它可以监测到信号的传输，判断被测的目标是否存在，在这种情况下，可以大致了解地下的构造，同时，探测目标的距离也是需要掌握的，这样可以使得数据更加精准，地质雷达并不是适用于所有的情况的，对于一些特殊的情况有所限制。一般情况来看，地质雷达广泛适用于考古，矿产勘探以及公路的检测等等。在探测过程中，我们应该引起注意的是，对于高层建筑物，应该考虑到地下的水位线，从而有效的提高地质雷达的探测质量。

（二）选用雷达设备

在选取雷达设备的时候，应该考虑到多种因素，避免其随意性。首先，应该适当的评估一下现场的背景，对于其干扰能力进行一个有效的评估。雷达在运行的过程中用的是无线电的方法，这种无线电的方法可以直接发现目标，对于其具体的位置可以有一个比较精准的把握。雷达设备的种类是多种多样的，因此在选择的时候也要考虑具体的情况。对于国外进口的雷达，其波段的标准可能存在不同，比较常用的标准有德国的标准，美国的标准，以及欧洲的标准。在三种标准之中，相比之下，欧洲的新标准运用的较为广泛。

（三）探测参数设置方法

从岩土的外观来看，用肉眼很难看出其内在的差别，实质上，这些岩土的介质往往是不均匀的。在地质勘查过程中，要明确区分其不同性，明确其不同的岩土的属性以及类别。我们通过考察岩土的性质，可以在一定程度上推算其探测的数据。在探测工程中，进行实地考察是非常重要的，进行样本的选取可以保证探测的精确度。在探测参数方面，不仅要考虑到波速，还要考虑到采样率以及时窗等，对于这些样本数据，我们不能把它与实际的数据相等同，两者是存在差异的，虽然有时候这些差异不是非常明显的。因此及时有效地处理数据也是非常有必要的。噪音有时候会影响到探测工程，但是噪音这是一个可控的因素，在地质雷达探测的结果处理中可以在一定程度上滤除噪音的影响。

二.工程实例

以广西某高层建筑物为例，先从气候的角度来看，广西阴天比较多，夏天经常下雨，由于气候因素的影响，这里分布着不少岩溶地区，建筑物的地基部分可能出现溶洞，溶洞的地形与普通的地形相比是较为疏松的，这对于地基的牢固性会带来消极的影响，为了使得施工更加有可靠性，为施工提供一些科学合理的数据，及时运用地质雷达进行探测非常重要，对于溶洞中的地质病害情况，进行改良是比较科学可持续的，在有选址空间的情况下，进行换址也是一种稳妥的选择。当地质雷达探测完毕以后，进行有效的数据处理是需要引起注意的，根据一系列的经验以及科学的证实，滤波的环节不可缺少，否则对于一些干扰的信号是很难处理的。

三.勘察注意的问题

（一）勘察目的和要求要具体

在岩溶区的桥梁桩基地勘察工作进行前，要明确勘察目的和要求。对于勘察目的和要求，要做好相应的记录工作，要保证记录的全面而精细，制定合理的施工方案。勘察的目的和要求不是一成不变的，它是在不同的地质地貌上采用不同的方案，我们要根据实际情况而制定相应的方案，在勘察工期上，要合理的安排，工程不能急于求成，要在保证质量的前提下制定工期。制定了基本的目的和要求后，要做相应的监督工作，对于问题及时指出，在不断修改的前提条件下，完成制定方案，这样可以有效地减少失误，有利于施工的正常进行。

（二）严格把好质量关

在施工过程中，要严格把好质量关。在地质勘察上，要严格监管所使用的监察设备，经常设备直接导致检查的准确性，然后影响施工的进行。要使质量符合要求，可以从人才入手，对专业人员进行及时的培训，不嘁进相应的专业人员，高素质的人才协助施工，可以有效的确保质量。在施工以前，还要检查其他的设备是否安全和齐全，要按照项目章程进行施工。

（三）准确揭露岩溶形态的分布、形状和规模

在岩溶区，其分布状况、形状和规模都是要准确把握的。严格遵守相应的规章制度，严格检查施工过程，把施工队伍组建得专业化，通过这些措施，对于准确揭露岩溶形态有积极的作用。岩溶区的分布上，各地区都是不尽相同的，在分布广的地区，施工起来难度也较大，针对其不同的形状，采取不同的措施，对症下药，可以有效地提高工程的质量。

（四）严格把好室内资料整理关

对于各项施工章程，要在符合国家要求的前提下制定。关于参数问题，要尽量制定得精准而严密，不能在原有的基础上泛泛而谈，在资料收集上，对于不同的施工，可以收集不同的数据，这样对以后的施工也是一个借鉴作用，弥补其中的不足，发挥其长处，更好地应用于岩溶区勘查工作之中。

三.小结

本文结合个人多年实践工作经验，就地质雷达在岩溶地区建筑地基勘察中的运用展开了探讨，具体的分析了三点，分别地质雷达的探测原理、方法，工程实例和勘察注意的问题。在地质雷达的探测原理、方法上，谈了探测原理，选用雷达设备和探测参数设置方法。在勘察注意的问题的方面，谈了勘察目的和要求要具体，严格把好质量关，准确揭露岩溶形态的分布、形状和规模和严格把好室内资料整理关。然而由于个人所学知识以及阅历的局限性，并未能够做到面面俱到，希望能够凭借本文引起广大学者的关注。

地质雷达论文:地质雷达检测技术试验研究与探讨

摘 要：该文通过检测试验台方案设计、试验台施工及施工实况记录，运用地质雷达对埋设钢筋及非金属管道进行检测。针对不同埋深、不同直径，单层、双层钢筋及非金属管道的检测，验证地质雷达性能，研究与探讨施工因素对检测结果的影响，为地质雷达的应用提供参考依据，并为地质雷达检测技术学习者建立以该试验台为依据，进行研究、对比分析的基础检测图谱。

关键词：地质雷达 检测 钢筋 试验研究

如何快速准确无损地确定结构中金属和非金属目标分布情况，是重要的探索研究课题之一。地质雷达检测系统及技术进步为这一课题的研究提供重要支撑。地质雷达能检测多层金属和非金属目标，能检测结构缺陷并且不受装修层影响；检测结果可用图像显示被测部位断面，直观简明，适用范围较宽泛。该院2015年购置了中电科技集团22所研制的LTD-2100探地雷达系统。为开展该项目试验教学并为今后在工程中应用积累经验，通过建设试验台、采用地质雷达系统检测试验、试验结果研究分析，为技术人员采用地质雷达进行结构内金属和非金属目标检测提供参考具有重要意义。

1 地质雷达试验检测系统

测试仪器LTD-2100探地雷达系统由硬件设备和数据处理软件组成。硬件设备由雷达主机和天线组成。软件包括数据采集软件和数据分析处理软件等。由于屏蔽天线具有抗干扰和浅层高分辨率的优点，该次试验采用1 500 MHz和400 MHz屏蔽式天线。

2 检测试验台

试验台长×宽×高为2.5 m×1.5 m×1.5 m，分为不同深度、不同直径钢筋检测区、双层钢筋网片及金属目标物检测区和不同深度不同管径PVC检测区。设计填充材料采用C30砾石混凝土，按要求分层浇筑，振捣密实，注意确保钢筋、目标物和管道位置准确。检测试验台施工如图1、图2、图3所示，建成试验台如图4所示。

从施工图中可看出，由于受施工条件限制，试验台周围采用红砖砌筑，其中填充主要采用三合土，其内部分有红砖用做支撑，表面是在上层钢筋和不同深度不同直径钢筋放置后，采用中粗砂灰浆抹面而成。鉴于该模型试验研究目的是验证检测系统性能并进行检测教学研究分析，因此，详细记录了施工过程、填充材料及密实度，以为之后检测试验研究分析提供依据。

3 试验检测结果

分别沿4个方向进行多次检测，从众多检测结果中，选择了4个方面具有代表性的试验检测结果，如图5、图6、图7、图8所示。

4 研究分析

（1）对不同深度不同直径钢筋检测试验图谱5研究分析。该图谱采用1 500 MHz天线检测。图中清晰可见6根钢筋反射波形，检测效果较好，但图中检测出有一明显倾斜界面，分析为中粗砂浆与填充三合土界面（且钢筋图像弧度开口大小及拖尾大小与钢筋直径存在相关关系）。

（2）对双层钢筋东西向检测试验图谱6研究分析，该图谱采用1 500 MHz天线检测。图中清晰可见上层钢筋网8根南北向钢筋反射波形，但由于试验台边界效应影响，而无法检测出试验台边缘处两根钢筋，同样，下层钢筋网只测出7根钢筋反射波形，检测出的钢筋波形效果较好。

（3）对双层钢筋南北向检测试验图谱7研究分析，该图谱采用1 500 MHz天线检测。图中清晰可见上层钢筋网5根南北向钢筋反射波形，但由于试验台边界效应影响，而无法检测出试验台边缘处两根钢筋，同样，下层钢筋网只测出7根钢筋反射波形，，检测出的钢筋波形效果较好。

（4）管道检测试验图谱8研究分析。该图谱采用400 MHz天线检测。图中清晰可见不同直径不同深度3根反射波形，检测效果较好。

（5）试验用地质雷达检测系统，采用1500 MHz高频天线，对300 mm以内不同深度不同直径钢筋检测效果较好，对200 mm以内直径12 mm双层钢筋网检测效果较好。

（6）试验用地质雷达检测系统，采用400MHz天线，对1 100 mm非金属埋管检测效果好。

（7）试验用地质雷达检测系统，受试验台填充物密实度影响较大，因试验台施工时，填充物有三合土、局部使用了砖，且填充物没有经充分压实、沉降，试验台表现即以中粗砂浆封闭，使试验台与工程浇筑混凝土结构实际相差较大。

5 结论

（1）试验应用表明运用地质雷达检测结构钢筋，简便易行，结果直观，位置清晰。

（2）试验用地质雷达检测系统受检测物体均匀性影响，增加了检测结果判断的难度。

（3）地质雷达检测系统，受边缘影响，无法适用于较小断面结构构件。

（4）为了与工程实际相符，建议修建以混凝土浇筑为填充物，且严格按实际施工进行管理的试验台；现有试验台可做为检测结构对比试验使用。

该次试验研究检测D谱，也为今后试验研究及教学提供了对比分析依据，具有一定的参考与借鉴价值。

地质雷达论文:地质雷达在隧道检测中的应用

[摘 要]使用地质雷达能够准确检测到隧道底部地基土体的状况，并查找到土体存在缺陷的位置，结合其他检测和分析方法，可以查找到隧道底板下沉、墙体开裂等灾害的原因，对及时采取隧道保护措施具有很强的指导作用。但地质雷达的应用并不局限于此，地质雷达还可以用于检测隧道侧方和上方的土体状况。对于受震动影响较严重的区域、地处地下水和地表水丰富地域的地下隧道工程以及容易发生间断土体液化地域的地下隧道工程，使用地质雷达进行日常维护普查和检测是一种集高效、便捷、准确、直观的方法。本文探讨了地质雷达在隧道检测中的应用。

[关键词]地质雷达；隧道检测；应用

地质雷达可以快速准确的检测出隧道中存在的各种问题，尤其是对于各种衬砌检测中经常发生的问题有极其显著的效果，提供了客观可靠的隧道检测数据，为隧道的安全状态提供了有力的证明。然而在现实生活中，仅仅依靠检测数据仍然不是十分可靠，还需要对隧道的施工工艺有一个清晰明了的认识，并将雷达检测的相关资料相结合来做出最优的判断。

1 地质雷达工作原理及应用

1.1 地质雷达工作原理

地质雷达的工作原理是运用高频电磁脉的冲波反射来进行探测，是一种电磁波探测技术。它利用电磁波信号的运动特点使其在物体内传播进行探测，一般应用于较大区域、复杂对象、精度要求适中以及速度较快的检测情况中。地质雷达主要由控制主机及天线两个设备组成。主机是用来控制及提供信号，天线则是用来发射以及接收高频电磁波信号。通过天线发射电磁波，由于它在有耗介质里具有传播的特性，因此当它遇到不匀界面时部分电磁波会反射回来，而被测介质介电常数决定其反射系数。在介质里传播时，波形根据介质的介电性质和几何形态随路径以及电磁场强度而变化，通过天线接收反射回的电磁波并按特定的数据格式记录储存。然后运用处理软件把电磁波的差异及变化，处理成能够反映被探测物结构、形态、构造、尺寸大小、埋设物体及介质体间界面的雷达图像，实现探测、识别目标物体的目的。

1.2 地质雷达的应用

20世纪初，随着数据处及理电子技术的飞速发展，雷达的体积愈来愈小，起初需要肩扛手抬，而现在实现单人检测及操作。功能从冰层厚度探测（较低频率的工作信号）到现在的各领域广泛运用，很大程度上的提高了它的技术指标。20世纪90年代，地质雷达技术随土木工程建设迅速发展而兴起，其的无损检测技术具有高精度、高效率、简易、大面积覆盖检测、灵活方便的运用于野外工作等特点。它的这些特点使其成为快速、高效完成隐蔽工程探查的有效技术手段，得到工程技术人员的青睐。随着不断发展的地质雷达技术，其仪器的更新发展也得到不断的深入，使其应用范围不断的扩大。如今应用最为广泛的是勘察工程、文地质、生态环境、检测建筑结构、地质工程等领域。

2 地质雷达在隧道检测中的应用

2.1 选择适用的方法

隧道工程的地质勘察设计和施工前，必须对工作面前方和隧道周围的地质、水文情况进行详细的勘探，以前，地质的勘察技术均是使用钻探的方式，不仅会耗费大量人力和时间，当地质变化丰富，还会由于岩层的起伏不一产生巨大误差，增大工程事故发生的概率。而运用地质雷达技术进行勘查，则可较为准确地对地质情况进行预报、避免发生事故。隧道工程中地质雷达通常是用来检测溶洞、断层情况，其最重要的任务和目的之一就是清楚勘测断层内的空间分布、产状以及它规模情况。同时界面产状、性质、形状及尺寸也是会影响回波幅值及形状。例，在单波形式下，其相对入射线是处在一种理想的产状平整断层面其波形通常较为尖细，而含水的裂隙带或是破碎的断层带的波形会稍宽；溶洞或者是空洞的波形则会钝且宽缓，其边缘一般是不规则的，这是由于它的不规则外形无法集体反射而产生漫反射使时间延迟所造成的，也因为它的内部没有完全充填形成反射使得回波紧迭其后。于灰度图的方式，如相对介质中较大空洞的波长，因为空气中波速会较快，而周围介质旅行时间由较短，使得正负反射波凸弯曲，类似于抛物线。不管采用哪种方发，相同物理性质的反射波都将形成一组相似特征的组合波形。

2.2 现场检测关键参数进行确定及数据处理

在进行检测以前，应该对衬砌的混凝土中的介电常数以及电磁波做出有效的现场评定，这样才能够保证在已知的厚度中来对其他的隧道预埋件进行有效的探测，还可以通过在现场进行钻孔来实施检测。

2.3 时窗及扫描样点的确认

在进行现场的探测过程中，一定要对探测时窗以及进行的扫描点等相关的参数进行设置。时窗的基本大小对于雷达探测的深度是起到一定决定性的作用，如果选取探测的深度大或小，都将不能够对深度信息进行有效的探测，进而大幅度的降低了垂向的分辨率。

2.4 数据进行分析及处理

在地质雷达来对隧道结构进行检测，主要是通过高频率的电磁技术来实现物理探测方法，在进行数据采集的过程中，为了更有效保证更多反射波的特点，在频带的记录都是比较宽的，而隧道中得到的雷达数据多少都会受到一些不良因素的干扰，比如说地理环境，雷达自身等。因此，为了有效的规避这些干扰，就需要有效的对探测结果做出准确性的提高，对原始收集和采集到的数据做出有效处理，尽量降低信号的干扰。在对数据进行处理及分析过程中，主要是对预处理以及随后的处理分析。预处理重点囊括文件参数的标记以及桩号的校正，剖面翻转等等相应数据参数的处理。

2.5 隧道检测中目标波组的具体识别

2.5.1 混凝土中的钢结构波形特点

采用金属作为导体与周围混凝土的介质介电常数是存在比较大的差异，此时电磁波的反射强度也非常大的。如果目标提是钢筋那么信号会全部被反射回来。通过使用高频率的天线来进行探测，钢拱架会形成比较清晰的反射弧，呈现出雨伞的形状，反射与相轴的三振相特点非常的相似。

2.5.2 衬砌厚度及空洞的波形特点

在衬砌以及周边的围岩之间会存在空洞区域，与混凝土及围岩的波阻产生相差比较大的，而且反射的波非常强烈，位置也比较明确和清晰。较为典型的地质雷达衬砌的具体图像。地|雷达隧道的检测技术得到了非常广泛得普及和使用，但在实践中依旧还存在不少的问题，因为地质雷达进行探测过程中支护的表面中存在不平整的情况，这会给记录及检查结果带来的一定的误差，给后期的数据出来带来影响。所以，在进行检测过程中应该做好对天线与衬砌的密封工作，最大限度中保持其移动速度的同步。在对而二衬厚度及精度的介电常数进行选取中，一定要在检查之前对衬砌混凝土的介电常数做出有效的标记。

综上所述，在隧道检测的过程中运用地质雷达检测技术，能够快速、有效地实现脱空范围、衬砌开裂、衬砌厚度等探测，于施工方能够及时有效地加固措施避免事故产生，为消除事故隐患提供了科学依据，保障了隧道的正常营运及安全使用。

地质雷达论文:地质雷达在天然气地下管网探测中的应用

摘 要：该文首先介绍了地质雷达的一般工作原理，并以廊坊市百川燃气管网勘测工程为例进行了说明，总结了自己在地质雷达在天然气管线探测方面的一些经验。廊坊百川能源集团响应国家号召，通过招标来进行地下燃气管线外业探测，运用先进的探测设备和技术查清所属地下燃气管线的位置、埋深、走向、规格、材质等，并最终建立管线空间数据库、管网及管件属性数据库。该院有幸中标，决定采用地质雷达作为非金属管线的探测设备。在作业的过程中总结了一些地质雷达管线探测方面的经验，和大家分享。

关键词：地质雷达 天然气管线 探测 地下天然气

目前，我国城市地下管线种类繁多，包括供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等8大类20余种管线，针对我国地下管线现状不明、家底不清问题，住房城乡建设部、工信部、新闻出版广电总局、安监总局和能源局联合发出通知，要求在全国范围内开展地下管线普查，2015年年底前完成普查并建立完善城市地下管线综合管理信息系统和专业管线信息系统。

1 地质雷达工作原理

地质雷达通过对所发射电磁波在地下介质中传播规律与波形特点的分析，查明地下介质的结构、属性及空间分布特征。它的基本原理是：地质雷达通过内置的发射天线发射频率为12.5～1200M之间的脉冲电磁波信号。当信号在地下遇到探测目标时，产生反射信号。直达信号和反射信号通过内置的接收天线输入到接收机，经放大后显示出来。然后根据有无反射信号，我们可以判断出地下是否有探测目标物；根据反射信号到达的滞后时间及目标物体平均反射波速，我们可以计算出所探测目标至地质雷达的距离，也就是目标物的深度。

地质雷达发射的是超高频电磁波，它的探测能力比管线探测仪等使用普通电磁波的仪器性能更优良，所以地质雷达在考古、建筑、铁路、公路、水利、电力、采矿、航空各领域都有重要的应用，可以说地质雷达探测技术是目前分辨率最高的工程探测方法。

2 应用实例

2.1 项目介绍

2014年6月份，河北省第二测绘院承接了廊坊百川燃气公司的燃气管网勘测工程。主要工作内容包括查明燃气管线的平面位置、坐标、埋深、高程、走向、规格、材质、埋设时间和权属单位等。此工程的燃气管线探测管线长度约1000 km，范围涉及廊坊市的三河市、永清、固安、大厂等6个区县。管线的探测遵循从已知到未知、从简单到复杂的原则，优先选用有效、快速、轻便的探测方法。此项目管线有高压和中压两种类型（本次不涉及低压管线的探测）。高压全部为金属管，导电率强，因此工作人员主要采用英国雷迪公司RD-8000管线探测仪，效率和准确度可以得到很好的保证。而中压管线大部分是非金属材质，几乎不导电（管线未铺设金属示踪线），此时管线探测仪就失去作用了，在不接触材质的前提下，只能选择地质雷达进行探测，探明管线的走向及其深度了。

2.2 天然气地下管线探测的基本程序

天然气地下管线探测一般包括：接受任务，收集资料，现场踏勘，仪器检验，编写技术设计书，实地调查，仪器探查，地下管线点测量与数据处理，管线图编绘，技术总结编写和成果验收等。对一个测区进行地下管线作业前，首先是现场勘察，了解现场的情况，并尽可能收集已有的地下管线资料，比如百川燃气公司的管线设计和竣工图纸等资料，了解管线走向和管线设备等信息，注意不要漏测管线设备、设施。很有必要说明的一点是，在进行正式作业前，要进行现场方法试验，选择合适的探测仪器和探测方法，并求出仪器的在本地区地质条件下的参数，以更有的准确的探明地下管线的各种情况。

另外，地下管线探测作业进场后，要结合收集到的地下管线资料在工作图上简单绘制草图，做到心中有数。工作人员还和甲方沟通，请百川公司的巡线人员给我们领线，以提高探测效率。

2.3 仪器的选用

本工程我们使用意大利IDS公司生产的“Detector Duo双通双频天线阵管线探测雷达”，其主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和终端设备（笔记本电脑）等组成。此仪器内部集成了两种不同中心频率天线（分别为250 MHz和700 MHz），通过在实地一次剖面探测可以同时获取反映深部（250 MHz天线）和浅部（700 MHz天线）各自一幅GPR剖面图，即可以同时显示深部和浅部的管线探测图像。在提高探测速度的同时也增加了探测到管线的概率和探测结果的准确率。此型仪器的整体设备组成手推车结构。工作方式是在选择剖面上进行手推式剖面连续测量（见图2）。

操作前进行时间增益自动选择，目的在于提高探测分辨率和准确确定目标物的埋深。因仪器装有位置传感器，可以连续记录从起点到终点所经过的距离，并有白线显示，因此可以回到需重测的实地位置，有利于检测异常，提高定位、定深精度。

现场获取的GPR图像可进行现场即时解释，除特殊情况下需应用部分软件进行处理外，一般在现场就可得到满意的结果。

2.4 地下PE材质天然气管线探测

由于金属管线探测仪（如雷迪公司RD-8000）无法探测非金属管线（因百川公司未铺设金属示踪线），因此使用地质雷达进行非金属管道探测几乎成为唯一可能。影响地质雷达探测效果的主要是介质的介电常数和导电率。PE材质的管道尽管不导电，但由于有其他电性差异，依然可引起比较明显的波阻抗。虽反射波的反射次数不多，但波形呈明显拱形，可确定管线的存在。通过对三河市某路段的探测实例（见图3）不难看出探测效果。

3 探测中的一些问题和经验

3.1 由于本工程主要分布在县城，各类专业管线较多，对天然气管线的探测会形成很大干扰

然而，经过长时间的外业实地探测作业，我们可以发现各类专业管线存在不同特征，根据这些特征，可以对一些疑难管线进行推测。当然，这些推测也是建立在充分的现场调查并分析管线埋设的规律的基础上进行的。比如：

（1）排水管线：特点是管径较大，多为混凝土管，埋设较深，一般在0.5～5 m之间不等。

（2）给水管线：主输水管线多为大口径，材质一般分为铸铁管和混凝土管两种，在主要道路上呈单条或多条并行布设，埋深多在0.5～3 m之间；支输水管线材质绝大部分为铸铁管，埋深一般在1.5 m左右。

（3）电信管线：主要分布在慢车道、人行道上，分支较多，多以直埋套管方式埋设。

（4）电力管线：主要分布在人行道、慢车道上，多以管块和管沟方式埋设，埋深多在1～3 m之间。

（5）热力管道：热力管道主要分布在道路中央，多以套管和管沟等方式埋设。

3.2 由于地质雷达只能在某一个断面内进行点对点的探测

要对一整条路线进行连续探测就无能为力了，我们当时就结合了收集到的竣工图纸和巡线人员的帮助，才很好地提高了工作效率。

3.3 在探测的过程中，很容易受到管线周围泥土等介质的影响

例如，对于一些地下水位比较高，土质填埋硬度不均的区域，特别是对于一些填埋了生活或建筑垃圾的区域，会使雷达探测的回波图像失真，不能准确确认管线点的位置和埋设深度，从而造成一定的探测误差。为了克服这一问题，适当的钎探和开挖验证是非常必要的，有阀门井的地方，可以打开井盖就直接看到管线了。这样可以通过验证，掌握地质雷达的探测误差值，对类似的探测区域，对探测值进行合理的纠正，确保探测值的准确性。

3.4 对某些管径较小（半径

有时可以发现一些线索但是却无法准确探测，给管线探测工作带来了很大的困难，这种困难的解决有赖以后探测技术和方法的长足进步，目前来看，此种情况下我们只能在对现场进行充分的调查的基础上，到相关部门查找管线的历史资料做参考，或者进行实地验证挖掘。

3.5 地下天然管线的探测是一项技术性很强的工作，并且作业员的经验也很重要

特别是复杂区域，管线探测不光需要有先进的仪器和探测方法，而且需要作业员善于搜集资料和分析总结，探索出适合实际当地情况的作业方法。

4 结语

总之，目前地质雷达在地下天然气管线探测尤其是非金属管线探测中具有其他方法无法取代的地位。随着地质雷达技术的发展，其为城市地下管线的探测提供了很大便利。科技在进步，地质雷达的硬件会不断改进，软件的开发与创新也会大大改善，这一技术必将在城市地下天然气管网探测方面取得更大的应用和发展空间。

地质雷达论文:地质雷达在隧道检测中空洞图像分析

摘要：空洞是隧道检测中非常常见，本文针对隧道衬砌中经常出现的空洞的基本形状进行研究。以探地雷达理论为基础，运用时域有限差分法，建立隧道衬砌中三角形、矩形和圆形空洞的二维模型，进行探地雷达二维正演模拟。利用制作圆形空洞、直角三角形和正方空洞模型，依次将模型分别埋于砂槽中，应用探地雷达探测。数值模拟和实测结果表明：探地雷达可以探测到三角形、矩形和圆形空洞的存在。

0 引言

随着我国公路、铁路网发展快速发展，隧道建设将越来越多。隧道初次支护和二次衬砌中存在空洞将对隧道的建设的安全及运营的安全严重的影响，因此，空洞的探测是隧道建设质量检测和隧道维护检测中重点探测的病害之一。在二次衬砌中，模板与模板交界处，经常会出现直角三角形空洞，在初次支护或二次衬砌中经常会出现近似圆形或矩形空洞及类似几种形状的组合形式空洞。为了更好的对各种形状的空洞进行数据解释。本文通过数值模拟和物理模型试验选取了比较有代表性的形状即直角三角形、矩形和圆形进行研究。总结了各种形状的空洞探地雷达图谱特征，为隧道施工质量检测和维护检测提供指导。

1 探地雷达探测空洞原理

探地雷达工作原理[1-3]是使用频率为nMHz～nGHz的电磁波，通过发射天线向介质发射宽频带短脉冲电磁波，电磁波在介质中沿特定的方向传播，当遇到介电常数不同的分界面时或目标物发生反射，由介质表面的接收天线接收，根据接收到雷达波的波形，振幅强度和时间变化特征推测界面和目的物（如图1所示）。

电磁波在特定介质中的传播速度V是不变的，因此根据探地雷达记录上的地面反射波与反射波的时间差ΔT，即可据下式算出异常的埋藏深度：

式中，C为电磁波在大气中的传播速度，大小为3×108m/s；

ε为相对介电常数，主要由各介质的性质决定；

X为发射天线与接收天线之间的距离；

H为埋藏深度；

当X为0时，H=Z。

根据电磁学理论，当电磁波在地下介质传播时，遇到不同电介质的分界面时，由于上下界面的电磁性差异，将发生反射和折射（见图2）。

电磁波的反射系数为：

式中，ε1、ε2为界面上、下介质的相对介电常数。

由上式可知，两侧介电常数的差异决定了反射系数的大小；又因为雷达反射波的振幅大小与反射系数成正比，因而，当相邻介质的相对介电常数差异越大，反射系数就越大，反射振幅也就越大，反射界面也就越容易识别；当相邻介质的相对介电常数差异越小，反射系数越小，反射振幅也就越小，反射界面越不容易识别，介质的界面和目标物也就越不容易找到。

2 探地雷达二维正演模拟

2.1 时域有限差分法

几乎所有的电磁现象的研究均离不开经典的Maxwell方程组，时域有限差分法[4-11]正是从Maxwell两个旋度方程出发，建立计算时域电磁场的数值方法，在无源区域，Maxwell方程的两个旋度为：

其中：E为电场强度（V/m）；μ为相对磁导率（H/m）；H为磁场强度（A/m）；t为时间（s）；σm为等效磁导率（w/m）；σ为电导率（S/m）。

按照Yee氏网格剖分，利用中心差商，二维TM电磁波的时域有限差分方程[17-20]，即探地雷达的正演模拟方程为：

TE电磁波的有限差分方程与TM电磁波形式上相似，可以通过类似的方式得到或通过两种波存在的对偶关系得到。

2.2 数值模型

建立模型如图3所示。设图形左下角为坐标原点，横坐标为x轴，纵坐标为y轴。模型中共介质混凝土与空气两种介质，混凝土的相对介电常数为6，相对磁导率为1，空气的相对介电常数为1，相对磁导率为1。整个区域为2m长，宽0.5m的矩形混凝土，在混凝土中包含一个圆形，一个矩形，一个三角形空洞，其中圆形空洞的圆心为（0.5m 0.38m），半径为0.02m；矩形空洞左下点为（0.8m 0.38m），右上点为（1.2m 0.4m）；三角形空洞三个角点分别为（1.5 0.36）、（1.7 0.36）、（1.7 0.4）。

地质雷达论文:地质雷达在浯溪口大坝钢筋定位中的应用

摘 要：通过地质雷达在浯溪口工程管型座侧墙钢筋定位中的使用实例，介绍了地质雷达在钢筋定位中的应用。钢筋与混凝土存在物性差异，且有明显的介电常数差异。因此，在雷达波的时间剖面上，钢筋和混凝土之间有明显的反射波。通过钻孔验证，实际位置与探孔测试结果吻合，说明地质雷达是可以在钢筋定位测试中应用的。

关键词：地质雷达；钢筋定位；浯溪口大坝。

1 工程概况

浯溪口水利枢纽工程位于江西省景德镇市蛟潭镇境内，距景德镇市约40 km，是一座以防洪为主，兼顾供水、发电等的II等大（二）型水利枢纽工程。浯溪口水库总库容为4.747亿m3，大坝坝顶高程65.5 m，正常蓄水位56.0 m，最大坝高46.8 m，坝轴线长度498.62 m，主要建筑物为非溢流坝、溢流坝、河床式厂房。

在河床式厂房施工过程中，因设计变更，需要在2号和3号机组管型座侧墙钢筋网中钻孔，进行植筋施工，以提高管型座基础的抗拉抗剪能力。侧墙纵向钢筋网间距仅为20 cm，且在钢筋绑扎施工过程中存在偏差，钻孔植筋过程中极易碰到钢筋网，造成二次钻孔，甚至损伤侧墙主筋。因此，必须准确进行钢筋定位，为钻孔植筋做好准备。

为了2号和3号机组管型座侧墙钢筋准确定位，为后续钻孔植筋施工提供参考，对比目前无损探测的方法，采用地质雷达来确定管型座侧墙（左右：4.0～4.1 m宽，上下：6.0-6.1 m）钢筋位置。

2 地质雷达探测原理简介

地质雷达是采用高频电磁波探测地下地质结构与特征的探测技术，在探测时将发射天线和接收天线放置于测试区域地表上进行探测，如图1所示，考虑到场地内目标深度，为提高雷达剖面分辨率，发射天线和接收天线以固定间隔沿测线同步移动，移动一次采集一道数据。这种探测方式非常适合比较恶劣的工作条件。

地质雷达向地下目标体发射的电磁波信号在传播的过程中，遇到电性差异的目标体（如岩溶、裂隙等）时，电磁波便发生反射，由接收天线接收反射波。在对地质雷达数据进行处理和分析的基础上，根据雷达波形、电磁场强度、振幅和双程走时等参数便可推断地下岩体的地质构造。

实际上，电磁波在介质界面产生反射是因为两侧介质的介电常数不同，差异越大反射信号越强烈，反之反射信号越差。由电脑所收集并存储的每一测点上的雷达波形序列形成一个由若干记录道组成的地质雷达剖面，如图2所示。

地质雷达虽探测精度高，但发射天线能量有限，探测深度较浅。考虑到场地内目标深度，为提高雷达剖面分辨率，采用发射天线和接收天线以固定间隔沿测线同步移动的工作程序，移动一次采集一道数据。

步长0.02 m，记录长度10 ns左右，32次叠加。地质雷达虽探测精度高，但能量有限，探测距离较浅。本次测试采用中心频率为1.2 GHz的天线进行测量。

3 地质雷达数据采集及处理

地质雷达采用高频电磁波的形式进行地下介质的探测，其运动学规律与地震勘探方法类似，因而地震勘探的数据采集方法可以被借鉴到地质雷达野外测量中，其中包括反射、折射和透射测量方式。

在反射测量方式中以剖面法多次覆盖技术为主，其他方法为辅。

剖面法是发射天线和接收天线以固定间距沿测线同步移动的一种测量方式。

剖面法的测量结果用地质雷达时间剖面图像来表示。当天线距离很小时，相当于自激自收的数据采集方式，得到的记录能较准确地反映测线处各反射界面的形态和介质体的空间位置等信息。然而，由于地下介质对电磁波的吸收，来自深处界面的反射波会由于信噪比过低而不易识别，这时需应用不同天线距的发射一接收天线在同一测线上进行重复测试，然后将测试记录中相同位置的记录进行叠加，以增强对深部介质探测的分辨率。在探测过程中，可以根据现场地形、设备状况以及实际需要来选择不同的测量方式。

地质雷达数据处理的目的主要是压制各种噪声，增强有效信号，提高资料信噪比，以最大可能的分辨率在地质雷达图像剖面上显示反射波，以便从数据中提取速度、振幅、频率、相位等特征信息，帮助解释人员对资料进行有效的地质解释。

地质雷达的数据处理流程一般分两部分：

第一部分为数据编辑，包括数据合并、废道剔除、测线方向一致化、漂移处理；

第二部分是常规处理以及地质雷达图像增强处理，包括数字滤波、振幅恢复、均衡、归一化、小波变换、时深转换等。

4 探测剖面解释与分析

本次地质雷达数据采集的测线布置如下：分别在2号和3号机组管型座基础左、右边墙（左右4.0～4.1 m宽，上下长6.0～

6.1 m）布置井字形测线，即横向两条、纵向两条。

3号机组管型座基础右边墙横向测线雷达测试处理结果图，如图3所示。横坐标为水平距离（m），纵坐标左为深度（m），纵坐标右为时间（us），图像显示右边墙距地面1.36 m，下游至上游段（0～4.1 m），混凝土表面以下深18～27 cm范围内，存在多组强振幅雷达反射波组，波形具有弧形的特征，较凌乱，与周围的波形存在明显的差异，推测为混凝土中的钢筋等金属物，其弧形的顶端即为钢筋的位置，见表1和如图3所示。

5 结 语

地质雷达是一种高分辨率的现代地球物理探测技术， 它具有很强的抗干扰能力和较高的现场测试效率。

该技术用于工程中的地质缺陷探测能准确快速地测定缺陷的分布情况；该方法用于水电站等工程岩体及混凝土的缺陷探测，可以较好地确定缺陷发育的形态及空间分布，了解目标体的地质缺陷情况。

因此， 地质雷达技术是类似的地下工程岩体处理探测的一种快捷的， 有效的手段， 值得推广。

地质雷达测量方式、测线布置及系统参数的选择直接影响着野外数据采集的质量，只有根据测量环境以及探测目标体的大致走向、规模、物性等情况综合分析，做出合理选择，才能保证所测地质雷达图像资料的准确性和客观性。

本次现场探测， 中心频率为1.2 GHz 的天线既具有理想的分辨能力， 又能得到合适的探测深度。因此， 该种范围频率的天线是这类探测工作的最佳天线。

就现场测试条件而言， 要求测线两端及其附近一定范围内无施工机械设备存在；同时要求测线所在位置平坦， 无杂乱其他金属体， 只有这样才能避免地表物体所形成的侧面反射的干扰， 获得高质量的检测资料。

根据地质雷达图像的波形、频率、振幅、相位及电磁波能量吸收情况（或自动增益梯度）等细节特征的变化规律，得出地质雷达图像解释的地质现象，也有利于以后地质雷达图像识别和经验积累。

本次钢筋的探测结果，通过钻孔验证，实际位置与探孔测试结果吻合，说明地质雷达是可以在钢筋定位测试中应用的。

地质雷达论文:基于Groundvue系列地质雷达水库防渗墙探测分析

摘要：南门峡水库的与防渗墙有关的渗漏问题严重，历次防渗处理效果不明显。利用从英国引进Groundvue系列地质雷达设备，采用深部逐步层次测试分析法，对防渗墙部位进行了大量的现场测试分析和解译，结合钻探验证，查明了渗漏部位和路径。结果表明：坝基防渗墙完好，厚度在0.50m左右，但位置与现有的灌浆平台有3m左右的水平距离，这可能是历次灌浆效果不佳的一个重要原因，为南门峡水库加固工程提供了重要的技术支撑。

关键词：地质雷达；Groundvue系列；南门峡水库；防渗墙；探测

南门峡水库是以灌溉为主的Ⅲ等中型工程，始建于1974年，1982年投入运行。由于该水库位于岩溶地区，地质条件复杂，坝基和两坝肩构造岩溶、裂隙发育，渗漏比较严重。南门峡水库防渗处理工程早在1975年大坝施工期间就已经开始，至今已进行了3个阶段帷幕灌浆处理，但效果均不理想。2010年10月对水库大坝进行了安全鉴定，认为南门峡水库存在较严重的病险，主要包括坝基（肩）渗漏严重，渗透稳定性不满足规范要求，非常溢洪洞洞身中部未衬砌；输水隧洞洞身多处产生裂缝，影响泄洪安全，水库不能按设计要求正常运行，属三类坝。为充分发挥水库的社会经济效益，防止造成重大灾害，经水利部批准立项，近期对其进行除险加固处理[1-2]。

目前一般地质雷达仪器用于防渗墙探测的测试深度在20～30m范围内，并且预报的准确率非常不高[3-8]。英国Utsi Electronice公司Groundvue系列地质雷达测试系统是目前世界频率最低的一款雷达，最深能探测到180 m，可以进行GPS触发测量，工作效率快，可进行天线阵测量。引进地质雷达设备及技术，结合现场测试和验证，了解南门峡水库坝基防渗墙的情况，可以为除险加固施工提供技术支撑。

1Groundvue系列地质雷达系统

Groundvue系列地质雷达测试系统主要技术指标：四通道雷达主机的扫描速率为250扫/秒；400MHz 天线频率范围：200～600 MHz；50 MHz 天线频率范围：30～100 MHz；15 MHz天线频率范围：5～30 MHz；高脉冲重复率：2 MHz到 500 kHz。GV系列雷达主要型号见表1。

地质雷达的天线根据划分的方式不同可以划分为不同种类的天线。从工作性质上可分为发射天线和接收天线；从屏蔽与否上说可以分为屏蔽天线和非屏蔽天线，如图1所示。

2现场测试

测线主要布置在了坝顶、坝前坡处，探测路线主要有坝顶沿公路方向的等距的3条纵向测线，坝前坡下的灌浆平台2条纵向测线，进行GV2和GV6探测；坝前坡上由坡下灌浆平台向坡顶探测，方向垂直于大坝走向，由于坝前坡上有许多块石，不利于体积、重量较大的GV2探测（对轻便的GV6影响较小），所以测量间距放在3.5 m，共计26条测线。测线布置平面图如图2，测试方法如图3所示。

3室内试验

为了对南门峡水库实测的GV地质雷达图像做出的合理的分析，河海大学在实验室建立了基于1 GHz的GV3地质雷达天线的模拟实验平台，如图4所示，了解所研究的目标模型的GV地质雷达的图像特点。图5是中间有板状目标物的地质雷达图。

4防渗墙测试数据解译与验证

坝基的混凝土防渗墙位于坝前坡从坝基建基面到基岩面之间，是用于防止基岩面上卵砾石覆盖层渗水。由于缺乏准确的原始设计图纸，在历次灌浆加固坝基时，一般认为其平行于大坝走向位置，在现有的注浆平台边上。

采用GV6地质雷达在坝前坡上，垂直于坝走向的方向上进行测试，具体测向为由坝坡底部向坝顶测量。0+034 m处测量灰度图像见6。由图可以发现在坝前坡上26 m左右处，在地层深度为26 m和32 m的部分发现有地质雷达电磁波的反应，疑似混凝土防渗墙的位置，其平行于大坝的走向，位于灌浆平台靠近坝顶方向，与现有的灌浆平台有3 m左右的距离，这可能是历次灌浆效果不佳的一个重要原因。

为了证实以上的推测，查看平行于该条测线其他位置上的地质雷达图像，发现在其他平行于0+034 m剖面的地质雷达图像上，绝大多数图像，几乎在相同位置处，发现了疑似是混凝土防渗墙的雷达反应。图7为0+208 m坝前坡上24 m处，深度为24 m和32 m的部分出现地质雷达反射弧线，图8为0+304 m剖面在相同位置处发现一处雷达反射弧线，深度也为26 m左右。

从图7和图8中两条反射弧线的相对位置来看，深度较浅的反射弧线往往较深部的反射弧线在图像上靠左边一些，这其实不难解释，因为测量是一个由下往上的路线，所以测量路线与水平面之间存在着20°度的坡脚，相对于竖直矗立的混凝土防渗墙则相当于有着70°的夹角。当测量路线在图像当中以水平方向显示时，图像中的防渗墙自然而然就会呈现出由垂直方向倾斜20°

，变成“斜墙”的现象。

通过结合垂直于大坝走向，互相平行的26条地质雷达图像的观察与分析，能够发现坝基混凝土防渗墙的位置，位于坝顶沿坝前坡向下11 m处，与现有灌浆平台有3 m左右的距离，防渗墙距离地表距离从26 m到30 m不等，很可能防渗墙顶不在同一高程上。且防渗墙在0+40～0+380 m坝段间延续良好。

为了确认以上地质雷达探测的解释成果，采用现场钻探进行验证。第一个钻孔位置根据地质雷达测试分析的结果现场确定，首先在右坝肩桩号0+383.60 m处布置了ZK14-1-1孔，揭露人工堆积的土层后又打到砂砾石，钻至40 m未找到混凝土防渗墙，经分析孔位向下游移了0.70 m布置了ZK14-l-2孔，钻至25.0 m时找到了混凝土防渗墙。然后在桩号0+208 m处又布置了ZK14-3孔，钻至28.50 m时找到了防渗墙；在桩号0+150 m处布置了ZKl4-4-1孔，防渗墙没找到，又向下游移0.60 m，布置了ZK14-4-2孔，钻至31.0 m时找到了混凝土防渗墙。

防渗墙顶部不在一个高程上，桩号，桩号0+034.2处墙顶高程2 736.45 m，底部高程2 721

.05 m，墙高15.4 m。主要钻探结果见表2。防渗墙钻探验证工作说明原防渗墙呈直线，防渗墙位置位于上游马道2012年帷幕灌浆中心线向下游左岸5.4 m，右岸6.1 m。

5结论

（1）南门峡水库的渗漏问题长期以来一直未能较好的解决，防渗墙的效用问题可能是一个关键问题，引进英国Groundvue系列地质雷达设备和软件，为这一关键问题的解决提供了重要支撑。

（2）根据GV6位于坝前坡的多道测线综合分析，结合钻探取芯的结果，混凝土防渗墙地质雷达测试分析的防渗墙位置为上游马道帷幕灌浆中心线向下游左岸5.4 m，右岸6.1 m，防渗墙厚度在0.50 m左右，与现有的灌浆平台有3 m左右的水平距离，这可能是历次灌浆效果不佳的一个重要原因。

（3）基于GV3-1G天线的室内试验平台能有效的模拟试验地下各种目标物的雷达图像特征，其结果有助于提高Groundvue系列地质雷达的探测解译效率。

地质雷达论文:浅谈地质雷达在铁路隧道衬砌质量无损检测中的工作原理及应用

[摘 要]地质雷达在检测铁路隧道初期支护背后空洞、二次衬砌厚度、钢筋布置情况等方面有较为广泛的应用，本文主要对地质雷达探测在铁路隧道衬砌质量无损检测中的工作原理及应用进行简要分析。

[关键词]地质雷达 隧道衬砌 质量检测 缺陷特征

地质雷达探测是一种利用高频短脉冲信号获取目标体内部信息的一种地球物理探测手段，由于其无损、经济、快捷、准确等优点，在铁路隧道衬砌质量无损检测中应用极为广泛。铁路隧道衬砌厚度、钢筋钢架布置等直接影响到隧道的结构承载能力和运营使用寿命。建设单位通过地质雷达检测可以准确掌握铁路隧道衬砌的厚度、衬砌背后回填密实度，钢筋和钢架布置情况等情况，并准确掌握隧道工程的施工质量。

一、地质雷达工作原理

地质雷达利用无线电波对被检测的隧道衬砌、岩土、钢筋等介质进行扫描，用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，在隧道衬砌面通过发射天线传播到隧道衬砌内，经空气、混凝土、钢筋和岩层等不同的介质层反射后返回，并被接收天线所接收。通过计算机对雷达接收到的信号进行分析、处理，从而判断隧道衬砌的施工质量。

对于地质雷达无线电波，隧道衬砌的混凝土、钢筋、岩层和水等介质都是以位移电流为主的低损耗介质，电磁波在各种介质中的传播速度和反射系数取决于介质的相对介电常数ε，见公式：

式中r为电磁波从介质1传播到介质2时的发射系数，为介质1的相对介电常数，为介质2的相对介电常数，V为电磁波在介质中的传播速度。

根据电磁波的反射原理，当电磁波从介质1传播到介质2时，介质介电常数发生变化，并产生反射波，反射波反射返回接收器被接收，从而产生了介质的反射信号，根据这个信号特征判断介质的物性变化。

二、地质雷达在铁路隧道衬砌质量无损检测中的应用

由于空气介质与铁路隧道衬砌中混凝土、钢筋、钢架等介质的介电常数差异，雷达所发射的高频电磁波由空气进入隧道衬砌的混凝土层，产生界面强反射；同样，高频电磁波由衬砌传播至岩层时，在传播过程中遇到钢筋、工字钢等物体，或交界面处存在缺陷时，就会导致雷达剖面上的象位和振幅发生变化，由此可确定衬砌的厚度和发现施工缺陷。

根据《铁路隧道衬砌质量无损检测评定规程》，衬砌背后回填密实度的主要判定特征应符合的要求为：1.密室：信号幅度较弱，甚至没有截面发射信号；2.不密室：衬砌界面的强反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续，较分散；3.空洞：衬砌界面反射信号强，三振相明显，在其下步仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大（见图1）。

衬砌内部钢架、钢筋位置分布的主要判定特征应符合的要求为：1.钢架：分散的月牙形强反射信号；2.钢筋：连续的小双曲线形强反射信号（见图2）。

根据地质雷达探测数据进行处理，形成时间剖面图，可判断出被检测隧道的衬砌厚度、密实度和内部钢筋、钢架等情况，为确定隧道缺陷部位、缺陷长度和缺陷程度提供必要的基础数据，并根据缺陷制定相应的处理措施。

三、常见的几种缺陷及相应处理措施

1.衬砌厚度不足、衬砌存在空洞的处理措施

对于铁路隧道衬砌厚度不足、衬砌存在空洞的部位，可按照《铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定》（铁运函[2014]174号）有关要求，对缺陷地段衬砌安全等级进行评定，分为D（完好）、C（轻微）B（较严重）、A1（严重）、AA（极严重）等4个级别。对于C级地段，一般采取长期监测措施；对于B、A1、AA级地段，采取锚杆加固措施等补强措施（锚杆数量、长度、间距应根据围岩等级和原衬砌设计情况进行具体设计），并进行长期监测。

2.钢筋或钢筋网间距过大、缺失的处理措施

对于铁路隧道衬砌钢筋间距过大或缺失的部位，如果围岩情况较好（Ⅲ级以上），则一般采取长期监测措施；如果围岩情况较差，则需要采取锚杆加固等补强措施，并进行长期监测。

3.钢架间距过大的处理措施

对于铁路隧道衬砌钢架过大部位，可视其严重程度而采取相应的处理措施。如果情况不严重，可采取长期监测的措施；如果围岩情况不好，钢架间距超标或缺失，则应对该段隧道衬砌结构安全性进行评估，并采取必要的加强措施，必要时拆除该段衬砌重新施做。

四、结论

地质雷达方法在判断铁路隧道衬砌质量方面有准确、快捷、经济等优点，根据雷达信号的差异能初步判定隧道衬砌质量，为建设单位掌握工程质量提供基础数据，并在发现衬砌混凝土、钢筋、钢架的工程质量缺陷后，及时进行处理，在降低经济损失，保证隧道工程质量方面发挥积极作用，因此在铁路隧道衬砌质量无损检测中广泛应用。