地质雷达十篇

导语：如何才能写好一篇地质雷达，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

地质雷达篇1

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

地质雷达篇2

关键词：RAMAC/GPR探地雷达，地下煤气管线探测

中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：

1.引言

自二十世纪七十年代开始，探地雷达进入工程物探领域。由于该仪器轻便，工作效率高和无破坏性等特点，探地雷达在工程探测领域的应用日益广泛。雷达的早期应用主要集中在勘探方面，随着雷达技术的不断完善和发展，其应用领域涉及市政、公路、铁路、考古、隧道等。特别是进入二十一世纪以来，雷达技术更是得到空前的发展，其重要性日益彰显。在我国，近几年隧道和路面检测，桥梁结构和建筑物结构的工程呈现几何增长趋势，雷达在检测方面的应用已经超过勘探方面的应用。在城市地下管线普查中，与其它探测设备相比，探地雷达不仅能够探测金属管线，而且能够探测PE、PVC、混凝土等非金属管线。

2.工作原理

探地雷达（Ground Penetrating Radar,简称GPR）是利用超高频短脉冲电磁波在介质中传播时其路径、电磁场强度与波形随通过介质的电性质和几何形态的不同而变化的特点，根据接收到波的旅行时间（亦称双程走时）、幅度与波形资料来判断管线的深度、位置和估算管线直径等。当管线方向已知时，测线应垂直管线长轴。如图1所示，探地雷达系统会自动把不同水平位置采集到的电磁波信号（每一信号亦称之为一道）从时间域转换成空间域，不同水平位置采集的道信号组合起来，最终得到雷达剖面图上的波形反应，其典型特征为黑、白相间的抛物线。雷达剖面图上抛物线顶点横向坐标值是管线中心轴线距测量起始点的水平距离，抛物线顶点竖向坐标值为管线上表面距测量表面的深度值。

图1 雷达剖面成图示意图

3.管线深度和水平位置的确定

管线的深度可从雷达剖面图上直接读取，探地雷达系统自动把时间域转换成空间域，其原理是根据公式D=V•t/2=C•t/2 求得。其中C为电磁波在空气中的介电常数，t为电磁波在衬砌介质中的双程旅行时间， r 为介质的相对介电常数值。电磁波在不同介质中的传播速度是不一样的，在确定管线深度之前，最好在测量区域内找一条已知管线进行传播速度测试。波速值的求法是根据电磁波在介质中的双程走时时间不变的原理求得的，即 D1/Vx=D2/V2=t,其中，D1 为管线的实际埋深，Vx为我们需要求的雷达波速值，D2为从雷达图上读出的管线深度值，V2为在测量前事先假设的雷达波。

管线的水平位置可由测量轮精确测得，而且探地雷达具有现场回拉定位功能，当屏幕上显示出管线波形时（天线拖动方向与管线方向垂直时，典型波形反应为抛物线），可将天线回拉，屏幕上将出现一个光标，随着天线的回拉，光标在雷达剖面图上移动，当光标移到抛物线顶点时，天线的中心位置对应的就是该管线轴心的平面位置。

4.工程项目

4.1项目概况

大连市河口站~东软站区间位于河口站以西，起端位于黄浦路与旅顺南路的衔接点。隧道起讫里程为DK0+794.1～DK1+900，全长1105.9双线断面米。线路首先以大角度曲线从沿黄浦路方向转向旅顺南路方向，先是穿越一片待开发的拆迁区，接着在旁穿几栋民居建筑（距离较远），然后在穿越小平岛路后，穿越一座山岭。区间采用明暗挖结合法施工，起点DK0+794.065～DK1+152.424段采用明挖法施工，隧道结构为双跨矩形框架结构；DK1+152.424～DK1+900段总体采用暗挖法施工，其中穿越河口暗渠段采用上半断面明挖套拱，下半断面暗挖的明暗结合法施工。隧道为马蹄形断面结构，中间设中隔墙。

大连市河口站~东软站区间位于河口站以西，起端位于黄浦路与旅顺南路的衔接点。隧道起讫里程为DK0+794.1～DK1+900，全长1105.9双线断面米。线路首先以大角度曲线从沿黄浦路方向转向旅顺南路方向，先是穿越一片待开发的拆迁区，接着在旁穿几栋民居建筑（距离较远），然后在穿越小平岛路后，穿越一座山岭。区间采用明暗挖结合法施工，起点DK0+794.065～DK1+152.424段采用明挖法施工，隧道结构为双跨矩形框架结构；DK1+152.424～DK1+900段总体采用暗挖法施工，其中穿越河口暗渠段采用上半断面明挖套拱，下半断面暗挖的明暗结合法施工。隧道为马蹄形断面结构，中间设中隔墙。

为了解小平岛路地下煤气管线（φ300mm）具置，对此煤气管线进行了探测工作。

4.2管线探测

4.2.1探测设备

城市管线普查中, 管线埋深集中分布区约为0.8m～2.0m 之间，探测管径在100mm 以上。采用500MHz 天线, 虽分辨率有所提高, 但一般情况下对1.5m 深度以下的管线失去了探测能力；如果要提高探测深度, 采用250MHz天线, 探测深度可达到3m左右, 但对100mm以下管线就有可能漏测。本次探测地下煤气管线管径为φ300mm，雷达检测主机选用瑞典MALA公司生产的RAMAC/GPR探地雷达，综合考虑管线直径和探测深度，选用中心频率为250MHz和500MHz频率的屏蔽天线进行校核，RAMAC雷达主机和天线见图2~图4，数据传输采用光纤传输，数据存储及现场雷达图像显示采用IBM笔记本电脑及雷达专用数据采集软件RAMAC GroundVision 1.3.6。

图2RAMAC雷达主机

图3RAMAC雷达250MHz天线 图4RAMAC雷达500MHz天线

4.2.2测线布置

本次地下煤气管线探测仅对小平岛路地下煤气管线进行物探检测，根据现场情况，在路面布置四条测线，其中250MHz和500MHz频率的屏蔽天线各两条，见图5。

图5 测线布置图

4.2.3数据采集

1）将雷达主机与天线相连，将计算机与主机相连，打开主机和天线上的电源开关，当主机和天线上的指示灯开始闪烁时，打开软件；在菜单中输入文件名、路径、天线和触发方式；

2）根据探测深度和分辨率要求，选择地质雷达采集参数；

3）点击开始，开始采集数据，采集数据时尽量保证天线与被测地面紧贴，移动时保证速度平稳均匀，并记录可能产生电磁影响的物体及位置；

4）数据的采集结束，点击停止。

4.2.4结果分析

根据采集的信号用Groundvision软件处理：

1）DC Removal(去直流漂移),作用是去零漂；

2）Automatic gain control(自动增益控制),作用是对深部信号放大；

3）Subtract mean trace(抽取平均道),它的作用是水平滤波, 即去除直达波和其它水平的固有信号；

4）Band pass(带通滤波),它的作用是去除不需要的低频和高频成分；

5）Running average(滑动平均),它的作用是对图像做平滑。

4.3 探测结果

表1 煤气管线相对位置表

250MHZ天线雷达剖面图：500MHZ天线雷达剖面图：

图6测线1图7 测线2图8测线3 图9测线4

参考文献：

[1] 北京鑫衡运公司，瑞典探地雷达Ground Vision采集软件操作手册

地质雷达篇3

【关键词】地质雷达；断层破碎带；响应特征；低频

引言

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

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

1 地质雷达的基本原理

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

反射系数：

透射系数：

式中：ε1，ε2分别为上下层电磁波传播介质的介电常数。

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

2 不良地质现象在地质雷达上的响应特征

2.1 断层破碎带

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

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

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

另一种情况是信号低频，仅浅部有信号且波形较杂乱，深部信号微弱或基本没有。

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

图2-1 断层破碎带波形

2.2 富水带

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

图2-2 富水带频谱

2.3 节理裂隙密集带

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

2.4 围岩强风化带

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

3 讨论与分析

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

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

4 结论

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

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

参考文献：

[1]杨峰，彭苏萍.地质雷达探测原理与方法研究[M].北京：科学出版社，2010.

[2]李建军，王连成，钟鸣等.地质雷达用于公路隧道围岩级别预报划分探讨[J].山东大学学报（工学版），2009（S2）.

[3]姜汶泉，刘亚玲，汪林平.地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用[J].地下空间与工程学报，2008（4）.

地质雷达篇4

地质雷达技术是近年来发展得非常迅速的一项探测技术，以其高分辨率和高工作效率正逐渐成为地下隐蔽工程调查的一种有力工具。随着信号处理技术和电子技术的发展以及实践操作经验的丰富积累，地质雷达技术不断发展，地质雷达仪器不断更新，应用范围不断扩大，现已广泛应用于工程地质勘察、建筑结构调查、无破损检测、水文地质调查、生态环境等众多领域。

1地质雷达原理及特点

地质雷达(脚udprobing/pentratingradar，简称GPR)，是一种对地下的物体内不可见的目标体或界面进行定位的电磁技术。其工作原理是:高频电磁以宽带脉冲形式，通过发射天线被定向送入地下，经存在电性差异的地下地层或目标反射后返回地面，由接收天线所接收。高频电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性特征及几何形态而变化。故通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下界面或地质体的空间位置及结构。长久以来，对埋藏物体的探测是一项使人感兴趣的研究课题。至今没有任何一种单一方法能提供一个十分准确的答案。地质雷达技术作为一种迅速发展、且具有特殊吸引力的方法，主要是由于其具有高分辨率、无破损性和高效率的特点。体向后散射截面因数g，媒介的衰减系数a所决定。在均匀介质中，电磁波传播的波长入与衰减系数a为:（公式略）其中c为电磁波在自由空间的传播速度;ur为介质的相对磁导率;er为介质的相对介电常数;a为导电率;助为自由空间的波阻抗;W为能量衰减系数。磁导率的影响可忽略，则电磁波在介质中的传播仅由介电常数、导电率与波的频率决定，可由能量衰减系数W来表示:（公式略）

2地质雷达的技术参数

2.1地质雷达的探测距离地质雷达所能探测到目的体的深度称为地质雷达的探测距离。当一个雷达系统选定后，地质雷达波在介质中的传播距离R主要由电磁波波长入.目标电磁波的频率越高，它在介质中衰减越快，传播距离越短;当电磁波的频率一定时，介质的相对介电常数越大，电导率较大时，地质雷达波会很快衰减，传播距离短，地质雷达的探测深度浅。反之，介质的相对介电常数较小，导电率也较小，地质雷达波衰减慢，传播距离远，地质雷达探测的深度较深。

2.2地质雷达的分辨率分辨的定义是分辨最小异常体的能力。分辨率可分为垂直向分辨率与横向分辨率。垂直向分辨率是指雷达剖面上所能够区分一个以上反射界面的能力。理论上可把雷达天线主频率波长的1/8作为垂直分辨率的极限，但由于外界干扰等因素，一般把b二入/4作为垂直向分辨率的下限，当地层厚度b小于入/4时，复合反射波波形变化很小，其振幅正比于地层厚度，这时已无法从时间剖面上确定地层厚度。水平分辨率是指地质雷达在水平方向上所能分辨的最小异常体的尺寸，根据波的干涉原理，水平分辨率通常为:式中入为雷达子波的波长;h为异常体的埋藏深度。

3地质雷达技术在工程中的应用

3.1地质雷达技术在工程地质勘察中的应用在桥梁和隧道设计、施工时，详细了解地下水情况、岩面的起伏、破碎带的发育具有重要意义。传统的工程钻探方法费时、费力，同时采集的数据有限，不能全面了解某个地区的工程地质情况，特别是在地下水丰富、岩面起伏剧烈，破碎带又相对发育的地区，实践证明单纯依靠工程钻探往往会产生较大的偏差，显然不能满足工程设计和施工的要求。结合钻探，地质雷达能给出整个工区的剖面图，使我们能较全面的了解整个工区的工程地质情况。

3.2地质雷达技术在桥梁工程中的应用静压预制桩若施工不好，会造成桩身的倾斜，影响到桩的承载能力，施工后桩身倾斜性的检验，可以通过地质雷达进行，效果良好。地下连续墙损坏后，对其质量的评价也可用地质雷达进行检测。在存在流砂层的地区进行深层基础施工时如果施工质量不好，在施工过程中造成大量地下水渗流，带走大量粉砂，造成基坑旁侧产生地下空洞，从而使周围下沉，甚至导致基坑坍塌事故。在基坑开挖过程，除进行地面沉降和地下水位观测外，用地质雷达在基坑周边进行探测，可以及时发现地下空洞，消除隐患。大口径钻孔灌注桩作为桥墩基础越来越引起重视，由于钻孔灌注桩截面积越大，承受荷载越大，故对其质量要求严格。钻孔灌注桩在桥梁工程中的质量控制是从对采用的钢筋、水泥、骨料等原材料的质量控制到竣工后的质量验收全过程均形成了规范。在质量验收时往往采用反射波或机械阻抗法检测桩基完整性，但无法检测桩基钢筋笼的布置情况，钢筋属于低阻抗体，吸收系数大，反射强度亦大，波形粗黑，用低频探头可以探测出钢筋笼的布设情况和桩的长度。

3.3地质雷达技术在公路工程质量检测方面的应用近年来，我国高等级公路建设事业突飞猛进，原有钻探取芯或开挖抽样的公路质量检测方法不仅效率低，代表性差，而且对路面有损坏，为此极需发展一种快速、简便有效的无损检测技术。地质雷达可以满足这种要求。

3.3.1公路路面厚度检测路面厚度检测是公路检测的主要内容之一，高等级公路路面厚度0.2一0.3m，这就要求公路路面厚度检测有很高的分辨率，厚度检测误差小于0.01mo当介质厚度大于子波波长的l/4时，可以认为能被地质雷达分辨出。一般机场和公路路面为水泥混凝土或沥青混凝土，电磁波传播速度约为0.1-0.12m/ns，从而可以换算出用于检测0.Zm厚度以上路面精度<0.olm，地质雷达应使用gooMHz以上的中心探头。目前地质雷达已有2200MHz的探头，其天线的信号脉冲宽度为0.42ns，波长小于scm，分辨率为1.25cm，完全满足测试精度的要求。

3.3.2路基与路面病害的调查公路在修筑过程中已对路基进行处理，随着公路投人使用、路基经历压实或其它外来扰动的影响，使原来轻弱地基发生变化，承载力不足，使路基产生过量沉降，形成空洞、暗穴，有时局部还会产生滑坍等;面层在行车荷载的反复作用和自然风化因素的影响下，会逐渐出现损坏，形成路面沉陷、车辙、推移、开裂等;另外，由于公路结构层透水问题使局部积水，产生软弱体或软弱层等病害。公路病害形成的原因是多方面的，有本身质量原因，也有外界自然作用原因，同时路基病害与路面病害不是独立形成的，两者相互作用，相互影响，在公路病害调查中，查明“病因”十分重要。用钻芯取样法调查速度慢，仅能以点带面，取得的资料代表性差、不全面。用雷达可以非常迅速的探测出路面各层及路基情况，绘出整段路基、路面的剖面图，直观的反映出路基、路面的损坏程度、范围，以及是否有脱空、积水现象，为维修和养护提供资料。

3.4地质雷达技术在隧道检测中的应用在隧道建设中，所面临的质量问题如欠挖、超挖、衬砌厚度不足、衬砌后有空洞、积水等。传统检测方法大都采用破损检测，检测频率不够，同时会造成新的质量隐患，地质雷达可以提供一种高效、全方位、准确的无破损检测手段。用中频雷达探头可以定量地探测出隧道的衬砌厚度、钢筋网、钢拱架，以及衬砌后脱空、积水情况，为维护提供详细资料。

地质雷达篇5

随着国家铁路交通的不断发展，隧道的数量也在逐年增加，同时在运营过程中暴露出来的隧道病害也在连连告急。这就需要一种高效的能够对隧道衬砌质量进行全面快速的检测方法来适应这种发展，使隧道病害能够提前得到治理。地质雷达检测方法可以对隧道衬砌混凝土厚度、密实性、脱空等进行快速检测，它不仅克服了传统上以点盖面的只靠目测和打孔抽查来对隧道质量进行不全面检测，而且是一种采用高科技手段，以其高分辨率和高准确率、能快速、高效的进行无损检测的方法，在隧道检测中得到广泛的应用。

1.地质雷达原理

地质雷达是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式， 由地表通过发射天线向地层发射电磁波， 当电磁波在介质中传播时， 遇到具有电性、物性差异的介质（如空洞、分界面等） 时便会形成反射界面而发生反射， 电磁波反射回地面由接收天线接收， 根据电磁波的传播时间、波形特征可以确定地层中介质（目标体） 的空间位置、几何形态等。

电磁波的传播取决于物体的电性，物体的电性主要有电导率μ和介电常数ε，前者主要影响电磁波的穿透（探测）深度，在电导率适中的情况下，后者决定电磁波在该物体中的传播速度，因此，所谓电性介面也就是电磁波传播的速度介面。不同的地质体（物体）具有不同的电性，因此，在不同电性的地质体的分界面上，都会产生回波。

图1中T为发射天线，R为接收天线，电磁波在地下介质中遇到目标体和分界面时发生反射，信号返回地面由天线R接收并记录，通过主机的回放处理，就可以得到雷达记录的回波曲线（如图2所示）。

当地下介质中的波速v（m/ns）为已知时 可根据精确测得的走时t（单位为ns ），可求出反射物的深度（m）。

式中：v为地下介质中的电磁波速； 为介质的相对介电常数；c为光速3*108m/s。

2.数据处理和解释

探测的雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录，以波形或灰度显示探测雷达剖面图。地质雷达探测资料的解释包括两部分内容，一为数据处理，二为图象解释。由于地下介质相当于一个复杂的滤波器，介质对波的不同程度的吸收以及介质的不均匀性质，使得脉冲到达接收天线时，波幅减小，波形变得与原始发射波形有较大的差异。另外，不同程度的各种随机噪声和干扰，也影响实测数据。因此，必须对接收信号实施适当的处理，以改善资料的信噪比，为进一步解释提供清晰可变的图像。对于异常的识别应结合已知到未知，从而为识别现场探测中遇到的有限目的体引起的异常，以及对各类图像进行解释提供了依据。

图像处理包括消除随机噪声压制干扰，改善背景；进行自动时变增益或控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波，进行滤波处理除去高频，突出目的体，降低背景噪声和余振影响。

图像解释是识别异常，这是一个经验积累的过程，一方面基于地质雷达图像的正演结果，另一方面由于工程实践成果获得。只有获得高质量的地质雷达图像并能正确的判别异常才能获得可靠、准确的地质解释结果。

识别干扰波及目标体的地质雷达图象特征是进行地质雷达图像解释的核心内容。地质雷达在地质和地表条件理想的情况下，可得清晰、易于解释的雷达记录，但在条件不好的情况下，地质雷达在接收有效信号的同时，也不可避免地接收到各种干扰信号。产生干扰信号的的原因很多，隧道常见的干扰有电缆、衬砌表面金属物体、天线耦合不好，地下异常的多次波等，干扰波一般都有特殊形状，易于辨别和确认。

3.介质参数计算

为了准确得到衬砌介质的介电常数和电磁波速，需要在地质雷达检测的测线上，用钻机在混凝土上钻透衬砌混凝土，然后再用尺子测出混凝土衬砌的实际厚度（d），从地质雷达图像上读出钻取位置处衬砌混凝土反射层面的双层走时，再根据以下计算公式计算出衬砌实际的介电常数和电磁波速。

1）介电常数计算公式： （3）

2）电磁波速计算公式： （4）

：相对介电常数； ：电磁波速度（m/s）； ：双程旅行时间（ns）； ：标定目标体厚度或距离（m）

4.应用检测实例

质量良好的衬砌混凝土密实、分布均匀、无脱空，除衬砌与围岩之间存在介电常数差异外， 其它介质介电常数变化较小，反射面不明显。雷达探测图上波形平缓、规则、无杂乱反射。

RAMAC地质雷达在衬砌无损检测中得到了广泛的应用，天线频率拱顶采用800M，采样时窗32ns，采样点400，叠加次数8。天线紧贴检测部位表面，采用距离模式连续扫描。在隧道边墙以5米间隔设置里程标记，实测中采用测距轮与打标的方式进行剖面里程定位。以下分析了衬砌各种质量缺陷雷达剖面图。

（1）衬砌厚度检测

根据地质雷达剖面显示，本段10米拱顶的衬砌厚度：最厚70厘米，最薄30厘米， 部分地段衬砌厚度不足。

（2）衬砌内部空洞

如果混凝土内部出现空洞，空洞内充满空气，介电常数发生较大变化，在雷达剖面图上会呈现明显的连续双曲线状（如图4）。在距测量原点5米的里程上，深度是20厘米，有一衬砌内部的空洞存在。

（3）衬砌内部不密实

衬砌混凝土内部若不密实，呈松散状态，含水量相对偏大，此区域相对介电常数与周围介质相差较大。由于混凝土疏松、孔隙率大、含水量不均匀， 故电磁波反射面多而乱。在雷达探测图上表现为反射波较多、不连续且反射能量强弱变化较大，图形较为杂乱（如图5所示）。在距测量原点5.4-7米的里程上，深度范围分别是15-85厘米的衬砌内部存在不密实现象。

（4）衬砌内部有异物

在距测量原点1.7-3.4米的里程上衬砌内部有异物。

（5）衬砌脱空

红筐内显示出压浆后仍然有脱空现象，其中在距离测量原点1.4～3.0m和7～8m范围脱空较为严重。

地质雷达篇6

[关键词]地质雷达；岩溶勘察；

[中文分类号] [文献标识码][文章编号]

1 引岩

在水利水电工程建设中，岩溶地质灾害对工程影响较大，快速而准确地查明岩溶性质及空间发育形态成了水电勘察的必要环节。岩溶地质问题对施工威胁最大的为半充填或全充填溶洞，其充填物为砂质黏土、水或空气，与围岩的地球物理性质差异较大，具备了良好的地球物理前提条件。

地质雷达是利用物性差异来解决地质问题的一种勘察方法。近年来其应用范围越来越广，技术越来越成熟。该方法具有快速、无损、简便、经济的特点，具有很高的分辨率，探测成果可靠，能够为水电设计施工提供科学依据。

2 数据采集和处理

现场采用美国劳雷公司生产的地质雷达，选用中心频率100MHZ屏蔽天线进行采集，首先在硬件上压制部分干扰信号，改善采集质量。屏蔽类型的天线意味着能量只沿一个方向发射，除了从接受天线的底部方向接受信号外，对其他各个方向的辐射都不敏感。

在正式开始雷达探测前，选择地下已知体做发射实验剖面，以便选取最佳采集参数。

采样频率由尼奎斯特采样定律控制，工作中一般选取天线中心频率的6～10倍，是影响垂直分辨率的主要参数，可由采样间隔时间来调试。

时间窗口的设定跟目标层深度有关。

地质雷达技术在岩溶勘察中的成

果应用除了高质量的原始采集数据外，还有一项必不可少的环节―数据处理。在现场数据采集的过程中，或多或少会受到环境干扰，资料解释工作带来麻烦。为了实现压制干扰，资料解释工作带来麻烦。为了实现压制干扰、突出异常的最终目的，除了前面提到的选用屏蔽天线进行硬件压制外，还要经过一系列处理。

在整个处理过程中，为了地质异常体准确定性，需要灵活应用分析处理技术，如速度拾取，提取瞬时振幅、相位、频率、频谱分析等。

对异常形态准确定量的关键是正确的时―深转换，即准确的电磁波速度。速度的求取方法如下：1.利用地层参数计算；2.由已知深度的目标标定；3.有双曲线拟合；4.用宽角法确定；5.利用反射系数确定。在工程实践中，主要用第2、3种相结合的方法综合判定速度。其中双曲线拟合能较好的计算出异常体覆盖层的速度，在暂时无法准确获取已知目标时，常采样双曲线拟合的方法初步判定介质速度。

3 成果解释

工区地表为灰岩，介质均匀，电导性差，应用地质雷达具有良好的地球物理前提条件。在完整灰岩中，电磁波的传播呈弱反射、弱衰减、反射同向轴一致性好的特征，其频谱特征表现为振幅能量主要集中在一个频率上且其值较固定。在岩溶区域，电磁波的传播在雷达剖面上呈现强反射，强衰减，多次震荡，反射同向轴发生绕射、错断等复杂特征，振幅能量集中在2个或多个频率上，且由于岩溶性质的不一样其频率会发生变化。从这些复杂的雷达屏剖面中提取岩溶地质，就需要根据雷达信号的振幅、频率、相位、速度等参数分析，并结合现场揭露的地质情况进行解释。下面分述几种不同岩溶类型的情况。

3.1 空溶洞

空洞内一般存在空气或在洞壁上附有少量泥水混合物，相对介电常数为1，而完整灰岩的相对介电常数为7～16，两者之间存在着较明显的物性差异，电磁波遇到这两种介质的界面会产生反射。球状异常的反射信号在雷达图像上能产生双曲线绕射特征，频谱特征反映能量主要几种在几个频率上。

3.2 含泥夹层

泥质物的相对介电常数为9～23，而完整灰岩的相对介电常数为7～16，两者之间存在着一定的物性差异，当这种差异较明显时，电磁波遇到这两种介质的界面会产生反射，异常在雷达剖面图像上呈现反射同向轴连续、主频下降的特征，在部分空隙处还发生绕射，但比球状异常幅度要小的多；频谱特征反映能量主要几种在几个频率上。

3.3 溶蚀破碎带

溶蚀破碎带一般伴随着空气、泥水混合物，与完整灰岩存在明显的相对介电常数差异。溶蚀破碎带在雷达剖面上表现为多层反射同向轴，受带状界面影响，同向轴起伏较大，强振幅，反射同向轴局部错动，并在部分溶蚀处发生多次绕射，但比球状异常幅度要小的多，频谱特征反映能量主要几种在几个频率上，频率较高。

地质雷达篇7

Abstract： The cavity is often seen in tunnel inspecting. the thesis is focus on basic shape of cavity in tunnel lining. On the basis of ground penetrating radar （GPR） theory， triangle， rectangle and circular cavity 2-dimension models were builded. The typical cavities were done 2D-forward simulation by the finite difference time domain method. Circular cavity right triangle and rectangular cavities were made. We detected the right triangle， rectangular and circular cavity which was installed sequence at the same position in a same sand launder by GPR. Numeric and physical simulation results show： GPR could detect triangle， rectangular and circular cavities.

关键词：探地雷达；空洞；形状；隧道检测

Key words： ground penetrating radar；cavity；shape；tunnel inspecting

中图分类号：P63 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）02-0208-03

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。

地质雷达篇8

关键词：地质雷达 人工填土土石方量

中图分类号：F407.1文献标识码：A 文章编号：

1、引言

上世纪五十年代以来, 世界各国广泛使用天然地震面波来研究地球内部结构, 发现不同构造环境的地壳上地慢结构有很大差异, 获得了其分层厚度和横波速度。世纪年代初, 日本的株式会社推出了一佐藤式全自动地下勘探机，使面波技术在浅层勘察工作中得以应用。经过多年的发展，面波勘探技术已经广泛应用于工程地质勘察、无损检测和浅层煤炭勘探。在各类能源和工程勘察设计通常需要快速取得覆盖层厚度和地质分层等参数，传统的方法有钻探和静力触探等。钻探方法设备重、施工慢、费用高而且对环境破坏戈。静力触探方法虽然快速，但是设备仍不是很轻便,而且仅能在软土中应用,遇见孤石或卵石就无法推进。面波勘察技术具有经济、快速、高效和对环境无破坏等优点，非常适合用于土石方调查工作。本文结合具体工程实例就该技术进行介绍。

2、基本原理和方法

面波分为瑞雷波和拉夫波，而瑞雷波在振动波组中能量最强、振幅最大、频率最低，容易识别也易于测量，所以面波勘察一般是指瑞雷波勘探。瑞雷面波是指在弹性分界面处由于波的干涉而产生，并且沿界面传播，波动现象集中在界面附近的一种弹性波，其具有以下几种主要特性：

①在均匀介质条件下，瑞雷面波的传播速度VR与其振动频率f（即与面波的波长λR）无关，即面波在均匀介质中传播没有频散性。与此相对应，在不均匀介质中，面波的传播速度VR是频率f的函数，即面波在非均匀介质中具有频散特性。在均匀介质中无频散性和不均匀介质中具频散特性是面波勘探的物理基础。

②在多层介质中，瑞雷面波具有明显的频散特性。面波沿地面表层传播，影响表层的深度约为一个波长，因此同一波长面波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变化情况，不同波长的面波的传播特性反映着不同深度的地质情况。

③瑞雷面波的水平和垂直振幅从弹性介质的表面向内部呈指数减小，大部分能量集中在一个波长的深度范围内，即认为面波的穿透深度约为一个波长。

④瑞雷面波波速近似等于横波波速，并具有相关性，因此面波波速与介质的物理力学性质密切相关。瑞利波速和横波波速的关系为：

（为泊松比）

当从0.25至0.5时，Vr/Vs从0.92至0.95。由此可将瑞雷波波速换算成横波波速。

瑞雷面波的野外采集，是在地面上沿波的传播方向，以一定的道间距设置N+1个检波器，就可以检测到面波在长度范围内的传播过程（见图1）。

设面波的频率为f，相邻检波器记录的面波的时间差为（或相位差为），则相邻道长度内面波的传播速度为：

或

测量范围内平均波速为：

或

在同一地段测量出一系列频率对应的Vr值，就可以得到一条Vr~f曲线，即所谓的频散曲线，频散曲线的变化规律与地下地质条件存在着内在联系，通过对频散曲线进行反演解释，可得到地下某一深度范围内的面波传播速度Vr值，Vr值的大小与介质的物理特性有关，据此可对岩土的物理性质做出评价。

3、解释方法

瞬态瑞雷面波法是通过人工震源激发，产生一定频率范围的瑞雷面波（图2-1），再通过振幅谱分析和相位谱分析，把记录中不同频率的频散曲线面波分离出来，然后分别对各频率谐波进行互相关运算，计算出各频率谐波的传播速度，从而得到一条称为“频散曲线”的Vr～f曲线，然后根据Vr～f曲线的结果进行反演计算，求取各岩土层的厚度及瑞雷面波速度，整个处理流程如下：

1）对原始资料进行整理，检查核对，编录；

2）计算各频率条件下瑞雷面波的传播速度：

3）确定瑞雷面波时间～空间窗口；

4）在频率～波数域内提取瑞雷面波；

5）进行频散分析并形成频散曲线图（图2-2）；

6）根据频散曲线的变化，对层数和各层速度的变化范围做出定性解释；

7）进行定量解释，确定各层的厚度，计算各层的瑞雷面波层速；

图 2瑞雷面波测试频散曲线图

4、应用实例

4.1工程概况

拟建场地位于深圳市福永镇，原始地貌为海陆交互冲积平原。本次勘察采用瑞雷面波物探勘察手段，通过物探的方法测定反压护道及施工围堤人工填土层厚度，计算人工填土土石方量。

4.2野外地球物理条件

为做好物探工作，应对施测对象的性质、特征了解清楚，以采取合适的方法、参数。同时在解释时采取合适的方法，以提高解释精度。

经了解场区从上至下可分为人工填土石层、淤泥（包括淤泥质土、砂）、残积粘土层，其岩土特性和地球物理特性简单分析如下：

人工填土层：为人工抛填土、石，主要为块石、粘土、砂组成，块石成份占大部分，级配差，孔隙大，大部分地段未进行碾压震动，只有部分地段经车辆走动而有一定压实，因此分析认为其视电阻率根据其含水量不同在50~500Ω·m，填土层块石成份多，孔隙度小的地段相对较高，以土、砂为主或孔隙度大的地段相对较低。其面波波速约为150~400m/s，和其成份和压实度关系大，据了解本层填土层厚度在3~7m间。

淤泥层：为水塘或海底淤泥，含大量腐植质，呈软塑至流塑状，饱和，孔隙大，视电阻率一般

粘土层：位于淤泥层下部，粘土呈可塑至硬塑状，湿，视电阻率一般50~300Ω·m，瑞雷面波速度约为150~300m/s。残积粘土层一般埋深为10m以上。

下部为基岩岩层，由于土层厚度大，基岩埋深较深，本次勘测未涉及基岩层。

以上几层由于成因不同，在层序上有明显分层，对瑞雷波而言有明显波速（波阻抗）差异，在波形上有一定的拐点出现，因此适用瑞雷面波法进行勘察。

4.3测点布设

本次勘察延路基中线，纵向上每20米布置一个面波测点，两端有用仪器测设控制桩控制，控制桩用皮尺量测定测试点。

面波主要的野外采集参数如下：12道检波器，偏移距5m，道间距1m，采样间隔0.5m采样长度256ms，每20m采集一个点。

4.4数据分析结果

经面波物探勘察，根据野外地球物理条件中的岩土划分原则，对各物探勘察断面进行了岩土划分。断面图中路面高程、路面宽度均为实地量测。

图3 物探解释断面图

4.5填土方量计算原则

根据本次勘探及现场已开挖部分的资料，本项目土石方计算遵循以下原则：

土石方计算公式：

其中：

H ——勘测断面间距；

Si——前一断面填土层断面积（单位m2）；

Si+1——后一断面填土层断面积（单位m2）

5.结语

本工程实例采用瑞雷面波法的物探勘察手段来进行道路及施工围堤人工填土方量调查，根据物探解释结果经过计算得出土石方量，结果准确。

地质雷达篇9

关键词：地质雷达；铁路隧道；衬砌；质量检测

中图分类号：U459文献标识码： A

一、前言

在铁路隧道衬砌质量检测工作中，如果没有做好相关的质量检测工作，铁路隧道的施工就容易出现各种问题，所以，采用地质雷达来检测铁路隧道衬砌质量非常有必要。

二、地质雷达的工作原理

地质雷达（英文简称为GPR）的工作原理是利用一定频率的电磁波，对物体内部电性分布进行检测，其电磁波的频率一般使用1000000到1000000000Hz之间。这种频率相对较高的电磁波通常是以脉冲的形式，并借助发射天线从物体的表面进入其内部。当电磁波进入物体内部之后，其传播的路径以及电磁波的形状会随着物体电学性质以及几何形状的不同而发生相应的变化，在通过地下的反射界面将电磁波射回到地面，通过接收装置接收之后，对电磁波信号进行分析和处理，实现对地下物体的相关检测。

适用地质雷达进行检测的物体一般是具有多面结构的物体。比如岩层、地层当中的松散层等，而在隧道工程中的隧道围岩、衬砌等也具有多面结构。当雷达发射出的电磁波向被检测物体进行传播的时候，该电磁波通常被称作下行波；当电磁波经过反射界面作用向地表方向传播的时候，该电磁波被称作上行波。当下行波通过表面在物体内部进行传播的过程中，每当遇到一个界面，电磁波就会发生折射与反射，其能量也随之分成两个方面，发生折射的电磁波将携带一部分能量继续传播，发生反射的电磁波将携带另外一部分能量向地表方向传播，这时下行波也将转化成为上行波。通过折射继续传播的电磁波每当遇到一个界面，就会再次发生折射与反射现象，因此下行波所携带的能量将会逐步减少。同样，当第一次发生反射的电磁波向地表方向运动的时候，也将发生折射以及反射作用，其能量也会随之减小。所以说，在物体内部折射与反射是多次进行的而且是相对独立的两种现象，电磁波的能量也将随着折射、反射次数的增多而逐渐减小。当物体内部电学性质或者导电程度的差异越大，电磁波的反射能量将会随之增强，所反馈的信息也将更加丰富，根据这些信息便能对地质信息以及物体的相关信息进行准确的分析。

三、地质雷达检测步骤

地质雷达系统在隧道衬砌质量检测中，如果被检测对象所处深度超出雷达系统检测的距离，则不能用地质雷达进行有效的检测。其次，检测对象的几何形态，包括高度、长度、宽度等也可以影响检测的效果。另外天线的选择根据现场检测的经验，天线中心频率一般选择400MHz～1000MHz，它关系到天线中心频率的选择。再者，被检测对象的导电率和介电常数等也需掌握，因为这将影响到对能量反射或散射的识别。此外，在检测区域不应存在大范围的金属构件和无线电射频源，以免外界的干扰。在岩石介质中检测时，围岩的不均匀性应限制在一定范围之内，以免检测对象的响应淹没在围岩性态变化之中而无法识别。

四、地质雷达检测的参数选择

1、天线频率的选择

频率高的天线发射雷达波主频高、精度较高、分辨率高、探测深度较浅、能量衰减较快;频率低的天线发射雷达波主频低、精度相对较低、分辨率低、探测的深度较深、能量衰减较慢。因此，选用天线时,应当根据隧道混凝土厚度及检测要求确定天线的频率。

2、雷达波速的标定

雷达波速是计算衬砌厚度的重要参数。因施工及用料情况不同,混凝土衬砌及喷射混凝土中雷达的波速有一定的变化范围,为了保证测量的精度,对现场的雷达波速进行标定是必要的。最方便的方法是在衬砌侧壁的已知厚度内钻入钢筋。

3、测线布置及里程标记

为了全面检测隧道衬砌的质量,在沿隧道轴线方向上(以行车方向为正向)分别在左右边墙、左右拱腰及拱顶的位置布置5条测线。同时为了保证时间剖面上各测点的位置与实际检测里程的位置相对应,在隧道边墙上用红油漆每5m作一个标记,标注里程以供核对。由于雷达天线沿隧道纵向进行检测时其测线不可能是完全直线,即使采用里程轮,也应对记录的里程与实际里程进行核对。

4、信号处理

天线在接收过程中为了得到更多的反射波特征,通常用宽频带进行记录,因此在记录各种有效波的同时,也不可避免地记录了各种干扰波声,使得记录图形不能清晰反映目标体。此外,由于地下介质相当于一个复杂的滤波器,使得电磁脉冲到达天线时,波幅被减小,波形与原始反射波有差异。因此必须对接收的雷达信号进行适当处理,以改善数据质量,为下一步的解释提供清晰的图像。以RAMAC地质雷达为例,波形信号的处理需要以下步骤:

①去直流漂移。去除采集的各道振幅上经常有的一个常数偏移。

②时间―增益滤波。用随时间变化的增益来补偿由于扩散和衰减的振幅损失,作用是对深部信号放大。

③平均滤波。用选定窗口的所有样点的平均值代替图像中的每一点,使图像变得更光滑。该窗口越大,平滑效果越明显。

④抽取平均道。通过从所有道中抽取计算的平均道去除水平或近似水平的图像。

⑤带通滤波。用于从各道中去掉不需要的频率,将低于低切频率和高于高切频率的频率去掉。可以选用FIR(有限冲激响应)滤波或IIR(无限冲激响应)滤波方式。

⑥背景去除滤波。通过应用水平空间高通滤波去除水平或近似水平的图像,滤波效果与抽取平均道滤波近似。三种设置即正常、较强和最强对应的归一化切除滤波(频率除以采样频率)分别为0.01,0.025和0.05。

⑦自动增益控制。在指定的滑动窗口内,通过等效平均振幅对各道进行增益。窗口越小,增益后的数据越均匀。

五、地质雷达检测方法

1、本文以莞惠城际轨道交通项目GZH-13标隧道衬砌检测为例，对隧道地质雷达检测方法加以说明。检测之前将现场障碍物清理干净，为检测作业腾出空间，本隧道检测应用900MH的天线将雷达天线紧贴与衬砌表面。通过高空作业车将操作人员抬升到拱顶、左拱腰、右拱腰的位置使得操作人员能够将天线靠近衬砌表面。高空作业车以2～4km/h的速度前进即可，左右边墙的检测操作人员站到底面即可。在隧道衬砌检测段落内从左右边墙间隔两米取芯。在初期支护完成之后沿中线间隔2m用断面仪测一个断面，在检测衬砌时在测初期支护的同一个桩号处每间隔2m测段面将所测结果和初期支护时所测结果比较得出拱顶、左拱腰、右拱腰处的衬砌厚度。

2、左、右边墙衬砌厚度雷达检测与钻孔取芯值比较

由于混凝土衬砌和围岩的介电常数存在一定差异，因此当电磁波在不同介质中传播时电磁波反射信号的强弱是不同。衬砌底面较易识别，从雷达处理后数据中得到衬砌的厚度。统计隧道检测段每间隔2m处取一个所测厚度值，雷达检测衬砌厚度与钻孔取芯值。

3、用断面仪检验雷达检测结果

在检测初支时去的桩号和测衬砌时所去桩号为同一个点，每次所测断面都将其桩号转化到设计桩号。这样计算衬砌厚度时，不用再换算。测断面是将断面仪设置成每个断面取50个点，以便在和雷达所检测衬砌结果时能更好选取实测值比较。由检测结果可以得出，雷达检测衬砌快捷方便结果与断面仪所测结果比较接近。地质雷达能准确地检测隧道衬砌厚度，衬砌的缺陷部位。

六、结束语

综上所述，地质雷达在铁路隧道衬砌质量检测中具有很好的运用效果，所以，在今后的铁路隧道衬砌质量检测过程中，一定要明确质量检测的方法和流程，提高质量检测的效果。

【参考文献】

[1]李大心：探地雷达方法及应用[M].北京:地质出版社，2012.13

地质雷达篇10

关键词: 岩溶区隧道，不良地质，地质雷达，钻探

中图分类号： U45 文献标识码： A

岩溶隧址区内不良地质发育情况错综复杂，常会出现塌方、落石、涌水等事故，严重影响到隧道的施工质量及其安全，会造成重大的人身伤亡及经济损失。因此，岩溶区隧道不良地质体的存在直接关系到隧道的安全施工，隧道施工前进行超前地质预报是一项必不可少的工作。

当前，针对隧道不良地质体的超前地质预报，根据预报距离的不同包括长距离和短距离两种形式。长距离超前地质预报主要利用隧道地震波(TSP)探测法，短距离超前地质预报主要利用地质雷达(GPR)探测法。TSP超前地质预报法的优点：①距离长(可达100～150 m)；②不占用隧道正常工作面；③对施工产生的影响小。地质雷达超前地质预报法的优点：①重复探测所得成果图像形似程度高；②预报结果较准确，不易受外界影响；③在较小范围(20~30m)内，对溶洞、破碎断层、暗河等异常地质体反应敏感，以弥补TSP对小溶洞等探测不到位的不足[1-3]。

本文依托岩溶区某岩溶隧道，利用地质雷达等物探手段对岩溶区隧道的不良地质体进行了探测，并结合短距离钻探和现场开挖情况进行了对比分析。地质雷达辅以钻探手段可较为精确预报岩溶区隧道的不良地质，其预报手段可供类似工程借鉴。

1 岩溶区某隧道隧址区地层岩性

岩溶区某隧道区基岩露头均为沉积岩地层，隧道区内断裂构造发育，最大埋深为480～520 m，隧道双线，长度约为3.8 km。地貌上沿断裂带普遍见由地堑所形成的负地形，断裂沿线断层陡崖和断层三角面发育，断层显示上盘下降的正断层，断面倾向东，或北东。隧道地层为上白垩系罗镜滩组石灰质砾岩，地表岩溶发育，分布大量的岩溶洼地，落水洞，漏斗，大气降水直接通过落水洞，漏斗灌入地下，并通过地下河排向深切河谷，且发育有漏水洞，为典型的强岩溶隧道，施工风险极大。隧道开挖过程中可能出现突水突泥等工程事故，有必要进行隧道超前地质预报工作，以保障隧道施工安全。根据地质调绘及钻孔资料可知，隧址区揭示出白垩系红花套组泥质粉砂岩、块状砾岩；白垩系罗镜滩组块状砾岩、泥岩及泥质粉砂岩；三叠系嘉陵江组中厚层白云质灰岩及大冶组薄层灰岩。

2 探地雷达超前地质预报

探地雷达是利用频率介于106～109Hz的无线电波来确定地下介质的一种地球物理探测仪器。随着微电子技术和信号处理技术的不断发展，探地雷达技术被广泛应用于工程地质勘察、建筑结构调查、公路工程质量检测、地下管线探测等众多领域。探地雷达的基本原理如图1所示。发射天线将高频短脉冲电磁波定向送入地下，电磁波在传播过程中遇到存在电性差异的地层或目标体就会发生反射和透射，接收天线收到反射波信号并将其数字化，然后由计算机以反射波波形的形式记录下来。对所采集的资料进行相应的处理后，可根据反射波的传播时间、幅度和波形，判断地下目标体的空间位置、结构及其分布。探地雷达是在对反射波形特性分析的基础上来判断地下目标体的，所以其探测效果主要取决于地下目标体与周围介质的电性差异、电磁波的衰减程度、目标体的埋深以及外部干扰的强弱等。其中，目标体与介质间的电性差异越大，二者的接口就越清晰，表现在雷达剖面图上就是同相轴不连续[4, 5]。目标体与周围介质之间的电性差异是探地雷达探测的基本条件。

图1 探地雷达基本原理图

为查明岩溶区该隧道进口左洞ZK 63+792掌子面前方围岩的不良地质体缺陷，特对ZK 63+792掌子面，隧道底板及边墙开展了短距离超前预报地质雷达探测工作。本次探地雷达采用天线频率为100MHz，采集样本点为512。处理后掌子面地质雷达探测结果如图3所示。

图2 掌子面地质雷达探测结果

由图2可知，本次掌子面地质雷达探测距离为20 m，探测范围为尚家湾隧道进口左洞ZK 63+792～ZK 63+812。探测范围内掌子面前方ZK 63+792～ZK 63+807段左侧约4 ~5 m范围出现抛物线型区域，且同相轴不连续，推测该段节理裂隙发育，充填物丰富，泥质夹杂，局部范围内含裂隙水。探测范围内其余部分围岩含水量较高。

图3 隧道底板雷达探测结果

对距离掌子面2 m处进行了隧道底板探测，探测深度约为10 m。隧道底板探测结果(见图3)表明：距隧道底板表面6~8 m处右侧雷达信号出现异常，信号衰减较快，推测岩体含水量较高，裂隙水发育。

图4 隧道左边墙雷达探测结果

对隧道右边墙ZK 63+786～ZK 63+791进行了地质雷达探测，探测结果显示ZK 63+786～ZK 63+791段边墙后2~4 m处雷达信号波形紊乱，有明显的交界面，推测该段边墙后2~4 m处含水量较高，可能发育裂隙水。

3 现场钻探

为对地质雷达物探结果进行验证，特对对岩溶区该隧道进口左洞ZK 63+792掌子面开展了一次短距离超前钻探探测工作。钻孔内现场涌水情况和隧道开挖后揭露的掌子面围岩情况见图5。

(a) 掌子面中部钻孔涌水

(b) 边墙钻孔涌水

(c) 隧道底板钻孔涌水

(d) 隧道内涌水涌泥情况

图5 钻孔内现场涌水情况

由图5可知，岩溶区该隧道进口左洞掌子面开挖后为褐红色粘质土夹杂大块中风化和强风化砾岩，节理裂隙发育，粘质土含水量较大，遇水易软化。掌子面钻孔和隧道边墙钻孔内出现小股涌水，涌水较为清澈，推测为小股裂隙水。开挖和钻探结果很好地验证了此次地质雷达探测手段预测隧道不良地质缺陷体的准确性。

3结论

本文依托岩溶区某岩溶隧道，利用地质雷达等物探手段对岩溶区隧道的不良地质体进行了探测，并结合短距离钻探和现场开挖情况进行了对比分析。地质雷达辅以钻探手段可较为精确预报岩溶区隧道的不良地质，其预报手段可供类似工程借鉴。

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