地质雷达论文:地质雷达在水利工程质量检测中的应用

摘要：简述地质雷达的基本原理，介绍了地质雷达在水利工程质量检测中的应用实例。

关键词：地球物理 地质雷达 水利工程 质量 应用

1 前言

地质雷达作为近十余年来发展起来的地球物理高新技术方法，以其分辨率高、定位、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点，备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域，取得了显著的探测效果和社会经济效益，并在工程实践中不断完善和提高，必将在工程探测领域发挥着愈来愈重要的作用。而地质雷达技术用于堤防隐患的探测尚属初步阶段，通过广大物探技术人员的共同努力，达到了解和掌握不同隐患类型在雷达图像上的反映特征，在不断总结探测经验的基础上，提高异常的判断能力和精度，较确切地推定堤防工程隐患的性质和位置，以便指导有关管理单位加强堤防工程重点部位的维护和防范，提高和巩固堤防工程的运行周期和防洪能力。本文以永定河堤防工程护砌质量检测为实例，说明地质雷达技术在堤防工程探测中的应用情况，以此与同行进行切磋，推动堤防工程探测技术的发展，不妥之处，敬请批评指正。

2 基本原理

地质雷达与探空雷达相似，利用高频电磁波(主频为数十数百乃至数千兆赫)以宽频带短脉冲的形式，由地面通过发射天线(T)向地下发射，当它遇到地下地质体或介质分界面时发生反射，并返回地面，被放置在地表的接收天线(R)接收，并由主机记录下来，形成雷达剖面图。由于电磁波在介质中传播时，其路径、电磁波场强度以及波形将随所通过介质的电磁特性及其几何形态而发生变化。因此，根据接收到的电磁波特征，既波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度、频率和波形等，通过雷达图像的处理和分析，可确定地下界面或目标体的空间位置或结构特征。

雷达波(电磁波)在界面上的反射和透射遵循Snell定律。实际观测时，由于发射天线与接收天线的距离很近，所以其电磁场方向通常垂直于入射平面，并近似看作法向入射，反射脉冲信号的强度，与界面的反射系数和穿透介质的衰减系数有关，主要取决于周围介质与反射目的体的电导率和介电常数，对于以位移电流为主的介质，既大多数岩石介质属非磁性、非导电介质，常常满足σ/ωε<<1，于是衰减系数(β)的近似值为：

既衰减系数与电导率(σ)及磁导率(μ)的平方根成正比，与介电常数(ε)的平方根成反比。

而界面的反射系数为：

式中Z为波阻抗，其表达式为：

显然，电磁波在地层中的波阻抗值取决于地层特性参数和电磁波的频率。由此可见，电磁波的频率(ω=2πf)越高，波阻抗越大。

对于雷达波常用频率范围(25～1000MHz)，一般认为σ<<ωε,因而反射系数r可简写成:

上式表明反射系数r主要取决于上下层介电常数差异。

应用雷达记录的双程反射时间可以求得目的层的深度H：

式中:t为目的层雷达波的反射时间；c为雷达波在真空中的传播速度(0.3m/ns)；εr为目的层以上介质相对介电常数均值。

3 工程概况

北京市界内永定河左、右堤防于清朝乾隆年间修筑，后经数次维修和加固形成现有规模，主体为梯形，顶宽约10m，可见堤高约5～6m，堤内坡坡度为1:1.5～1:2.0，外坡相对较缓为1: 2.0～1: 2.5。

堤身为人工堆积，主要由粉细砂(中下游段)、卵砾石(上游段)组成。介质构成复杂多变，分布不均，且处于包气带中，极为干燥。

堤基为第四系全新统地层，岩性以粉细砂为主，下游段出现黑色淤泥质粘土夹层，层厚约0.7～2.0m。

地下水位埋深(自地表计)：卢沟桥附近约20.0m，至下游逐渐变浅，达省/市界附近(石佛寺)一带约2.0m。

永定河卢沟桥下游至省/市界左、右堤防共划定险工段12处23段，分布在左堤约60Km和右堤约30Km范围内，其险工段内坡为浆砌石(厚约40cm——原设计标准)结合铅丝石笼构成的护砌，并于1964～1989年间营建，浆砌石护坡除可见堤身部分露出外，其余部分与铅丝石笼水平护底均埋于河滩滩地以下，一般为3.0～5.0m，外铺8.0m的铅丝石笼护底。这些险工段在历史上均有决口或抢险加固的记载。为满足北京市对永定河防洪设计的需要，保障该堤防渡汛万无一失，故进行地球物理勘探工作，以检测堤防工程的护砌质量，便于99年6月份之前进行加固处理。

4 测试技术及资料处理

为判断险工段堤内坡护险浆砌石质量的优劣，沿内坡坡脚布置一条雷达探测剖面，并按其走向连续测试。

外业施测使用瑞典MALA地质仪器有限公司生产的RAMAC/GPR地质雷达系统，天线的中心频率为250MHz，收发天线的间距为0.6m。实测采用剖面法，且收发天线方向与测线方向平行。记录点距为0.2m，采样频率为3893MHz，单一记录迹线的采样点数为512，迭加次数为16，记录时窗为180ns，若取堤身土体的雷达波速为0.08～0.10m/ns，表层浆砌石的雷达波速为0.10～0.12m/ns，综合考虑该地层剖面特征，选取雷达波速中值为0.10m/ns，则此时该雷达系统的最小纵向分辨率为8～10cm。

雷达资料的数据处理与地震反射法勘探数据处理基本相同，主要有：①滤波及时频变换处理；②自动时变增益或控制增益处理；③多次重复测量平均处理；④速度分析及雷达合成处理等，旨在优化数据资料，突出目的体、较大限度地减少外界干扰，为进一步解释提供清晰可辨的图像。处理后的雷达剖面图和地震反射的时间剖面图相似，可依据该图进行地质解释。

5 成果分析

地质雷达资料的地质解释是地质雷达探测的目的。由数据处理后的雷达图像，客观地分析各种雷达波组的特征(如波形、频率、强度等)，尤其是反射波的波形及强度特征，通过同相轴的追踪，确定波组的地质意义，构制地质——地球物理解释模型，依据剖面解释获得整个测区的最终成果图。

地质雷达资料反映的是地下地层的电磁特性(介电常数及电导率)的分布情况，要把地下介质的电磁特性分布转化为地质分布，必须把地质、钻探、地质雷达这三个方面的资料有机结合起来，建立测区的地质——地球物理模型，才能获得正确的地下地质结构模式。

雷达资料的地质解释步骤一般为：

⑴ 反射层拾取

根据勘探孔与雷达图像的对比分析，建立各种地层的反射波组特征，而识别反射波组的标志为同相性、相似性与波形特征等。

⑵ 时间剖面的解释

在充分掌握区域地质资料，了解测区所处的地质结构背景的基础上，研究重要波组的特征及其相互关系，掌握重要波组的地质结构特征，其中要重点研究特征波的同相轴的变化趋势。特征波是指强振幅、能长距离连续追踪、波形稳定的反射波。同时还应分析时间剖面上的常见特殊波(如绕射波和断面波等)，解释同相轴不连续带的原因等。

图1 左堤9+638～9+721护险段坡脚雷达图像(a)和地质解释图(b)

根据上述解释原则，对雷达图像进行地质解释如下：

图1(a)为左堤9+638～9+721护险段坡脚雷达测试图像。此图由浅至深解释为：①及时同相轴(<4ns)为雷达波初始信号；②第二同相轴和第三同相轴(<12ns，层厚约0.40m)呈现出宽粗、强振幅，且连续可追踪的水平层状，该同相轴推测为浆砌石在雷达图像上的反映。尤其是第三同相轴有时出现不连续段或缺失或杂乱无章时，即可推定此处浆砌石质量差或与堤身土体分离形成架空等现象；③新人工填土：反射层位不连续，起伏变化较大，有时杂乱无章，反映该层填土不均匀，层位不稳定，时有透镜体的形式展现，该层厚度大约为2～4m；④老人工填土：反射层位连续且稳定，层内介质变化不大，反映出该层填土较均匀，已形成相对密实的地层，该层厚度大约为1～3m；⑤自然地层：即堤基持力层，反射明显，层位稳定，未见层内介质突变或不均匀的现象，反映出自然地层沉积环境较好，密实度相对较大等，此层顶面埋深大约为4～5m。

图1(b)为上述地质解释的剖面图。

图2为左堤32+960处护险坡脚雷达图像，图中浅部解释与图1类似，主要说明的是剖面6.0～12.0m段，自0.4m以下反射层位杂乱，极不规则，连续追踪性差，出现很多的短小反射层，且浆砌石下部反射也很杂乱无章，说明此段护险下部的土体较松散，与浆砌石形成似离似亲，接触较差。而剖面12.0～15.7m段上下部位反映较均一，水平层状良好，说明此段堤身土体较密实，与浆砌石接触良好。

图3为已知浆砌石下部架空时的图像，该剖面第三反射同相轴自剖面点9.4m处断开，形成“背斜”状的强反射层，此现象延续到剖面点12.8m处，此段浆砌石与下部土体分离导致架空，其范围与已知情况吻合。

通过雷达测试成果的地质解释共圈定出73处浆砌石存在不同程度的隐患或质量较差，这些隐患的类型一般为：①浆砌石厚度较薄；②浆砌石与下部土体分离形成架空；③浆砌石胶结不良或松散；④浆砌石出现裂缝等不良现象。

护砌整体质量较差的堤段多为年久失修严重，浆砌石与下部堤身土体接触差，多形成架(悬)空状态，造成护砌断裂、塌陷等不良现象较普遍，且多具一定规模。而造成上述现象存在的原因，笔者分析后认为浆砌石面存在许多缝隙，且砂浆质量差、少浆，下部又无防渗护层，堤身土体多由粉细砂组成，经降水入渗，粉细砂局部被冲刷淘失，在砌石与堤身土体之间形成空洞，并有继续扩大发展之趋势。

该物探成果经开挖验证，符合客观实际，受到了甲方的赞誉。

6 结语

地质雷达以其高效快速、高精度在护险工程探测中能够发挥重要作用，取得了良好的应用效果，且对浅层或超浅层的工程探测中有着十分广阔的应用前景，然而地质雷达的探测深度和精度与所采用的天线频率有很大关系，天线的频率越低探测深度越大，则精度越低；而天线的频率越高，探测深度越浅，则精度越高。本次采用中心频率250MHz的天线进行探测，其深度和精度均能满足此次勘察的技术要求。

地质雷达论文:论地质雷达在公路隧道检测中的应用研究

【摘 要】由于隧道工程具有改善线性和增强运营效益等诸多特征，所以，目前急需要一种安全系数高、切实可行的方法检测隧道整体结构；笔者认为，应采用地质雷达的探测技术，因为其具有较高的分辨率和率，而且速度快、效果高，能够及时的对公路隧道进行多方位的检测，我们应大力推广这一技术。本文首先论述了地质雷达的检测原理，其次分析了雷达波在公路隧道衬砌中的具体波相。

【关键词】地质雷达；隧道检测；原理

0 引言

地质雷达属于一种无任何损害的检测设备，由于它的操作简便、具有较高的分辨率等诸多优势特征，因此，在公路隧道施工中得到了广泛的应用。比如，新疆维吾尔自治区公路工程质量监督局在2007年的11月份引进了由美国劳雷公司所生产的检测隧道质量的仪器，这一仪器主要由雷达主机快速的发射雷达脉冲，持续及时的采集，这对于公路隧道质量的监督与管理具有十分重要的现实意义。

1 地质雷达的检测原理

地质雷达主要是利用超高频率的电磁波探测地下介质分布。其遵循的是电磁波脉冲在地下传播的原理下而进行工作的，也就是说，电磁波脉冲通过发射天线射出，在地下实际传播时受到介质介面如空洞、钢构件的反射，通过接收天线接收。电磁波在介质中进行传播时，无论是它的路径，还是电磁场强度都会随着自身通过介质的电性质以及几何形态而不断的发生变化。所以，我们可以按照双程走时、幅度以及波形资料，得出介质的实际结构。

我们可以从电磁波理论中得出，对于非磁性的介质，电磁波实际反射属性只和介质的介电常数有着一定的关系。如果公路砌筑层中出现了像空洞、衬砌背后充水等现象时，不同介质的介电常数会呈现出较大的差异，它们之间可以因此而形成电磁波反射界面。通过地质雷达发射的电磁波脉冲在向下传播过程中所遇到的这些反射界面时，就会发生反射现象。而如果衬砌层或者衬砌层背后出现了病害情况如空洞、含水等，就会在雷达资料中呈现出一定的特征反射，比如，脱空过程中会出现夹层放射等现象，当衬砌背后存在含水情况，那么，就会进一步增大介电常数，在地质雷达资料中就会呈现出高含水性的反射。由此可见，在公路隧道病害检测中已经广泛的应用了地质雷达这一快速高效的检测技术，最终取得的效果是极高的。

2 雷达波在公路隧道衬砌中的波相分析

2.1 公路隧道中雷达波相识别的要点

要想及时的获取到雷达探测的结果，就必须有效的处理和判断雷达记录，这里所说的判断，实质上就是将理论与实践结合起来的综合分析，必须要有扎实的理论基础与丰富的实践经验做支撑。雷达记录判读也可称之为雷达记录波相分析，其主要是资料解释的基础。本文以下对波相分析的要点进行了介绍。

2.1.1 反射波的振幅与方向

我们可以从反射振幅上对两侧介质的属性进行明确的判定；当波从小的介电常数进入到大的介电常数的介质中时，也就是说，从高速介质进入到低速介质，从光疏进入到光密介质过程中，实际反射系数呈现为负，也就是说，反射波振幅反向。相反，如果从低速介质进入到高速介质，反射波振幅的方向就会和入射波的方向相同。这是对界面两侧介质性质和属性进行判断的基础性依据。比如，从空气中进入土层、折射波不反向、而混凝土呈现出了反射振幅反向。如果是从混凝土后边的脱空区再反射回来时，反射波不反向，最终所呈现出的是脱空区的反射和混凝土表面反射间形成了相反的方向。假如混凝土后面出现了含水情况，那么，就会使得波从该界面反射产生反向，和表面反射波是同一个方向，并且具有较大的反射振幅。混凝土中的钢筋，波形传播距离几乎为零，反射自然反向，并且有着极强的反射振幅。所以，对于雷达波判别，反射波的振幅及方向是其关键的一项依据。

2.1.2 反射波具有的频谱特征

不同的介质，其结构特征也有着不同，内部反射波具有的高低频率特征也存在着很大的差异，我们可以将其当做是区分各种物质界面的基本依据。比如混凝土和岩层相比，质地较为均匀，不会像岩石内部结构那样的复杂，所以，在围岩中内具有明显的反射波，尤其是有着丰富的高频波。混凝土内部没有过多的反射波，一般存在缺陷的地方才会有反射。比如表面松散土电磁性质十分的均匀，反射波比较弱。其下部新鲜基岩中如果是高频弱振幅反射

，那么，就可从频率特性中将各层分开。当节理带与断裂带结构出现了破碎现象，内部就会有较多的反射与闪射，在与其相应走时位置处呈现出了高频密纹反射。

2.2 公路隧道中常见的异常波相识别

2.2.1 衬砌托空层的波形特征

我们将衬砌与围岩间的脱空区称之为空气，其和混凝土以及围岩的波阻抗存在着明显的差异，反射波正反相间，实际反射较强，脱空区断断续续的盘旋，位置十分的清楚，非常容易进行辨别。如果衬砌混凝土背后回填的不够密实，以及混凝土与围岩间存在空隙，那么，空气和混凝土介电常数就会有很大的差别，电磁波会在混凝土与空气之间产生出极强的反射信号。如果脱空较大，那么，就可清晰的看到围岩界面，在地质雷达剖面图上可以看出在混凝土层下部产生出了多次的反射波，同相轴呈现了弧形状，能够明显的看出其能量的提高。

2.2.2 几种异常波相的图形特征

实际中，如果雷达波遇到了消防洞，就会产生出多次极强的反射，异常波形十分的复杂与纷乱，次数多且宽度整齐固定，在表层同相轴错断；如果遇到预埋管，那么就会产生出窄而长的弧形反射，反射较强，形状相同。如果遇到钢筋网，那么，就会呈现出锐弧形，钢筋大小与雷达分辨率会对其造成一定的影响，而产生出鱼鳞状，具有较强的反射。

3 结论

综上所述可知，地质雷达属于一项无任何损害的检测技术，它能够采集大量的所需数据，经济合理、快捷，且能够有效的防止公路隧道工程施工过程中各种质量通病的发生。

地质雷达论文:地质雷达探测技术在水库堤坝灾害治理工作中的应用效果

作者：张炎孙 蔡立信 蒋喜珍

论文 关键词:雷达探测 堤坝 灾害治理 效果

论文摘要:详细介绍了乐化水库库坝过水箱涵的雷达探测过程与成果,说明了雷达探测在堤坝灾害防治系统工程中的可能性与有效性。

1　概况

乐化水库位于南昌市新建县内。库区为低山丘陵环抱,控制流域面积8·4km2。该大坝坝体所处地基为前震旦系双桥山群杂色条带绢云千枚板岩与粉砂质板岩,间杂喜山期辉长辉绿岩;南段坝肩及库区周围分布有大量的辉长辉绿岩孤石。坝体为重力式土坝,由就地取土,人工填筑而成,主要填料为第四系粉砂质粘土与残坡积物。由20世纪50年代修筑的坝基经多期次加高培宽而成现状(图1)。

50年代修造的泄水涵管因渗漏而废弃, 70年代对泄水涵管进行改造,就在原涵管的南侧以开挖方式重新建造了一个砖混结构的箱涵,箱涵截面为60×60cm2,顶板有钢筋。现因水库坝体严重渗漏,需进行注浆处理,如在注浆处理过程中不慎破坏箱涵,将会给库坝带来灾难性后果。该箱涵在堤面水平投影位置,现已无资料。因此必须查明该泄水箱涵深度及其在坝面的平面投影位置,为正在进行的该水库坝体除险加固工程提供切实的基础资料。在综合考虑坝体与地质环境、时间与效果等因素后,选用地质雷达对70年代末期经开挖坝体改建而成且目前正在使用的泄水涵管进行探测。

2　方法可行性分析

地质雷达是应用脉冲电磁波来探测隐蔽介质分布和目标物。当发射天线向被测物体发射高频宽频带短脉冲电磁波时,遇到不同介电特性的介质就会有部分电磁波能量被返回,反射波的路径-波形将随所通过的介质的电性质及几何形态而变化,根据反射波的旅行时间(亦即双程走时)、幅度、频率与波形变化资料,可以判读目标物的深度和位置。

当堤坝为均质土时,其内部无明显反射界面,雷达波向下辐射,就不再返回,记录上只能看到直达波,其后就不会存在界面反射波。当其内部存在非匀质体,如需查明的涵管或其它地质体如不均匀土体、弧石等,只要其具一定的规模并可形成一定能量的反射波,都将在记录上呈现异常。相对来说,箱涵对比一般不均匀地质体其外表面更加平整,且其顶板内有钢筋,将会形成较强的雷达反射波,具备了区别其它地质体的前提条件。

3　方法技术与现场工作布置

3·1　方法技术

采用美国生产的sir-2型地质雷达进行探测。

(1)天线频率与移动方式:根据工作目标物的探测深度及有关地质情况,在盖层较浅段选用100mhz加强型天线以连续扫描方式工作,在盖层较深面则选用80mhz~20mhz低频天线组工作。点距50cm;线距依据场地条件及实测工作情况而定。

(2)增益设置:增益设置的原则是非目标体有一定强度的信号,目标体有足够强度信号。正式采集之前,先在测线上不同测几个点,以对整条测线的增益水平有一个大致的了解,采用人工分时段设置增益来保障目标体具较强信号且不致溢出。

(3)记录长度(时窗):一般根据目标体的大致深度与电磁波在土质介质中的经验速度所 计算 反射波的双程旅行时间的1·3~1·5倍来作为记录时窗长度,以保障目标体异常完整。

(4)在已知废弃老涵管的上方进行测量,根据老涵管的已知深度求出该坝体土质电磁波的平均速度为0·082m/ns,并以此速度作为该工区的电磁波在盖层中的传播速度来计算的目标体深度误差较小。

3·2　工作布置

实测剖面测线8条,其中4、6线为重复测量剖面,探测剖面总长度545m。水坝迎水坡因有护坡块石,造成天线发射阻抗不配匹,加之有栈桥干扰,因此只布置了一条测线,测线主要布置在背水坡与坝面。

4　资料成果

图2为2线100mhz加强型天线以连续扫描方式所测雷达图像,人工分5时段设置增益,记录长度280ns,该记录清晰反映了箱涵的顶部位置。在“0”m标线上的及时组波为直达波; 2·5m左右有一组幅值相对较大的波组,推断为不同填料界面反射波;在深度约4·8m附近,有一弧形异常波组存在,为涵管顶面反射波。另在1、3线均有相似异常出现。因此根据该目标弧形波组顶部在测线上出现的桩号位置可较地确定箱涵在地表的投影位置与埋藏深度,据此在实地采用木桩标志。

图3为坝面采用40mhz非屏蔽低频天线所测图像。因箱涵较深,为保障电磁波反射信号强度,只能采用点测,点距50cm,测量所选参数:每测点垂向叠加256次以消除偶然干扰,时窗400ns,样点数512个/sc, 7时段人工选择增益。该记录总体来说,波形平稳,在图像中部约有2~3m范围波形异常区,推断为后期改建新涵管开挖坝体所致,不同时期所填筑的材料不一样, 自然 压密的时间也不一样,后期开挖的断面填料相对原坝体填料较杂、均匀性稍差、密实度也稍低,会形成开挖断面与两侧雷达波形异常。纵向来看,大约在11m,雷达波异常基本消失,认为涵管顶面深度在10·5~11m。据此,实地用木桩标志涵管在坝面的水平投影位置。

根据雷达测线测量资料,结合乐化水库管理站提供的涵管施工记录综合分析,认为后期改建的泄水涵管布设,总长度为76m,在坝体背水坡一侧。新涵管自闸门向南西方向布设,长约12m,而后转为南西西方向,近似与老涵管平行布设,在戗道下方,距老涵管约10·5m,坝顶面距19号孔约11·9m,距11号孔约0·85m。迎水坡因块石护坡,造成天线耦合效果较差,加之栈桥干扰,探测资料质量相对背水坡一侧较差,根据当时施工记录结合已测资料分析,库区一侧(迎水坡)新涵管转折处距老涵管约14·5m。

5　结论

(1)查清了目前正在使用的泄水箱涵的空间位置,为该库坝的除险加固工程提供了的基础资料,保障了工程的顺利进行。

(2)对库坝进行雷达探测,对不同期次的填料及其边界有较为明显反映,据此可进一步了解坝体构筑物的密实程度,从而对有可能形成渗漏通道的区段提出警示,防患于未然。

(3)在堤坝灾害防治系统工程中,进行雷达探测,可以反映堤坝病害的相关信息,为灾害防治工程决策形成、方案制定提供的基础资料,从而赢得质量、时间与效益。

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。

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（较大探测深度可达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（较大探测深度可达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:地质雷达技术在交通工程中的实用性

作者：王兴舟王达亮李晓红单位：吉林省公路工程质量监督站吉林省交通科学研究所

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，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。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、多方位、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。

4结束语

地质雷达在我国交通行业应用已有十年的历史，这是一种很有前景的无损、省时、有效的检测方法，地质雷达在我国交通行业必将有更广范的应用。

地质雷达论文:隧道工程地质雷达检测分析

【摘要】通过实际工程应用，介绍地质雷达的特点、原理和探测解析方法；在隧道工程的超前地质探测预报以及隧道结构检测的应用中，证明了地质雷达的实用性、先进性及其实际应用中的重要作用。

【关键词】公路隧道；地质雷达；检测；超前预报；应用

1、工程概况

小北山二号隧道为长隧道，按左、右线分离布设。左线隧道起讫里程ZK19+571～ZK21+091，长1520m，揭阳端洞口采用削竹式，洞口设计标高30.353m，惠来端洞门采用削竹式，洞口设计标高17.398m，坡高0.5%～-1.317%，隧道较大埋深约209m。右线隧道起讫里程ZK19+599～ZK21+081，长1482m，揭阳端洞口采用削竹式，洞口设计标高30.493m，惠来端洞门采用削竹式，洞口设计标高17.490m，坡度0.5%～-1.321%，隧道较大埋深约212m。隧道位于丘陵地区，山体地形陡峭，山体植被较发育，山体发育花岗岩孤石，大小不一。隧址区基底主要为燕山期花岗岩，局部见辉绿岩岩脉，覆盖层由粘土、全～强风岩组成，基岩由中~微风化岩组成。隧址区地下水类型主要为潜水，含水层主要为第四系松散层的孔隙及中～微风化岩的风化裂隙。

2、地质雷达的发展及其应用

随着社会的高速发展，有很多的方便加上很多的仪器可以在岩土勘察中使用，重要的方法有弹性波法及其电磁波法。在实际工程当中经常使用的电磁波法就是地质雷达，隧道地震探测仪比较适合远距离宏观的地质问题探测；并且地质雷达方法可以结合高频电磁波而进行非常快的无损伤探测，因此频段非常高的话可以在隧道结构当中进行检测。公路的隧道工程埋深、规模以及数量随着时间的增加而不断地变多，而在施工的过程当中也遇到了很多复杂的工程地质条件。虽然说在设计以前都作了非常详细地质勘察，但是在隧道实际的开挖施工当中，还会有非常多的问题发生的。从这些方面就可以很好地说明，在隧道施工过程当中的围岩稳定性状况以及一些掌子面前方的实际情况，并且做出及时地超前预报。当隧道发生一些事故或者竣工以后，应该结合现行的规范上面要求以及隧道本身的结构特性，不但应该在隧道的表面进行观测以及净空断面进行测量，需要的时候还应该采用地质雷达进行一些更深入的检测，例如围岩的密实完整稳定的情况、钢拱架的分布情况、有无离析以及蜂窝麻面、衬砌混凝土的均匀一致性以及相对应的完整性以及衬砌有效厚度等等。经过实际的情况可以证明，地质雷达技术可以在隧道的施工当中作出非常详细的超前地质预报。现在，地质雷达检测技术已经发展到了单点探测以及连续探测的实时自动成图。而国外的国家探地雷达基本上是单脉冲雷达，其工作的频率在50到2G赫兹，最为代表性的国家是美国和加拿大。我们国家所生产的一系列地质雷达，结合地下工程的超前预报的特点，采用的是脉冲调制式，这个的探测距离非常大，而且分辨率也非常高，其工作的频率大约在160到220兆赫兹，其探测的距离可以达到40到60米，可以很好地适应超前地质预报以及部分的工程检测。

3、探测的原理以及方法

结合设计的图纸以及设计的任务书按照规定进行开展地质超前预报的工作，其预测应该是沿着隧道纵向三十米的范围以内对一些不安全的地质问题进行检查，对前面的地层岩性变化以及水文地质特征（软弱岩层的分布、断层发育及其影响带、水的赋存情况等）进行探测，对隧道围岩的级别进行分析，并列出一些施工的建议，确保隧道施工的安全，减少一些不必要的损失，为动态的设计提供所需要的地质参数，从而可以更好地为隧道施工进行服务。本次的地质预报使用的是地质雷达系统，运用了空气耦合型100兆赫兹的天线，结合探测的前方岩石的特点以及现场施工的条件，对距离30米左右进行详细地探测。而这次预报的工作面位于ZK19+735里处的地方，使用一些点测的方式，使用一系列的方法对工作面的正前方进行详细地预测。

4、数据的处理以及得出来的结果

对实际测量出来的资料用一系列的软件进行处理分析，再结合现场的岩性所具体的实际情况，选择一个比较适合的相对介电常数，进而得出来一些成果，在成果的解释当中，开始的时候，假如发现了有非常明显的反相位反射波组出现的话，就应该岩性变坏的一个表现；假如发现了有非常明显的正相位强波反射波组出现的话，就应该是岩层岩性变好的一个表现，结合反射波反射强度的实际大小就可以区分反射界面前方介质的一系列的特征。依据雷达数据处理结果并结合地质资料分析得出以下预报结果：（1）掌子面为强风化花岗岩，上方自稳能力差，中部伴随严重掉块，局部潮湿明显，推断围岩级别为Ⅴ级。（2）掌子面右侧前方4~10m（ZK19+739~ZK19+745）区域反射信号强烈，同相轴紊乱，推测此区域与掌子面情况类似，有明显破碎带，围岩完整性差，推断围岩级别为Ⅴ级。（3）掌子面前方10~15m（ZK19+745~ZK19+750）区域反射信号衰退稳定，同相轴平稳但仍存在断开处，推测此区域岩性略微好转，但依旧破碎且含水，推断围岩级别为IV级。（4）掌子面前方15~30m（ZK19+750~ZK19+765）区域信号较弱，加大增益后发现同相轴较为连续，推测此区域岩性好转，级别应为IV级。依据结果给出的建议：（1）ZK19+735掌子面围岩为强风化花岗岩，自稳能力差，局部潮湿明显，中部掉块严重，应严格控制进尺，加强支护，预防坍塌。（2）掌子面前方10m区域围岩与掌子面情况相似，稳定性差，破碎带明显，容易坍塌。严格控制进尺，及时做好初期支护工作并保障强度，防止掉块与坍塌，同时做好排水工作。（3）掌子面前方20m区域后，岩性有所好转。建议采用上下台阶方法，并严格控制进尺，及时做好初期支护工作并保障强度，防止掉块与坍塌，同时做好排水工作。

5、结束语

地质雷达在隧道工程施工或者是后期的运营过程当中，可以很好地对工程的质量进行详细地检测，可以更严格地控制工程的质量，更好地检查工程的缺陷。假如说天线的频率特性以及工作的方法有一定的影响，而地质雷达在对介质参数的探测当中，还存在很多的争议，那么经过不断地完善以及发展，地质雷达在隧道工程检测当中一定有一个非常重要的角色。综上所述，应用地质雷达在地质超前预报当中可以精准地探测预报隧道施工当中危害的工程施工安全的相关地质灾害。而地质雷达可以探测出来隧道的结构中重要的施工缺陷，可以为有问题的隧道提供一些非常的依据，这样就可以提高工作的效率，并且节省一些资金。

作者：邱雪峰 单位：广东省航运规划设计院有限公司

地质雷达论文:地质雷达法在质量检测中的应用

1地质雷达法检测原理

地质雷达检测隧道衬砌质量是基于衬砌混凝土与钢拱架、钢筋、衬砌背后超挖回填空隙、空洞等以及密实的混凝土与衬砌背后围岩的电性差异来实现的。将地质雷达的发射天线和接收天线密贴于衬砌表面，雷达波通过天线向下传播，当经过这些界面时都会发生不同程度的反射、折射和散射，并产生不同程度的能量吸收和衰减，集中反映在波形和波阻特征变化上。分析研究反射波的特征差异来判断衬砌背后空隙、空洞、钢筋等的形态，就可以揭示衬砌结构特征及病害缺陷，并计算其埋藏深度及确定其位置。地质雷达的探测效果主要取决于不同介质分界面的电性差异的大小，即介质层间介电常数差异越大，则探测效果越好，介质异常在雷达剖面上反映也就越明显，从而易于识别。

2工程概况

依托工程的隧道较大埋深约33m，内轨顶面以上净空面积为92m2，曲线地段不考虑加宽，全隧线间距4.6m。隧道进口里程为GDK208+168，出口里程为GDK208+345，全长177m。隧道内纵坡为单面坡，坡度为－12.4‰。隧道进口GDK208+168—GDK208+189.05段位于R=20000m的竖曲线上。全隧道暗挖段均为Ⅴ级围岩，长106m，采用三台阶临时仰拱法及CRD法施工和复合式衬砌。进口洞门长27m，明洞长10m;出口明洞长5m，洞门长10m。洞门及明洞采用明挖和复合式衬砌。地质雷达无损检测的主要内容有隧道的仰拱、衬砌的厚度、背后回填密实情况及钢架、钢筋的分布情况。本次共完成隧道雷达检测1140测线米，代表140成洞米。

3隧道衬砌现场检测

3．1检测仪器

目前，美国GSSI公司生产的SIR－3000型便携式探地雷达［3］应用范围较广，可以应用于高速公路快速检测、钢筋、混凝土缺陷检测、深层地质水文探测、市政管线及地下空洞调查及隧道衬砌及超前预报探测等。检测仪器即采用SIR－3000型便携式探地雷达。

3．2测线布置

根据《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》规定，结合现场实际作业条件，本次检测沿隧道纵向连续检测，共布设3条测线:隧道左右底板、右边墙各1条。

3．3现场检测步骤

(1)天线的选择:针对本次隧道衬砌检测的具体情况，从分辨率、穿透力等方面综合衡量，确定使用400MHz天线。(2)对现场衬砌混凝土的介电参数(或电磁波速)进行标定，并确定时间窗、扫描样点数等采集参数。(3)天线紧贴衬砌表面，并沿测线连续滑动。(4)检测天线滑行应移动平稳，速度均匀，移动速度控制在3～5km/h之间。(5)每隔10m打一个标记，每50m打双标。(6)随时记录可能对检测产生电磁影响的物体(渗水、电缆、铁架等)及其位置。

4数据处理分析与解释

4．1数据处理流程

采用RANDAN专用数据处理软件对所探测的雷达数据进行处理。

4．2数据分析与解释

(1)衬砌背后空洞及密实度的主要判定依据［4］。①密实度:反射波信号幅度较弱，甚至没有界面反射信号;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。②脱空(空洞):衬砌界面反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大。(2)衬砌内部钢筋、钢架数量及分布判据:①钢筋:连续的小双曲线形强反射信号。②钢架:分散的月牙形强反射信号。

5缺陷等级评定与检测结果

5．1缺陷等级

根据《铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定》铁运函［2004］174号文评定依据:(1)隧道衬砌存在缺陷及病害时，为了病害整治与工程质量评定的需要，可按隧道衬砌缺陷与病害项目以及严重程度划分为轻微(1级)、较严重(2级)、严重(3级)、极严重(4级)四个等级。(2)隧道衬砌厚度及混凝土强度缺陷的量化指标［5］，应符合表2规定。表2中:q—设计衬砌混凝土强度;q1—检测断面衬砌混凝土测点平均强度;h—设计衬砌厚度;h1—检测衬砌厚度，当衬砌混凝土存在内部缺陷时，检测衬砌厚度换算为有效衬砌厚度，即将检测衬砌厚度减去内部缺陷削弱的部分厚度;Lc—检测衬砌厚度不足地段的测线连续长度;Lq—检测衬砌混凝土强度不足地段的连续长度。检测衬砌厚度当相邻测线三条及以上均连续不足时，其缺陷等级应提高等一级。检测断面衬砌混凝土的低强度当低于平均值的0.85时，其缺陷等级应提高一级。(3)隧道衬砌背后有空洞或回填不密实、基底不密实的量化指标应符合表3规定。表3中:KLc—衬砌背后回填有空洞地段测线连续长度;SLc—衬砌背后回填不密实地段的测线连续长度;DLc—基底不密实地段的测线连续长度。

5．2检测结果

隧道的雷达扫描图像对照衬砌设计参数表，经数据分析，该隧道共完成雷达检测1140测线米，代表140成洞米。其中有7处存在不密实、空洞现象，衬砌厚度符合设计要求，9处钢筋数量不足。

6结语

通过对地质雷达无损检测法检测原理出发，结合某铁路隧道阐述了地质雷达技术在隧道仰拱、衬砌检测中的具体应用，为严格控制隧道施工的质量，及早发现隧道隐蔽工程的病害，并采取加固措施消除隐患提供了依据。在具体进行地质雷达检测时，要结合具体的工程实例分析，以便得到更加科学的检测结果。

作者：崔景亮 单位：中铁隧道集团有限公司工程试验中心

地质雷达论文:地质雷达支撑塔探测运用

本文作者：白文胜 单位：贵州省建筑工程勘察院

0引言

地质雷达(简称GPR)是近年来兴起的一种利用高频电磁波反射原理来探测目标体及地质构造的物探方法，比地震法分辨率高，比电阻率法探测深度大，能从线和面上充分区分覆盖层堆积物和基岩结构特征［1，2］，由于其探测方便、处理快捷、图象直观、使用经济等优点而倍受工程界信赖和欢迎。自上世纪70年代开始应用至今将近40年来，GPR技术在考古、场地勘查、公路铁路选线、工程质量检测、管线探测、隧道超前预报等领域都有成功的应用。但在岩溶发育区及溶蚀破碎带的探测方面少见到成功的应用实例，笔者以FAST馈源支撑塔地基探测为实例，结合开挖验证，分析地质雷达技术在这种地形条件较差的环境中应用的可行性。

1概况

拟建500m大射电望远镜(简称FAST)属国家重大科学项目，是为世界天文学界探索宇宙建设的工程台址。工程台址选在贵州省平塘县克度镇大窝凼，北东距平塘县城约85km，大窝凼地形剖面形态属于“U”型峰丛洼地(图1)，洼底呈锅底状，为一相对闭合型峰丛洼地，形状比较规则，近圆型，高程960m处直径约550m，洼地底部较为平坦，直径大于250m。所在地区总体位于贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，地势总体上呈北高南低。洼地四周共有5个较大山峰，较高峰为洼地北东东侧的1号峰，峰顶高程1104.10m，地形较大高差352.60m。区域内碳酸盐岩广布，以岩溶溶蚀地貌类型为主，岩溶峰丛、峰丘、洼地、落水洞极其发育。岩层呈单斜产出，倾向北北东，倾角5～15，区内无大型断裂构造经过，洼地及其附近地层岩性有残坡积红粘土、古滑塌堆积物，下伏基岩为三叠系中统凉水井组(T2L)的厚层块状灰岩。FAST台址为一溶蚀洼地，局部溶蚀比较发育，地质构造复杂，工程地质条件较差。根据FAST结构要求，其六个馈源支撑塔基为主要承重部位，位置分别等分在直径为600m圆周的1H-3H-5H-7H-9H-11H(H即Hour，类似于圆周表盘的钟点)上，钢塔为桅结构，高90～150m，较大压力5000kN，较大上拔力3500kN。由于钻探工作量有限，且只能揭示点上地质信息，为点面结合地有效评价塔基的稳定性，预防工程建设中地质病害的发生，采用GPR物探方法与钻探相结合进行塔基勘探。

2工作方法选择及其原理

2.1工作方法选择由于FAST的6个馈源塔基分布的圆周所围面积较大，钻探工作有限，为了查明塔基位置基岩的完整破碎情况、岩溶及发育特征，为配合钻探评价塔基稳定性提供宏观依据，拟采用地质雷达(GPR)探测做进一步工作。根据现场物性试验结果统计，较完整灰岩、基岩破碎带和岩溶的介电常数存在一定的差异，满足地质雷达探测的地球物理前提。所以采用GPR探测技术，能比较地探明台址区塔基范围内灰岩的完整破碎情况及岩溶发育特征，达到探测目的。

2.2原理GPR是一种高分辨勘探方法，主要探测地下岩土介质结构间的电磁性质差异。探地雷达将高频电磁波以宽频带短脉冲的形式由发射天线定向送入地下，电磁波在地下介质中传播，其传播速度v与所使用电磁波的圆频率ω、介质的介电常数ε、磁导率μ和导电率σ有关，当遇到不同电性介质交界面时，部分电磁波的能量被反射回地面，由接收天线接收。雷达记录反应接收的是地下介质界面的反射波时间序列，应用雷达处理解释软件可将地下界面反射波的双程走时Δt(ns)转换成深度h(m)剖面，通过分析深度剖面中反射波的形态、频谱、振幅等特征，确定异常区的位置、大小、形态，推断地下地质体(或结构)的空间位置、几何形态和性质等。当遇到隐伏岩溶或节理裂隙时，雷达深度剖面上的反射波同相轴呈双曲线形态，若溶洞或溶槽充水或有粘土充填，其反射波极性反向。电磁波在不同介质中传播时，遇到不同的电磁波阻抗界面将会产生反射和透射。不同组合界面，反射波的极性和幅值变化，它取决于界面两侧介质的物理性质和相互差异。用反射系数来表征反射波的性质，它有极性和大小，当电磁波入射时，电场的反射系数为。式中:E1、E2分别为反射和发射的电磁波场强;ε1，ε2分别为两种介质的介电常数;θ1、θ2分别为入射角和折射角。当电磁波由光疏介质(ε小、波速低)进入光密介质(ε大、波速高)时，电磁波反射系数为负，发射极性相反;反之，当电磁波由光密介质进入光疏介质时，电磁波反射系数为正，发射极性相同。当混凝土衬砌与围岩之间以及衬砌内部存在空洞、不密实等缺陷时，它们之间介电常数的差异就会形成较强的反射波。在对雷达波进行处理和分析的基础上，根据雷达波形的极性、强度、双程走时等参数便可推断目标体的空间位置、结构、电性变化及几何形态，从而达到检测的目的。

3工作布置

3.1测量放点测量点距为15m，沿圆周1H-3H-5H-7H-9H-11H-1H(H即Hour)分布，每两个Hour间各20个点(按顺时针编号)，共120个点，加上6个馈源塔基座中心点共放点126个。

3.2GPR探测从1～3点+6m开始按逆时针方向进行，主剖面沿馈源塔圆周探测了1912m(地形起伏较大，剖面长度超过了馈源塔圆周平距)，总体上探测点定位偏差不超过2m。本次GPR探测特采用美国“地球物理测量系统公司”(GeophysicalSurveySystemsInc)先进的SIR20探地雷达，运用100MHz高频屏蔽天线，以20cm点测采集数据，连续剖面记录方式。

4探测成果及地质解释

4.1典型地质雷达探测剖面GPR沿馈源塔圆周探测，得到了一条圆周剖面。图8、图9和图10为圆周剖面中典型地质雷达探测剖面截图，图中显示有:第四系覆盖层界线，松散胶结、破碎基岩体，岩溶洞隙界线及完整基岩界线。

4.2地质解释(1)地质雷达探测剖面中点画线范围相对介电常数在(14～17)εr，推断为第四系覆盖层界线，实线范围相对介电常数在(10～14)εr，推断为胶结较差的崩塌堆积体或基岩破碎带界线，虚线范围相对介电常数在(16～20)εr，推断为岩溶溶蚀发育区界线。从探测成果看，松散覆盖层(或第四系)厚度不均，大致为1～2.2m;胶结较差的崩塌堆积体(局部为风化灰岩)厚度为0.2～12m;其下为胶结稍密实的崩塌堆积体和较完整灰岩。(2)探测发现有8个较大的岩溶发育区，范围分别是1Hour11～16(即1点钟的第11至16测点之间，以下类同)、1Hour18～20、3Hour20～5Hour7、7Hour15～17、9Hour2～4、9Hour10～13、9Hour20～11Hour1、11Hour7～11。

4.3探测范围雷达天线发射和接收的是高频球面电磁波，其直径随探测深度的增加而加大，本次探测由于受地表第四系覆盖层和松散胶结层空隙的衰减作用影响，探测深度在16.5m左右，在探测深度范围内左右各2.5m范围的介质异常都会反映在GPR剖面上，所以GPR剖面是对以馈源塔园周为中心的宽5m左右的带状区域的综合反映。

5工程验证

根据探测及推断结果，对出现的部分异常进行了钻探与施工开挖等验证工作，结果与推断的结论基本一致，规模及埋深与探测结果基本吻合。图11～14为部分验证图片。(1)GPR探测发现的8个较大的岩溶发育区，除1Hour11～16为基岩破碎带而非岩溶外，其余7个均被发现证实，GPR探测岩溶的解释推断率为87.5%。(2)误差分析:1Hour11～16实际为基岩破碎带，而GPR探测解释为岩溶，3Hour2～3和11Hour19～20实际为岩溶，而GPR探测解释为破碎带，分析原因是该三点处的岩溶与破碎带的相对介电常数相近之缘故。可见，划分现场介质的相对介电常数是提高探测解释精度的重要前提，工程范围大时应分区进行现场物性试验，从而得到介质更的相对介电常数。

6结论

本次通过GPR探测基本查清了FAST的6个馈源塔基直径为600m的圆周覆盖层厚度，松散崩塌体、基岩破碎带与较完整灰岩的界线，配合钻探为评价塔基稳定性提供了宏观依据，达到了预期目的，为地质病害治理、解决了工程问题，提供了参考。(1)地质雷达反射图像能明显地划分覆盖层与下伏灰岩的界线以及灰岩岩溶发育区及溶蚀破碎带和充填物的大致性质，是岩溶地区岩土工程勘察的有效手段，为岩溶地基稳定性评价提供重要依据。(2)地质雷达是以复杂的电磁波理论为基础，实际应用中受到的影响因素较多，如地质环境、介质及目标体性质、设备及技术人员经验等，应从简单的异常反映开始识别、总结及归纳，并综合各种工程地质手段进行科学推断及判定，必要时采用多种方法相互验证。(3)工程范围大时应分区进行现场物性试验，得到更的介质相对介电常数，这是提高探测解释精度的前提条件。(4)由于地形条件较差，地表起伏不平，影响了GPR天线与探测体的耦合，另外由于松散覆盖层和胶结不密实崩塌堆积体对电磁波的吸收较强，对探测效果有一定的影响。今后，随着物探方法研究的不断深入和雷达天线及信号处理技术的迅速发展，GPR将能更广泛地服务于工程建设领域。

地质雷达论文:小议地质雷达在隧道地质预报中的应用

现代隧道建设的一个基本特点就是：“动态设计、动态施工”。因此，实时地进行掌子面超前地质预报对隧道的安全、快捷施工具有非常重要的作用。地质雷达探测是近年来应用于短距离超前地质预报较为普遍的一种物探手段。其特点是快速、连续测量、并以实时成像的方式显示探测结果而备受青睐。

1地质雷达探测的基本原理

地质雷达（GPR）方法是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁波技术。在前方探测范围内无大量铁磁性物体干扰的情况下，可采用探地雷达理进行探测。地质雷达利用天线向隧道掌子面前方发射电磁脉冲，并接收由前方不同介质界面的反射波。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（如介电常数εr）及几何形态的变化而变化。根据接收到的回波时间、幅度和波形等信息，可判定地下介质的结构与埋藏体的位置与形态。

在探测范围无大量铁磁性物体干扰的情况下，主要采用地质雷达电磁波的反射原理进行测试：高频电磁波以宽频脉冲的形式，通过发射天线定向送入地下，经过存在电性差异的地下地层或目标体的反射后埋深：

其中，-目标体埋深；-电磁波双程走时；-介电常数；-电磁波在真空中的速度

2野外探测技术

2.1探测对象的分析

探测对象所赋存的地质条件和埋深是影响地质雷达探测效果至关重要的因素。探测对象的几何形态，包括高度、长度、宽度等也影响探测的效果，因为探测对象的几何尺寸决定了雷达系统可能具有的分辨率，关系到天线中心频率的选择。再者，被探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，在探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。

2.2工作参数的选择

对于地质预报而言，各种介质的介电常数及传播速度是不同的，而探测深度与所使用的天线中心频率有直接的关系，天线频率越高，探测深度越小，精度越高，反之亦然。在隧道超前预报中通常采用38～150M天线，其他参数的选择，应根据实际情况决定，并应根据地域不同进行多次试验后确定其探测参数。

3资料处理及解释

在地质雷达探测中，为了得到更多的反射波特征，通常利用宽频带进行记录，因此在记录到各种有效波的同时，不可避免地记录下了许多干扰噪声。通过对数据处理，达到消除或压制干扰波，突出有效波，真实反映所测数据，进行有效解释的目的。

经过雷达数据预处理，还要进行一系列的数字化信号处理，常规信号处理包括：漂移去除、零线设定、背景去噪、增益、谱值平衡、道间平衡、滑动平均、混波处理、单道漂移去除等，再进行成果解释。

地质雷达图像的解释有定量和定性两种，定量解释主要是对异常体距掌子面的距离及大小进行判定，定性解释主要是对掌子面前方溶洞、裂隙、破碎带、断层、结构面等不良地质类型及其形态规模进行判断。

4雷达波形特征分析

不同的隧道，由于其岩石差别，其雷达探测的时间剖面差别很大。但各种雷达图像的特征也有其规律可循，只有掌握了各种异常形态的特征，才能对各种不同岩性的隧道探测进行正确的判断，下面根据厦蓉高速公路贵州境桂黔、肇兴隧道的超前预报结果，列出几种典型的雷达波形态特征。

5结束语

通过对两隧道雷达波进行分析，完整岩体与相对破碎岩体之间、含水量不等的岩体之间存在较大的电学性质差异，具有良好的地球物理测试条件。因此，我们在开挖过程中采用地质雷达预报掌子面前方不良地质体和富水带是可行的。

通过地质雷达预报成果与开挖揭露地质情况综合对比，地质雷达对岩体中存在的不良地质体、地下水及围岩类别预报度较高。该预报给施工提供大量的具有指导意义的结论与建议，减少工程中因围岩条件变化而带来的灾害性事故。

地质雷达论文:地质雷达检测技术在公路工程检测的运用

摘要：随着我国社会经济不断发展，我国公路建设事业发展迅速，无论是公路规模还是公路性能，均得到了长足的发展和提高，相应提高了对于公路工程检测的实际要求。传统模式下，公路工程检测主要使用钻心取样法完成，受检测技术限制，较难控制检测结果的精度，并且会对公路造成不同程度的损害。地质雷达检测技术作为一种无损检测技术，具有检测精度高、不损害公路、检测迅速等优点。笔者从公路工程检测入手，就地质雷达检测技术的实践应用，发表几点看法，以供相关人员参考。

关键词：地质雷达检测技术；公路工程；工程检测；应用

1引言

公路工程检测在公路建设发展中占据重要地位，尤其表现在公路维护检修及公路质量检测方面，是现代人们出行安全的重要保障技术之一。公路工程检测是一项系统、复杂的工作，具有较高的检测标准和要求，传统的钻心取样检测技术不仅检测精度无法保障、检测周期长，并且会损害公路，降低公路的使用性能和安全性能。地质雷达检测技术作为一种新型技术，有效降低了公路工程检测的工作量、缩短了检测周期，同时提高了检测精度，避免了对于公路的损伤。因此，从公路工程检测入手，探讨地质雷达检测的实际应用措施，具有重要的现实意义。

2地质雷达检测基本原理概述

地质雷达检测技术的基本原理并不复杂，其主要是借助高频电磁波在不同电性材料中的差异性脉冲反射表现，完成地质情况分析的一种公路工程检测技术。从公路工程检测实践的角度分析，地质雷达检测技术的基本原理如下：首先，工程人员借助相关检测设备，向公路检测段发射脉冲电磁波。高频脉冲电磁波在实际传播过程中，会根据接触物体的地质电性特性表现出不同的反射特征；随后，工作人员借助信号接收仪器，收集接触物体后返回的高频脉冲电波，并根据接收电磁波的形状、强度、反射时间等标准，对接受信息进行初步的处理；，总结、归纳接收到的高频脉冲电磁波信息，通过对比其传播过程中不同的反射波特征，对工程地下部分的结构层次和潜藏病害情况进行判断。

3地质雷达检测技术存在的误差因素分析

受多方面因素限制，任何公路工程检测技术都会存在误差，工作人员需充分了解误差的产生原因及影响因素，以科学加强公路检测精度控制，降低误差在标准范围内，从而提高公路工程检测的实施质量。就地质雷达检测技术而言，其误差主要受信号时间误差和公路结构介电常数标定误差两方面因素影响。信号时间误差作为地质雷达检测技术的主要误差影响因素，了解其误差影响的根本原因，并以此为基础进行针对性的误差控制调整，对于提高地质雷达检测整体的检测效率及检测质量，具有重要意义。就地质雷达检测而言，反射时间误差与地质距离判断有着直接且紧密的联系。通常情况下，由检测人员完成对反射时间的记录，在人工记录过程中难免受人为判断影响产生误差，进而影响反射时间记录的性。为进一步提高地质雷达检测的实施精度，在实际操作过程中，检测人员应注意以下几点内容：一，加强时间零点控制。在实际检测过程中，确保时间零点的科学性和性，不仅有利于提高反射时间记录的性，同时方便检测人员对于数据的科学处理。通常情况下，以雷达反射信号的实际触发点作为时间零点进行记录；二，人工时间记录过程中，起始时间和终止时间的记录应由同一人完成，以控制降低时间记录误差。

4地质雷达检测技术的实践应用分析

4.1针对公路工程路面厚度的检测应用分析

公路路面厚度作为公路工程质量评定的重要指标，其检测结果直接影响着最终的质量评定结果。目前，我国公路路面以沥青路面为主，要求进行两层或三层铺设。多层路面铺设背景下，底基层路面与基层路面交合处易出现质量问题，影响公路的正常使用，加强对路面基层厚度的检测具有重要意义。应用地质雷达检测技术进行公路路面厚度检测，可快速、地获得公路路面厚度信息，为公路质量问题判断和质量控制，提供真实的参考信息。

4.2针对公路工程质量病害的检测应用分析

公路工程建设完成投入使用后，会因行车磨损、时间推移等因素影响，出现老化、路面病害等问题，影响公路的使用性能和安全性能。针对公路病害问题进行相应的公路维护是确保人们出行安全、延长公路设施使用寿命的重要保障，在这一过程中，公路工程检测技术起到重要的病害检测作用。以某公路工程为例，由于使用期限过长，其出现了基层顶面松散的问题，使用地质雷达检测技术进行检测。

5结束语

综上所述，地质雷达检测技术是一种先进的公路工程检测技术，可实现快速、的公路工程检测，且不会对公路造成破坏，在公路厚度及病害检测中有着较明显的应用优势。因此，相关检测单位应提高对地质雷达检测技术的重视，加强地质检测误差控制，提高公路工程检测的工作质量和工作效率，从而促进我国公路工程检测事业的进一步发展。

作者：狄建英 单位：温州市交通工程试验检测有限公司

地质雷达论文:地质雷达对古建筑无损检测的影响

1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[4]。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。

2测量参数

100MHz天线：测量方式采用连续测量，时窗范围：150ns（较大探测深度可达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（较大探测深度可达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）[5]。

3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。典型地下空洞图像。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。从图2的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。

4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:地质雷达在地下管线探测中的应用

【摘要】掌握城市地下管线的分布、走向和埋深等信息具有重要的意义，但是使用传统金属管线探测仪无法满足探测要求。本文在简要介绍地质雷达的工作原理后，结合实际工程实例说明了地质雷达在地下管线探测中的作用。

【关键字】地质雷达 ； 地下管线 ； 探测 ； 应用；

引言

城市地下管线是现代城市的主要传导设备、重要的基础设施，担负着信息传输、能源输送等工作，而地下管线属于隐蔽性工程，我国现有的地下各类管线资料残缺不全，精度不够，给建设施工造成很大的不便。由于大量非金属管线的广泛应用，使用传统金属管线探测仪无法满足探测要求，因此对于非金属管线和较深管线来说地质雷达的作用就更加重大。

一、地质雷达工作原理

地质雷达利用超高频电磁波探测地下介质分布，工作原理是：发射天线以宽频带短脉冲形式向地下发射电磁波，地下介质将一部分电磁波反射回地面，并被接收天线所接收，地质雷达所接收的信号就是地下介质所反射回来的电磁波信号，当遇到电性差异较大的界面或目的体时通常产生较强的电磁波信号，通过分析反射电磁波信号的能量、频率等参数，就可以区分地下有电磁差异的目标体。

图1 地质雷达工作原理示意图

图2 地质雷达记录的回波曲线

电磁波的传播取决于物体的电性，物体的电性中有电导率μ和介电常数ε，前者主要影响电磁波的穿透（探测）深度，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，都会形成电性介面，雷达信号传播到电性介面时产生反射信号返回地面，通过接收反射信号到达地面的时间就可以推测地下介质的变化情况。

地质雷达在勘查中的基本参数描述如下：

1）.电磁脉冲波旅行时

式中：z-勘查目标体的埋深； x-发射、接收天线的距离；v-电磁波在介质中的传播速度。

2）.电磁波在介质中的传播速度

式中 c―电磁波在真空中的传播速度（0.3m/ns）； ―介质的相对介电常数， ―介质的相对磁导率（一般 ）。

3）.电磁波的反射系数

电磁波在介质传播过程中，当遇到相对介电常数明显变化的地质现象时，电磁波将产生反射及透射现象，其反射和透射能量的分配主要与异常变化界面的电磁波反射系数有关：

式中，r ― 界面电磁波反射系数； ―及时层介质的相对介电常数； ―第二层介质的相对介电常数。

4）.地质雷达记录时间和勘查深度的关系

式中z ― 勘查目标体的深度；t ― 雷达记录时间。

二、数据处理与图像分析

（1）雷达数据的采集是分析解释的基础，数据处理则是提高信噪比，将异常突出化的过程。将野外采集的地质雷达数据传输至计算机中，应用配套地质雷达处理软件进行处理。

预处理，即标点的编辑、文件头参数设定及距离均一化，进行标点的编辑主要是将漏打的标点补上，多余的删除，使隧洞内所标桩号与雷达图像上的标点对应起来，在此基础上编辑文件头，设定适当的参数，并进行距离均一化。

经过预处理后，便可进行滤波、反褶积等处理，由于雷达接收到的电磁波频率范围较宽，有一部分高频和低频的干扰波，因此必须根据天线的中心频率确定滤波通道，进行滤波处理；反褶积主要是压制强反射体等的多次反射，从而达到突出有效信息，压制干扰波的目的，得到异常较明显的雷达图像。

（2）地质雷达图像的分析有定性和定量两种，定性分析主要是从彩图及波形图对探测范围内的异常体进行判定，确定异常体的属性，定量分析主要是用于对目的体的埋深、规模大小等的确定。

异常体深度的确定主要依赖于电磁波在介质中的传播速度的确定。根据实测雷达图像确定电磁波双程走时；电磁波速度则是根据电磁波在介质中的介电常数ε来确定，从而计算出目的体的位置。

对探测体进行雷达扫描，形成基本的波形图像，根据电磁波波形、振幅大小及电磁波同相轴连续性的好坏来判断探测体内是否存在缺陷。如果被探体内有空洞、不密实等不均匀体存在，就会在雷达图像上出现强反射异常，主要表现为反射能量强，同相轴连续性较差等特点。

三、 在四川某工地的应用情况

作者在本文例举了某工区地下污水管道地下地球物理勘探工作，使用了地质雷达对拟建场地进行了高频电磁法物探工作。本次勘察工作的目的是对测区内的电力、电信、给水、排水、燃气、热力、工业、不明管道管线进行普查工作，查明其在地表的平面位置、埋深、走向、性质等属性，为工程地质评价和设计提供依据。

图3非金属管道探测图

非金属管线一般为混凝土管、塑料管等 ，其导电性差，而道路下土层中通常含地下水，因此地下土层的电导率相对非金属要明显低，当遇到发射波时，非金属管线也会产生明显的反射波，不过一般情况下，其反射波强度要比金属管线弱，在深度1.6米位置处，有明显的双曲线出现，连续性较好，埋深较深，管线较粗，弧形特征较为明显，推测为雨水管管线，这也是区分金属管非金属管的一个参数。

图4金属管道探测图

由于金属管线的电性（介电常数及电导率）与道路下土层的电性存在较大差异，因此管线顶部的反射波信号较强，上水管、煤气管均为金属管线，雷达波图像表现为“白色”，表示反射信号强。此外，由于管径较大，所以“弧形”宽度较宽。在深度约1米位置处，有明显的弧度，并延伸至深部，经过勘察与实际情况一致，推测为主上水管道。

四、 结论

地质雷达可以探测地下管线，并且可以弥补管线探测仪只能探测金属管线的不足，因此地质雷达在管线探测中可以发挥越来越重要的作用，但施工场地和地下地质条件比较复杂，解释中要综合考虑现场的实际情况，遵循从已知到未知，从简单到复杂，相对复杂条件下宜采用多种物探方法的原则。

作者简介：杜伟（1983―），女，从事地球物理勘查工作

地质雷达论文:地质雷达检测技术在公路工程检测中的应用实践分析

【摘要】现今我国公路道路的建设逐渐发展，并在规模上和投资成本上呈现逐渐扩大的形式，因此公路的路面的好坏将直接影响公路的整体运行质量，同样的公路投入运营的使用质量将直接影响投资建设的效益和公路形象。因此对公路工程的运营质量进行检测已经成为了公路维护的重要环节。因此随着公路检测的难度加大以及重要性的发展，新型的雷达检测技术得到了广泛的发展，它可以弥补过去随机测点方法在速度上和密度上的不足，实现公路检测的信息化和科学化，因此本文首先对雷达检测技术的特点进行概述，然后分析雷达检测的工作原理，然后通过某工程实例，来探讨雷达检测技术在我国公路工程检测中的实际应用。

【关键词】雷达检测；公路工程；应用实践

雷达检测技术在公路检测中的应用是指在不损害路面的情况下就可以对路面的结构层进行合理的、的掌握因此具有检测速度快，检测合理的独特优势，我国传统公路路面的检测都是通过钻芯取样的方法，来检测路面的实际厚度，因此会对公路的路面产生损坏，因此雷达检测的技术在今后的公路检测技术发展中将得到更广泛的运用。

一、雷达检测技术的特点

雷达的检测应用主要是通过超高频的脉冲电磁波来有效的探测地下的整体介质分布的一种物理检测手段。现今雷达技术应用的范围愈加的广泛，如建筑工程的地质探测、矿井探测以及公路路面厚度检测等多个领域，这与它独特的优势特点是分不开的，其中具体的优势特点有：（1）可以对路面进行无损性的探测，雷达检测技术在公路路面的检测中可以不进行损毁就可以进行连续的探测，因此省去了后面修补路面的成本和劳力，从而节约大量的成本和劳动时间。（2）检测效率高，雷达探测器可以实现数据的采集和应用成像的全过程，并且整个过程仪器操作较为简单，数据采集迅速，并且在车辆实际运行的状况下也能进行检测，检测的速度达到80km/h。（3）检测的精度高，同其它检测方法相比，探测雷达的实际分辨率可以达到厘米的等级，并且探测深度的符合率通常都小于5cm，因此探测的精度较高。（4）探测频带较宽，雷达探测器的无载频脉冲类型，可以拥有宽度较高的频带，因此可以通过信息处理技术的应用来提高公路检测的探测能力和信号的分辨效率。（5）较强的抗干扰能力，雷达中设有屏蔽天线，因此可以只接受地面探测的信号，避开其它电磁波的影响，因此具有较强的抗干扰能力。

二、地质雷达检测工作原理和依据

（一）地质雷达检测工作原理

地质雷达的检测主要是通过雷达探测器向地下目标发着脉冲式的高频电磁波来进行检测，当电磁波到达路面之后会根据不同的电性目标和介质，发散出不同散射和反射的现象。主要是指反射或散射出来的波频和波长会出现明显的差异，当电磁波到达地面后，地面反射的波频就会通过天线然后传输到频率接收仪器上，然后就会通过观测屏幕将检测图像具体的显示出来，然后路面的检测人员就可以根据图像的特征来分析路面运行的质量好坏，并可以迅速的采取相应的促使进行路面维护和补救。例如：当路面发生脱空的情况时，雷达探测器发射的电磁波遇到地下的脱空状态会反射出两条反射波，然后根据具体的工作原理，检测人员就可以实际的了解到路面是否发生脱空的现象，具体的路面脱空雷达检测原理我们可以从图一中形象的来看[1]：

图一：地质雷达检测路面脱空原理图

（二）地质雷达检测工作依据

地质雷达检测最为明显的特征就是对路面的无损检测，由于探测深度较小，数据的分辨率较高，公路检测目标周围存在电性差，当差值越小，反射的系数就越小，差值越大，反射的系数也就越大。因此我们可以根据路面的结构组成进行分析，通常情况下路面分为表面层，由水泥混凝土或者沥青改性材料修筑。基层和路基层，由水泥混凝土、稳定性碎石或者石灰的稳定材料等修筑。可以根据相关数据来确定各种材料的电性参数，公路表面层水泥混凝土电性参数为3-5，沥青改性材料为5-10。基层的电性参数通常情况下要不小于8。所以根据不同介质的电性参数可以为雷达检测提供良好的检测依据。

三、地质雷达检测技术的实际应用

我们主要通过对某个发生路面损毁的公路进行雷达检测技术的实际应用探析，运用CSSI SIR-20的地质探测雷达来具体的阐述检测技术的应用。

1.路面厚度的检测分析

通常情况下公路建设为了成本的节约，会减少公路路面的摊铺厚度来获得利润的增加，所以现在对公路的检测中路面厚度的检测指标已经成为了路面质量的重要标志。我们对某公路路面的检测设立IG形式的空气耦合天线，然后数据的采集点的距离为每米1点，然后通过雷达进行检测，检测完成后，选取70米的公路剖面长度进行取芯试样，总共设立3个取芯点，对及时个取芯路面厚度和雷达检测数据进行选取，然后根据雷达检测的具体时间来确定第二个和第三个取芯点的路面厚度，检测的结果说明，雷达检测的第二个和第三个孔位的厚度与实际钻芯取样的厚度的误差较小分别小于1.2毫米和负1.6毫米。所以地质雷达的检测数据和精度的满足相关的规定和标准。具体的对比表如表一所示：

表一：取芯厚度与雷达测定厚度对比表

2.公路路面病害的检测

某公路建设后，在长时间通车负荷的情况下发生了许多病害，我们可以利用地质雷达探测技术有效的检测路面病害的类型，然后采取合理的措施进行维护。首先运用具有400米的屏蔽天线的探测雷达对公路的病害进行检测，该公路的路面结构为沥青表层、水凝混凝土的底板和基层，然后进行分层探测，从雷达检测的图像进行分析，该路段存在的主要病害类型有许多种，我们对其病害产生的原因和防护进行分析：（1）基层的顶面较松散，主要是由于路面的施工时基层的材料配比不达标，路面的压实度不强，通车后长期受到雨水的侵蚀和车辆负荷的压力等就会造成这种病害的发生。在雷达的图像上这一类型的病害特征是路面基层的顶面起伏比较大，然后整体呈现松散的状况。（2）路面基层发生沉降病害，使结构层整体滑移，产生这种现象的原因是路面长期受到超载车辆负荷压力，或者公路在前期建设中基层结构不够密实。雷达成像的特点路面的剖面图呈现不平稳的下降趋势。（3）路基沉陷的病害发生，路基坍塌与路面建设不规范有关，会造成公路的局部段发生沉陷的现象。雷达检测图像显示基层发生塌落，顶面的起伏比较大[2]。

结语

随着我国公路建设的不断发展，地质雷达检测技术在公路工程的检测的应用中将会更加广泛，运用雷达探测仪进行公路工程的路面检测，不仅具有超高的检测精度和检测速度，同时还能较大限度的减少检测成本的应用解放劳动力，所以在未来的不断发展中，地质雷达检测技术在公路检测中将会进一步完善，为我国公路的合理建设和运营提供强大的技术支持。

地质雷达论文:地质雷达检测铁路挡墙注浆加固效果

【摘要】采用地质雷达检测方法对铁路挡墙病害情况进行检测，为确定整治处理方案提供依据；注浆整治后，对加固处理效果进行检测，通过注浆前后的雷达检测图像对比分析，评价加固处理效果，经实例验证，该方法可快捷、有效的对挡墙加固效果进行整体综合评判，应用效果良好，能够为以后同类工程的检测提供参考。

【关键词】地质雷达；注浆效果检测；铁路挡墙

前言

铁路挡墙病害威胁到线路行车安全，注浆充填是近年来应用较多的一种挡墙病害处理方案，通过在挡墙表面钻孔，利用注浆管将水泥浆液注入挡墙背后松散、脱空部位。由于注浆处理属于隐蔽工程，挡墙松散、脱空部位在注浆治理后，其浆液位置具有较大的不确定性，难以通过传统的取样、密实度等方法进行注浆加固效果检测。

地质雷达法作为便捷、高精度的探测手段，在工程病害探测和加固效果检测领域得到广泛应用。本文以沪宁城际铁路某挡墙注浆加固效果检测为实例，在整治处理前，对铁路挡墙病害情况进行检测，为确定整治处理方案提供依据；在整治处理后，对注浆加固处理效果进行检测，通过注浆前后的雷达检测图像对比分析，评价加固处理效果，以期为地质雷达的拓展应用提供参考。

1 地质雷达检测原理

地质雷达是一种利用电磁波对地下的或物体内不可见的目标体或界面进行定位的电磁技术。其工作原理就是利用高频电磁波（主频从数兆至上千兆赫）以宽频带短脉冲的形式，由地表通过发射天线向地下发射电磁波，由接收天线接收电磁波，当电磁波在地下旅行时，遇到具有电性差异的介质时（如空洞、分界面等），电磁波反射回地面由接收天线接收，根据电磁波的旅行时间、波形特征可以确定地下介质（目标体）的空间位置、几何形态（图1）。

当介质间的电磁特性差异越大， 其介质间的界面越易识别（物体的电磁特性主要由相对介电常数 和电导率L决定）。由于铁路挡墙混凝土墙体与墙后土体、局部空洞之间存在明显的物性差异，给地质雷达检测挡墙病害提供了地球物理勘探前提条件。

注浆处理前，由于挡墙背后填充物存在松散、不密实及空洞情况，地质雷达的反射波组比较杂乱，同相轴不连续，电磁波的能量消耗小，振幅较强；注浆处理后，由于浆体充填了挡墙背后填充物中的空隙，与原有填充物有效胶结在一起，雷达反射波组平直，同相轴较连续，能量消耗大，注浆前存在的脱空、不密实异常区域信号幅度变弱；通过对比上述特征，可以评价注浆加固效果。

2 工程实例

2.1 工程概况

沪宁城际铁路某中桥底部存在地方泵站，为防止泵站抽排水引起粉土层的进一步流失，消除安全隐患，根据工程地质、水文地质特征，结合既有工程及施工条件等因素，采用导管注浆等措施进行基底注浆处理。挡墙范围内采用小导管进行注浆，并于挡墙端部墙壁上设3排导管孔。小导管按正方形布设，孔间距2.2～3.1m，孔深4.6～5.2m。

2.2现场检测工作

（1）检测测线布置

挡墙注浆加固效果检测沿挡墙1～4m高度共布置三条横测线（图2），注浆前后分别检测一次，方便对比分析。

（2）采集参数确定

根据分辨率和深度要求，采用250MHz天线，连续采集数据模式，每秒扫描100道，采样长度60ns，每道采样点数1024。

2.3 检测数据解释

（1）注浆前挡墙病害探测

以Ⅰ测线为例，对注浆前挡墙病害探测情况进行分析。根据现场地质调查，同时结合地质雷达资料分析，线路中心左6.3m～左11m、右7.5m～右11.2m反射信号强，三振相明显，推测挡墙背墙体后存在脱空现象；线路中心左4.8m～右4.8m、右12.8m～右15.2m雷达反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续、较分散，推测挡墙墙体背后填充松散、不密实（图3）。

（2）挡墙注浆加固效果评价

评价方法：①对比加固前后雷达反射波组同相轴连续性；②对比加固前后同一异常的振幅变化。

评价标准：①反射波组同相轴平直、连续，且相对均匀；②脱空、不密实异常区域信号幅度变弱；以上特征有一个出现或同时出现，可认为加固有一定效果。

从图4可以看出，经注浆加固处理后，Ⅰ测线雷达同相轴较连续，且相对较均匀，注浆前存在的脱空、松散、不密实异常区域信号幅度变弱，说明经注浆处理后，挡墙墙体背后浆体充填均匀，注浆空洞和软弱松散等不均匀体有效固结为一个整体，背后填充情况得到改善，加固效果良好。

3结论

地质雷达检测对介质的电性特征变化有良好的敏感性，对注浆前后的电性差异有直观的反映，可用于表征介质的连续性，是探测介质结构和分布特征的有效手段。通过对比分析加固前后地质雷达反射波组同相轴连续性和同一异常的振幅变化，可以有效地对挡墙注浆加固效果进行评价。通过地质雷达在本次挡墙注浆加固效果检测中的应用，为以后同类工程注浆加固处理质量控制提供了参考。

地质雷达论文:地质雷达在基岩地区勘测中的应用

[摘要]因粘土颗粒本身带电荷，其电导率较砂土或基岩等明显较高，随着深度的加深，雷达信号衰减较大。本文通过地质雷达在天津蓟县山区勘测中的应用分析，表明地质雷达采用128道叠加可以较为有效的克服粘性土对雷达信号的衰减作用，进而测定天津山区基岩埋深，划分松散沉积层序。

[关键词]地质雷达 粘性土 电导率 基岩面

1前言

随着工程建筑、公路建设等行业的迅猛发展，原有的应用钻孔取芯或开挖抽样的质量检测方法不仅效率低、代表性差，而且对原有建筑有破坏，应用地质雷达检测可谓是一种无损、快速、简便、直观、有效的方法[1]。本文结合实际工程，通过钻孔取芯与雷达测试相结合的方法，对地质雷达在山区基岩埋深的测定作了一个系统的分析，重点分析了不同情况下的雷达波形及雷达测试过程中存在的实际问题。

2雷达波速的工作原理及地下介质传播的影响因素

2.1雷达波速的工作原理

地质雷达利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，通过天线T送入地下，经地下地层或目的体反射后返回地面，为另24小时线R所接收（图1）。脉冲波行程需时

当地下介质中的波速v为已知时，可根据测到的的t值（ns，1ns=lO-9s）。由上式求出反射体的深度（m）。式中x（m）值在剖面探测中是固定的：v值（m/ns）可以用宽角方式直接测量，也可以根据 近似算出（当介质的导电率很低时）[2]，其中c为光速（c=0.3m/ns），ε为地下介质的相对介电常数值，后者可利用现成数据或测定获得。

2.2雷达波在地下介质传播的影响因素

影响雷达波在地下介质中传播的电性参数包括介电常数、电导率和磁导率等。在地质雷达进行介质的探测中，决定电磁波场波速度的主要因素是介电常数。电导率和磁导率的影响一般只考虑对电磁波的损耗和衰减。

主要矿物的相对介电常数示于表1[3]。

3工程实例

本次拟建工程区上部覆盖层主要由上部人工填土、第四系全新统陆相冲洪积层粘土、上更新统坡洪积层粉质粘土为主，其下为中上元古界蓟县系雾迷山组第五段灰～白色泥晶砂屑白云岩和灰色含硅镁质、条带粉晶白云岩。其125号孔至127号孔间剖面采用100MHz屏蔽天线，8道叠加的相应雷达能量图。

通过钻探验证，在左侧起始125号孔一侧基岩面埋深约1.50

m，从雷达图中可以看出该深度处同向轴分叉、中断，波形振幅较强，且基岩处同向轴有一定倾斜，雷达图与钻孔对应较好；但在右端127号孔一侧基岩揭示基岩埋深约7.00m，而雷达图上电磁信号上部以均匀的中低频信号为主，下部信号杂乱，同相轴不连续，且振幅较弱，与钻孔对应较差。推测因粘性土对电磁信号屏蔽作用较强，在粘性土厚度较大时，其探测效果不能满足要求。为验证上述结论，又在144号孔至103号孔间采用地质雷达采用同样参数进行探测，其能量堆积图。

经钻孔验证，在144号孔至103号孔之间基岩面埋深普遍在6.00～7.00m左右，而在雷达能量堆积图上信号以均匀的中低频信号为主，信号振幅较强，且有多次震荡，在探测深度6.00～7.00m段，雷达信号振幅较弱，同相轴时断时续，无可以识别的标识。而在103号孔一侧尚有回填土坑，坑底埋深约3.50m，从雷达能量图上看在距离144号孔72m处，雷达参考深度约4.00m处，雷达同相轴分叉，且以上同相轴有所倾斜，推测为填土分界面，这与调查的情况相符。通过上述试验，表明雷达能量信号在较厚粘性土层中衰减较大，雷达信号采用常规的8道叠加对于场地不适用。

为解决粘性土中衰减较大的问题，以便探测岩层覆盖层厚度问题，将探测时雷达能量叠加道数从8道加大到128道，其雷达能量图。

从图4可以看出可看出，将雷达的扫描道数从常规的8道加大至128道，信号效果明显提升，在探测深度6.00m以上同相轴连续有规律，波形均一，有多次震荡，推测为第四系全新统陆相冲洪积层粘土，在探测深度6.00至9.00m之间同相轴较为连续，略有起伏，推测为上更新统坡洪积层粉质粘土，在9.00～10.00m以下，信号微弱，振幅较低，频率变化较小，推测为中上元古界蓟县系雾迷山组第五段白云岩，图中粘性土层及基岩面分界清楚，识别效果较理想。经钻孔验证，与实际地层相符。

4结论

（1）对于基岩埋藏较浅的情况，地质雷达信号采用8道叠加识别效果就可满足要求，当对于基岩界面较深的情况，需从常规8道叠加增大到128道，才可取得较为满意的效果。

（2）因为粘土颗粒本身带有电荷，其电导率较粉土颗粒、砂土颗粒及基岩等明显较高，因其含量的不同，不同的粘性土电导率差异也较大。在粘性土中，随着深度的加深，其有效信号衰减较大，而高频噪声信号较强，采用8道叠加有时很难分辨其出来，同时亦可考虑低频率天线等在此等环境下衰减较小的天线，对粘土层也能取得较好的效果。

（3）因覆盖土层中的碎石，不规则的基岩面、岩石裂隙、以及风化层的存在使得在雷达记录中土及基岩界面的识别亦变得困难。

地质雷达论文:地质雷达探测物探技术分析

【摘要】本文受北京西亚建筑市政工程有限责任公司委托，我单位于2011年9月20日对唐家岭旧村改造项目外部电力管线友谊路区（土井村二街―邓庄南路）电力隧道工程进行了地质雷达检测，其检测目的为检测管道围土是否存在因施工等因素造成的空洞、扰动和松散区域，确定异常区的位置、大小、深度、松散程度等参数，并对异常区提出是否需要进行处理的建议。另外需要对隧道初衬每榀钢筋间距和隧道一衬结构厚度进行检测。

一、工程概况

工程场地位于北京市海淀区友谊路沿线。隧道规格为2m*2.3m，拱顶位于地下约6m左右，下部地层主要为中粗砂土质，上部地层主要为粉质粘土，土层稳定，可塑性强。地下水位较底，隧道内部较干燥，未见明显渗水滴水现象。隧道全长80m，根据现场实际情况共布设测线5条（图1），测线总长度约400m。

二、现场检测

1.仪器设备

作为目前的、能做连续测量的工程物探检测仪器，探地雷达具有非破坏性、分辨率高、检测速度快的优点，在检测中视为好的方法之一。本次检测采用了意大利产RIS-K2型双通道主机雷达、专用笔记本电脑、1600MHz天线和600MHz天线，探测深度分别为3m和1m。

2.地质雷达探测方法原理

探地雷达由一体化主机、天线及配套软件等部分组成，根据电磁波在有耗介质中的传播特性，地质雷达以宽频带短脉冲的形式向介质内发射高频电磁波（几MHz-几GHz），当其遇到不均匀体（界面）时会反射部分电磁波，其反射系数由介质的相对介电常数决定，通过对雷达主机所接收的反射信号进行处理和图像解译，达到识别隐蔽目标物的目的）。

反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差异越大，反射信号越强。

雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和中心频率。导电率越高，穿透深度越小；中心频率越高，穿透深度越小，反之亦然。

三、检测结果与分析

1.资料分析与解释

地质雷达工作时，在雷达主机控制下，脉冲源产生周期性的毫微秒信号，并直接馈给发射天线，经由发射天线耦合（本次所使用的天线是地面耦合天线）到地下的信号在传播路径上遇到介质的非均匀体（面）时，产生反射信号。位于地面上的接收天线在接收到地下回波后，直接传输到接收机，信号在接收机经过整形和放大等处理后，经电缆传输到雷达主机，经处理后，传输到微机。在微机中对信号依照幅度大小进行编码，并以伪彩色电平图/灰色电平图或波形堆积图的方式显示出来，经事后处理，可用来判断地下目标的深度、大小和方位等特性参数.。探地雷达所接收的是来自地下不同电性界面的反射波，电性界面包括各结构层的分界面和目的体界面。

地质雷达数据处理包括预处理（ 标记和桩号校正，添加标题、标识等）和处理分析，其处理流程，其目的在于压制规则和随机干扰，以尽可能高的分辨率在探地雷达图像剖面上显示反射波，突出有用的异常信息（包括电磁波速度，振幅和波形等）来帮助解释。探地雷达的图像解释是最终目的，其正确解释取决于检测参数选择合理、数据处理得当、模拟实验类比和读图经验等因素

2.典型松散区域雷达剖面图

上图为同一松散区域的两条平行测线，图中黑色框内为典型松散区域图像，位置在距离测线起点约5米左右，埋深在3―6米，松散区域沿测线方向长约25米。

3.检测结果

经过对原始数据的处理分析认为：

（1）隧道初衬每榀钢筋间距为490mm―510mm，符合设计要求。

（2）隧道初衬厚度约为250mm―280mm，符合设计要求。

（3）雷达信号显示，隧道周围探测范围内未发现松散、空洞、水囊等不良地质现象。

四、结论与建议

1.结论

通过反复对多组数据进行分析对比，结合现场实际情况，综合分析认为：钢筋布设间距和初衬厚度都符合设计要求，隧道周围未发现松散、空洞、水囊等不良地质现象。

2.建议

（1）现场探测的测线起点位置都进行了标记，异常区域的位置按照起点标志点测算。建议对异常区进行孔探，以核查异常范围和深度，并对异常区进行及时处理。对于无法布置测线的区域，根据实际情况对测线进行了合理平移处理。

（2）由于工程现场场地条件复杂，金属构筑物较多，土体含水率较高，电磁波衰减较快、雷达分辨率、图纸进行过修改等特殊原因的限制，雷达在本次探测可能存在误差，甲方在使用图件施工时需综合考虑。

（3）本次探测结果仅为单条测线下方的信号显示。由于物探原理和探测方法限制，在一定程度上不可避免的存在一些的误差，建议将本探测结果仅做为降损参考使用。在可能影响到设计施工或安全时，建议用多种物探方法进行详细探测，相互验证，确保其安全。