地质雷达在公路及隧道工程检测中的具体应用

摘要：本文主要就地质雷达工作原理以及相关的数据采集工作内容进行简单的分析以及阐述，同时，对某试验工程实际情况以及资料，建立在不同介质的基础上，对公路隧道检测过程中的地质雷达具体应用进行分析介绍，经过相关实践结果证明，这样的方法是可行的。

关键词：介电常数 地质雷达 检测 公路隧道

一、地质雷达进行检测过程中基本的原理分析

所谓的地质雷达，其实就是一种通过高频电磁波方式进行信号探测的探测办法，其本身是利用物体结构内部的电磁波信号在传递的过程中实际的运动特点来实现相关的检测的。一般情况下，常常被应用在一些对象比较复杂、区域面积较大、并且进度要求较高、检测速度比较突出的特殊环境下。

对于地质雷达的组成而言，其一般情况下通过下面的两个部分共同组成，一个是天线，另一个便是控制主机。而控制主机的作用便是对控制信号进行提供，而天线这是用于对高频电磁波进行发射以及接受。对于地质雷达而言，其主要使用的电磁波为几十赫兹一直到几千赫兹频段，一般所使用的形式为宽频带短脉冲形式。并且通过天线发射装置直接发送到地下位置，并且经过地下目标本身所释放的放射以后回到地面装置，同样被天线接收装置所接接收。对于地质雷达而言，其天线种类主要区分为双置式以及单置式两种类型，对于单置式而言，其主要特点便是接收器以及反射器都是融合一体的；而对于双置式而言，其主要是接收器以及反射器相互分离。

二、地质雷达相关技术参数分析以及数据采集分析

（一）相关技术参数浅析

某试验工程在进行质量检测的过程中，其所使用的地质雷达类型为美产的sir20类型，就目前而言，该类型地质雷达是世界上技术最靠前的地址勘探雷达种类，其主要的技术参数包括有以下方面：

其处理器类型为双通道实时类型的数字采集装置，工作中可以同时对2条通道的数据进行有效地记录，并且在4组数据收集后完成相应的处理分析工作；对于其主机而言，其通常情况下能够适用于所有频段的雷达天线。其适合的频率范围包括有1.60mhz一直到2.20ghz；可实现的量程增益为-22db到100db的氛围中，可以选择自动增益或者是通过手动选择的方式。在进行增益曲线的段落选择过程中，可以从1.2～8当中进行对应的选择。对于其滤波器而言，还是有自动选择以及用户手动选择两种方式，其中包括有水平滤波以及垂直时间域的滤波。其有效地扫描速率包括的范围有最小2次，直到最大800次地扫描。并且还拥有dsp数据采集系统；其信噪比大于100分贝，有效动态范围为120分贝，有效记录长度为120分贝。

（二）数据采集浅析

在某试验工程进行的过程中，我们按照隧道相关的质量检测规范以及标准，顺延这隧道内部的左右弓腰部分以及边墙部分进行5条测试轴线的布置，具体的布置示意图按照下图1中所示，在进行实际的操作过程中，在车上便将地质雷达的主机进行安装，并且由相关工作人员持天线送到固定的测试位置，在进行实际的采集过程中高的时候，挖掘机以及车，或者是操作人员以及车必须保持匀速缓慢前进的状态，以方面对数据进行采集。

在以混凝土作为测试例子进行估算的时候，其相应的相对介质参数为6.4，并且在其中其电磁波有效的传播速度保持为0.120m/ns，并且其衬砌厚度最大值则是保持在1.101m左右，并且可以根据相关的公式对时窗值进行计算。在进行外设天线的选择过程中，选择双置类型的天线（规格：900mhz）；在进行数据采集方式的确定过程中，选择线测的方式进行，对于一些异常的区域，通过点测或者补测的方式进行，在进行增益方式的选择过程中，一般情况下选择 5点进行自动增益。

三、地质雷达实测数据分析与解译

雷达记录资料中，同一连续界面的反射信号形成同向轴，依据同向轴的时间、形态、强弱、方向反正等进行解释判断是地质解释最重要的基础。同向轴的形态与埋藏的物界面的形态并非完全一致，但经过细致的分析研究，还是能够较为准确地判断其物界面。下面就针对隧道检测的基本项目对地质雷达数据分析加以说明。

（一）隧道衬砌厚度检测

足够的隧道衬砌厚度是隧道力学承载能力及使用寿命的重要保证，采用SIR-20型地质雷达能够准确、迅速、直观地检测出隧道衬砌厚度，检测方法采用五测线法（见图1）。二衬、初支与围岩之间由于组分及物性差别较大，介电常数差别较大，反射波形振幅较大，反射界面较明显，判断衬砌厚度较容易。

（二）脱空区检测

脱空区是隧道工程常见的病害，对隧道的质量有着严重影响。通常，在脱空区内填充有空气，局部富水段填充有水，而水与空气和围岩及衬砌介电常数差别较大，因为混凝土和围岩的波阻抗差异很大，反射波正反相间，波相先蓝后红，反射很强，脱空区断续蜿蜒，位置清晰明显，极易辨别。

（三）回填欠实检测

回填欠实也是隧道的常见的质量隐患，严重影响隧道的使用寿命，易造成隧道衬砌漏水、开裂，可采用地质雷达检测出。

如图2所示，回填欠实区在雷达图像上反映的波形比较杂乱，反射振幅忽强忽弱，相位变化比较大，在该区域，回填一般采用片石，片石之间有很大的空隙，使波的反射较为杂乱。

（四）混凝土裂缝检测

在衬砌的施工中，由于施工过程中的工序安排不当、混凝土龄期不够、外界温度的急剧变化等因素，经常会使衬砌混凝土产生裂缝，严重影响了衬砌的防水及承载能力，因此，采用地质雷达检测混凝土的裂缝情况有着重要意义。

结束语

在进行实际检测的过程中，地质雷达能够有效地将相关信息进行收集以及分析，并且对整个隧道质量进行科学性评估，同时将相关隐患在实际使用以前便尽可能排除。但是就目前而言，仍然存在一定的盲点，但是经过相关研究人员不断的研究以及试验以后，其一定会得到不断地完善以及改进。

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