时间：2023-05-30 09:12:21
关键词：地质雷达；地质灾害；调查
地质灾害是由于各种(自然的或人为的)地质作用导致地质体或地质环境发生变化，给人民的生命财产、生存环境以及国家建设造成损失的灾害事件的统称。近年来，许多地区各种地质灾害(滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等)频发，给当地的经济建设和人民生命财产安全构成了严重威胁。我们知道，任何地质灾害的发生、发展都会引起地球物理场的变化，因此，加强对地质灾害勘查与治理过程中的物探工作研究是当今环境地质工作中的一项重要课题。
1.地质雷达用于地质灾害调查的可行性
常见的地质灾害主要有地震、地裂缝、地面沉降、岩溶塌陷、滑坡、崩塌以及泥石流等。严格地讲，任何一种地质灾害的发生都会在介质(土壤、岩层等)中留下痕迹，即通常所说的介电界面，如地裂缝留下的裂隙、活动断裂留下的破碎带、滑坡留下的滑脱面以及塌陷留下的地穴或陷坑等，这些界面两侧介质的物性差异很大，致使电磁波穿过该界面时的反射能量发生增减、波形幅值出现明显变化，据此可解译出该界面的准确位置及大致形态等相关信息，因而，探地雷达用于地质灾害调查是可行的。并且由于使用了高频、宽频带、短脉冲及高速采样等技术，其探测精度及速度均高于其它种类的物探手段。
2.地质雷达在地质灾害调查中的应用
2.1工程概况
工程位置位于重庆市沙坪坝区歌乐山镇天池村、新开寺村，该区地表主要岩性为灰岩，区内横向河谷发育，水源丰富，地表灰岩有溶蚀环境。该区域近年多次发生塌陷地质事故，部分民房出现不均匀沉降、开裂等不良现象，且该现象有继续加剧的趋势。为提出合理的治理方案，需要对该区域的岩溶分布进行较为详细的了解，故采用地质雷达对该区域进行探测。由于测区位于居民区，房屋、沼气池、沟渠、地形大起伏等原因对雷达探测效果均会造成一定的不良影响。
2.2探测原理及仪器
探测设备为用美国地球物理公司（GSSI）的SIR-2000型地质雷达，100MHz地质雷达天线。雷达波法检测是利用高频电磁脉冲波的反射来探测目标体的，它通过发射天线向介质发射高频带、短脉冲电磁波，通过接收天线接收其反射波。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度、能量衰减及波形变化将随所通过介质的电磁学性质及几何形态的变化而变化。介质的电磁学性质主要包括导磁率μ、导电率σ和介电常数ε，它们与介质的组成物质、密实程度密切相关。根据雷达波的旅行时间、幅度与波形等实测数据，即可探测介质的构造分布及其相关深度等。测试记录如图1。
图1：异常界面雷达典型记录
测试按现行《水电水利工程物探规程》（DL/T5010－2005）、《城市工程地球物理探测规范》CJJ7-2007标准执行，仪器参数设置如下：增益：0～66db；采样点数：2048点；发射速率：主要为50脉冲/秒；时间窗口：500ns；滤波系统：20MHz～200MHz。
2.3地质雷达在地质灾害调查中的应用
2.3.1地质雷达应用范围
2.3.1.1在地裂缝调查中的应用
地裂缝是一种常见且比较严重的地质灾害，地下水过量超采、地面不均匀沉降、断裂活动、砂土液化以及地震活动等均可引起地裂缝。由于地裂缝在地表断续出露，刚出现时规模较小，甚至宽仅数mm，不易引起人们的注意。由于其规模较小，以往常用的超声波法很难探测其横向及纵向的延伸变化情况，而使用地质雷达则可有效地解决这些问题。
2.3.1.2在岩溶塌陷调查中的应用
在隐伏基岩为灰岩及白云岩等可溶性岩石的地区，岩溶塌陷是一种较为常见的地质灾害，由于地下水的溶蚀作用，基岩中出现溶洞，溶洞的扩大可导致其上部覆盖层中形成土洞而造成塌陷。由于这一切均发生在地下，隐蔽性较强，不易引起人们重视，隐患也就更大。在这方面的调查中，地质雷达具有较大的优势。
2.3.1.3在滑坡调查中的应用
在斜坡地貌发育的地区，滑坡是一种较为常见的地质灾害，地表流水的侵蚀、地下水的潜蚀和溶蚀以及工程荷载和地震作用等都可能引发滑坡。滑坡体下滑时与母体之间的分界面称滑坡面。在工程方面，为了对滑坡灾害采取有效的防治措施，首先必须要找出滑坡面。一般采用的是电测法及地震勘测法，但这两种方法的花费较高，且受地质因素的干扰较大，远不及地质雷达快速、高效和经济。
2.3.1.4在活动断裂调查中的应用
活动断裂作为一种巨大的灾害隐患已引起人们的注意和重视，它可以诱发地震、地裂缝以及地面沉降等多种地质灾害，危害极大，如果能准确地确定出活动断裂的位置，从而在以后的工程建设中避开或采取有效的防护措施，可以最大限度地减少损失。在活动断裂的调查方面，快速、高效、经济的地质雷达已逐渐取代了钻探及变形监测等传统方法。
2.3.2探测结果
本次测试共计14条测线，长1479m。各测线所得雷达测试图像清晰，满足预期探测要求。本文对其中3条测线进行了分析阐述。
2.3.2.1测线1
测线长145m，覆盖层厚度为1.2~2.5m之间。详细探测结论见表1与图2。
表1：探测结果
图2：测线1成果图
2.3.2.2测线2
测线长145m，覆盖层厚度为1.2~2.5m之间。详细探测结论见表2与图3。
表2：探测结果
图3：测线2成果图
2.3.2.3测线3
测线长145m，覆盖层厚度为1.2~2.5m之间。详细探测结论见表3与图4。
表3：探测结果
图4：测线3成果图
3.结束语
关键词：地质雷达、电磁波、介质、波速、天线、时窗
地下管线普查多采用快速高效、简便灵活、技术成熟、精度高成本低的管线探测仪进行探测，但由于其工作原理，不能用于探测非金属管道（如水泥管、塑料等材质的管线），要解决此类管线的探测问题，就要借助于地质雷达了。
一、地质雷达的工作原理
地质雷达是通过发射高频宽频电磁波(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向地下发射，当发射波遇到地下介质分界面时发生反射，并返回地面，被接收天线接收，并由主机记录下来，形成雷达剖面图。
根据电磁波理论，当电磁波穿过层状介质时，由于上下介质的电磁特性不同而产生折射和反射。
电磁波在介质界面的折射和反射特征由折射系数T和反射系数R表示，对于非磁性介质，当电磁波垂直入射（θ=0）时，可以用下式表示：
式中：ε1、ε2 分别为上下介质的介电常数。
由上式可知，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。地质雷达发射的电磁波向下传播遇到这些反射界面时，就会产生反射。当结构层发生异常（如出现空洞、地下管线穿越等），在雷达资料中便会出现明显的特征反射。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。利用接收波的旅行时间、幅度、波形及波速等资料，可判断出介质的结构、构造，并计算出埋设物的平面位置和埋设深度。
由于电磁波在金属中不能传播，因此，电磁波到达金属界面时几乎完全被反射回来，所以成像最好。非金属管线则不同，因材质不同，或多或少的都能使一部分电磁波在其中穿行通过，反射回来的就较少，成像效果就要打折扣。另外，因管线周围介质是时刻在变化的，因此经常会出现同一目标管线上多条剖面探测效果不同，有的非常清晰，有的非常模糊难以判断。
二、地质雷达的参数设定
2.1波速的设定
选择有代表性的已知出露管线进行试验，大致确定介质及其结构，多测几处并对它们汇总统计，作为探测时的依据。要探测管线深度计算采用试验时相近似环境下的波速计算结果。
2.2天线的选择
管线一般埋设深度大多在0.5―2米，一般普查要求管径多大于100毫米，因此天线一般选择350MHZ较为合适，若要兼顾到更小管径的管线，则要提高分辨率，就必须选择频率更高的天线。频率越高分辨率越高，能探测到的目标体就可以更小，但探测的深度就会减小，反之频率越低分辨率就越低，但穿透性更好，能探测较深的目标体。因此，要根据需要探测目标体的具体情况选择合适的天线，方能达到较好的效果。
2.3时窗的确定
时窗的选择也非常重要，若时窗设定过小就会有异常丢失，若时窗设定过大就会减小竖向分辨率从而可能使异常弱化难以判断。探测时以管线异常位于时窗的中偏下位置效果较好。
三、地下管线的雷达图像异常特征
管线为圆形管道时雷达图像为向下开口的抛物线，盖板沟或水泥预制管块时雷达图像为中间是平面状，两头则是半支向下开口的抛物线。下面的雷达图像是在焦作市的雷达图像。
关键词：公路隧道 地质超前预报 地质雷达
1 引言
在山岭公路隧道施工中，隧道工程地质对隧道施工的安全性具有十分显著的影响，因此，预先掌握隧道掌子面前方的地质情况，对保障施工安全，预防塌方、涌水、突泥等灾害，优化施工工艺和设计参数具有十分重要的意义。隧道施工过程中的超前预报工作是隧道施工过程中的一个重要组成部分，是实现合理的施工组织，避免意外事故，保证施工安全和质量，加快施工速度，按期完成隧道施工任务，节约工程投资的必要保证。
2 隧道工程概况
盐水坳隧道位于广东省梅州梅县与梅州大埔县交界处，本隧道为小净距分离式短隧道，起止桩号左线ZK36+596～ZK36+885，长289m；右线K36+610～K36+895，长285m。隧址区属于华南褶皱系粤东北-粤中拗掐带之永梅凹褶断束内，所见晚古生代地层褶皱为过渡型褶曲，上部被上三迭-下侏罗统地层不整合覆盖，形成于印支运动，伴有永梅区域动力变质岩带的发育，并为中、新生代岩浆岩、火山岩、红色盆地和断裂所叠加，形态不完整；隧址区属于单斜地层，倾角16～25°，岩性为侏罗系金鸡组砂岩、泥岩。
3 超前地质预报的方法和原理
物探法是目前隧道地质超前预报较为先进的方法，主要有声波测井法、声波透射法和波反射法，其中以基于波反射法的地质雷达和Tgp最为常用。波反射法主要是利用声波、超声波、地震波及电磁波在地层中传播、反射，然后通过信号采集系统接收反射信号，借助分析软件解译隧道掌子面前方反射界面（断层、软弱夹层等）距隧道掌子面的距离进行预报。本文主要介绍地质雷达方法。
地质雷达（Ground Penetrating Radar ，简称GPR）方法是一种用于探测地下介质分布的广谱（1MHz—1GHz）电磁技术。地质雷达用一个天线发射高频电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。通过对接收的反射波进行分析就可推断地下地质情况。
对于不同深度、不同岩性的探测目的层与目的物，在应用地质雷达检测时，需选择相应频率的天线和适当的仪器参数。要探测到较深的地质情况，就必须选用相对较低频率的天线，本工程检测选用了100MHz天线。
在掌子面上布设测线或测点，由天线向地层中发射一定强度的高频电磁波，电磁波在传播过程中遇到与周围电阻抗有差异的地层或目标体时，部分能量反射回来，被接收天线所接收，通过分析雷达图像特征，预测前方围岩情况。该方法分辨率较高，方向性较好，能够分辨出较小规模的地质异常，能及时预报出掌子面附近的破碎带、溶洞及赋水等不良地质情况。地质工程师根据区域地质知识和经验，综合分析判断，对掌子面前方的地质情况进行预测，并对地质预报仪及地质雷达探测出的地质现象做出合理的解释。
现场预报时，采用SIR-3000型地质雷达沿掌子面进行测试，每次预报范围10～35米。
4 超前地质预报的具体应用
掌子面里程K36+820，围岩由强风化砂岩组成，岩体破碎呈块～块碎状结构，节理裂隙较发育，强度及稳定性差，整体稳定性较差，本次采用了连续线测及点测试方法，测线、测点布设见下图
图1雷达测线及测点布设图 图2 雷达测试波形图
本次雷达预报探测范围K36+820～K36+855段计35米，从点测及线测结果来看：本测段范围内雷达反射波波幅及相位变化不大，预计该段围岩特征与目前掌子面基本相似，岩体破碎，节理裂隙较发育，强度及稳定性差，受构造影响严重，拱顶岩体组合受震动易掉块、坍塌，岩块结合性较差，整体稳定性较差。相比较而言，距目前掌子面5～15米（即K36+825～K36+835）范围雷达电磁波反射较强，反射界面较多，预计本段范围内节理、裂隙极发育，呈碎～碎状结构，层理明显，围岩较破碎，含水量稍大或存在夹层，围岩整体稳定性较差。拱顶层面组合受震动易掉块、坍塌，应根据炮孔钻进情况谨慎掘进，并注意加强支护，做好施工安全监控。
5 结语
目前，盐水坳隧道已经贯通，由于经济技术水平的限制，期望在施工前的勘测设计阶段，将所有可能存在的不良地质问题搞清楚是极其困难的。为了保证隧道快速、安全、经济、顺利进行，避免或者尽可能的减少地质灾害的产生，隧道超前地质预报是强有力的保证。本文就盐水坳隧道工程的特点只简单阐述了地质雷达方法，对于不同的隧道工程，应根据隧道工程自身的地质特点及问题选用合适的超前地质预报方法，以针对工程的特点满足其准确性及针对性。
参考文献：
[1]张建华.地质雷达在隧道施工质量无损检测中的运用【J】.山西建筑，2010，36（5）：334-335
关键词： 地质雷达，路面检测，技术简述
Abstract: this paper expounds the working principle of geological radar, this paper introduces the development situation of geological radar, this paper introduces the technology in the road surface testing field application direction, finally to the technology in highway engineering application in the field of disadvantages.
Keywords: geological radar, the road test, this technology
中图分类号：X734文献标识码：A 文章编号：
近年来，随着我国公路建设规模的不断增加，相关的质量检测任务日益加重。然而，公路路面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工程的检测领域，才为该类问题的解决打开了局面。
地质雷达技术简述
地质雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)又称探地雷达、地面探测雷达，是用高频无线电波（频率一般介于1MHz～10GHz）来确定地下或者岩体介质分布状况的一种探测方法。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。使用探地雷达对路面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工程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线波电磁脉冲，电磁脉冲在介质传播过程中遇到不同电性介质界面时会产生反射。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，采用不同频率的电磁波。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～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
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。1960年，John C. Cook等提出了采用雷达波探测地下介质层并开发了能够探测地下介质的雷达系统。上世纪70年代以后，随着电子技术及现代数据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，其应用范围不断扩大，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在公路路面检测中的应用简述
地质雷达技术早期在公路工程检测领域中的应用主要是探测路面结构层的厚度。近几年，人们开始致力于研究应用地质雷达探测路面工程及其相关结构层的病害和缺陷，解决公路工程施工过程和使用期间中的工程问题。本文中通过使用瑞典MALA公司的地质雷达，结合工程实践，对地质雷达在检测路面结构中常见的应用做简单的介绍：
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。图1是一段公路的雷达波形图，从图中可以清晰的看到道路的面层、上基层、下基层的分界线，可以由软件识别出指定桩号的各结构层（尤其是面层）层厚，为施工过程中的质量控制提供了有力保障。
图1各结构层层厚分布情况图
2)公路使用期：使用地质雷达对公路定期进行快速、连续检测，结合路面外观普查。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公路质量变化情况，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。图2方框中所示为新铺路面与原有旧路面结合处有填料不密实现象，图3方框中所示为路面与基层之间存在脱空或者高含水区域。
图2新铺路面与原有旧路面结合处填料不密实
图3路面与基层间脱空或高含水区域
4 结论
所谓的地质雷达检测技术其实指的是一种具有精度高，与此同时还可以快速成像的高科技技术之一。归纳的说，其实这项技术主要就是借助地质雷达根据所要检测的物体属性发射与之对应的电波，不仅如此，还可以适当的接收部分对该物体加以判断的发射波。经过多年来的努力研究以及在各个领域中的广泛应用，地质雷达检测技术作用十分显著。
1 地质雷达技术的发展状况以及勘测误差分析
1.1 发展状况
如果仅仅论地质雷达概念的提出可以追溯到20世纪10年代，然后在人们对其不断加强研究的过程中得到越来越为迅猛的发展，而且涉及到的领域也是越来越广泛。但是值得我们注意的是，由于雷达所发射出的电波稳定性较差，外加比较复杂，这样一来就会对地质环境造成很大的破坏。鉴于此，一直到20世纪70年代后，随着各种电子技术的兴起与发展，雷达技术的应用领域也随之广泛起来，并于80年代终于使得第一台雷达设备问世。自从这台雷达设备的出现，广大研究学者产生极其浓厚的兴趣，并在未来的时间里取得了一些重大突破，其中以成像技术为代表，这样一来就可以在很大程度上提高了它的分辨率，大大帮助到了路桥检测。
1.2 地质雷达产生误差分析
就这一点上来看，主要表现为：（1）反射信号时间差。通过调查发现，要想十分准确地对反射信号时间差进行记录，我们首当其冲需要做的就是根据实际需要确定计算时间的起点。话虽如此，但是我们要是将探地雷达的触发点（反射信号的）看作是物理时间的起点位置依然会存在一些问题。首先，直达波信号和地面反射信号的干扰如果比较强烈的话，会使整体记录面貌变坏，这样一来就会在一定程度上影响增益设置以及自动增益的使用效果。除此之外，天线的位置通常情况下都会随着路况的不同而出现起伏颤动，在这个时候我们要想准确无误的识别地面反射点的位置并非易事。鉴于此，要想尽可能的提高起始零点的标定精度，我们最为常用的做法就是将地质雷达配备自动调零设置，设同时将时间起点移到地面反射信号位置。
2 在公路检测中的实际应用
通过以往大量的应用结果表明，公路路基在通常情况下会由于含水量过高、承载力较低、压实度无法达标等综合原因，会在很多时候造成路基产生过量沉陷，这样一来就会形成空洞或者暗穴，情况严重的话局部还会产生滑坍等。另外，还会因为公路结构层透水性差而造成局部出现集水现象。如果是这样的话就会产生软弱体等病害。通过多年的实践情况看来，形成公路病害的原因是多种多样的，有本身质量所导致的，也有自然风化或者是外界作用产生的。有一点值得注意的是，路基和路面问题通常是结伴而行的，而并非独立存在，因此在调查公路病害的过程中，查明“病因”显得尤为重要。以下就是地质雷达技术在路桥检测中的几种主要应用。
2.1 检测公路基层与路基损坏程度
通过实践表明，如果检测出基层及路基损坏的区段较多的话，在雷达资料上的结构层会表现为界面反射凹凸不平，反射波出现一定程度的扭曲。虽然说该段基层反射波起伏比较小。但连续性在通常情况下不是十分好的。如果发现路床反射非常微弱，但反射起伏程度比较大，这就可以从侧面说明路基及基层已遭受外界的破坏。
2.2 检测公路路面裂纹
通常而言，裂纹在高速公路病害异常中是肉眼难以捕捉到的。我们可以根据雷达探测原理可得出以下结论：频率越高，探测越浅，分辨率也会随之越高，反之亦然。从这一点上来看，雷达探测在通常情况下可有效解决浅层部位的裂纹异常现象，如果是深部的裂纹我们最好的办法就是采用超声波探测法。主要表现为向两边分散的产生一定角度的同相轴。
3 地质雷达技术在修建桥梁工程中的实际应用
通过多年的实践表明，地质雷达技术在桥梁修筑中的应用主要表现为以下几个方面。
3.1 地质雷达应用于桥梁施工前的地质勘察
换言之，就是可以通过这种地质雷达来有效检测出地质条件，从而发现一些溶洞、夹泥层以及裂缝等所谓的不良地质体，这样一来就可以很好的提醒施工单位进行安全施工做好充足的准备，比方说某一个桥梁沉降检测中，发现该桥梁竣工通车之后在很短的时间里有部分桥面出现了不同程度的下沉，在这个时候我们应用地质雷达就很容易的发现这是由于地层的底部位置存在较多的裂缝带以及溶洞。
3.2 地质雷达应用于桥梁施工过程中
通过多次的实践发现，在桩基施工之前我们可以通过雷达来有效的检测出基地的实际地质情况，并且在第一时间内发现溶洞或者夹泥层等一些不良现象后迅速的予以处理，从而保证施工质量能够达到设计要求，比方说在LTD2100+GC400兆赫的检测过程中，施工人员可以在基底位置布置两条测线（具体是安置在哪个位置依据实际情况而定），然后可以沿着边线紧紧贴住移动地面天线进行检测。经过正确的操作过后发现在基底下方的3m处存在较为强烈的反射信号，工作人员挖开后果然是夹泥层，这就证明了雷达检测结果的准确无误。
3.3 在桥梁建筑竣工后进行验收以及维护中的应用
我们可以发现，在竣工后我们可以通过地质雷达技术正确的检测出钢结构的水平以及垂直分布情况，与此同时还能够发现桥梁结构的内部存在哪些不足之处等，如果一旦发现钢结构分布情况与设计资料当中的路面厚度不相符合，或者是施工与运营过程中所导致的内部缺陷等相关问题后，施工单位可以派遣专职人员在第一时间进行处理，从而最大限度地减少人力、物力、财力的重大损失，保障桥梁为人们出行提供便利。
关键词：地质雷达；公路面层；工程检测；应用要领
中图分类号： TN95 文献标识码： A 文章编号：
前言：随着国家陆路交通的不断发展，公路的数量和长度也在逐年增加、公路检测工作日益繁重。这就需要引进多种高效的能够对公路进行全面快速的检测方法来适应这种发展，其中使用地质雷达对公路面层检测就一种很好的办法，地质雷达能够得到精确、快速的检测。
地质雷达检测方法可以对公路面层厚度进行快速检测，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公路面层厚度进行不全面检测的问题，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，在国内已经得到广泛而深入的应用；并且已经得到业内专家的认可。地质雷达检测技术经过检测部门在实际工程中的长期实践和不断发展，现已形成一套完整而权威的检测方法。
1工作原理
地质雷达是利用超高频窄脉冲电磁波探测介质分布及突变的一种地球物理勘探方法，主要的工作原理是发射天线向隧道衬砌内发射电磁波信号（106～109Hz），在电磁波衬砌内方传播的过程中，当遇到电性差异的目标体（如空洞、回填物、脱空带等）时，形成反射波，被接收天线接收，从而形成雷达特征波形。我们通过对地质雷达数据进行处理和分析，根据雷达波形、电磁场强度、振幅和双程走时等参数便可得衬砌内钢筋分布及间距，是否存在空洞、回填物、脱空带等。
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
孤立体地层
电性，因此，在不同电性的地质体的分界面上，都会产生回波。
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（式中因z>x,故X可忽略）；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（0.29979m/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； —第一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。
测试方法：
由于不同频率天线的测深能力不同，频率越低，探测深度越大。隧道检测的有效深度在2米以内，查找空洞、不密实体和脱空等，由于二衬，初衬及围岩的介电常数不同，且变化较大，选择500M天线是适宜的。综合场地的特点，RAMAC/GPR的工作参数为500M的频率天线，20ns的采集时窗，自动迭加，距离触发测试方式，道间距为0.03米。
2 测量方法
2.1 地质雷达和天线频率的选择
地质雷达选用世界著名地质雷达瑞典MALA公司生产的MALA/GPR。。天线中心频率的选择需要兼顾目标体深度、目标体最小尺寸以及天线尺寸是否适合场地要求。由于不同频率天线的测深能力不同，频率越低，探测深度越大。公路面层厚度检测的有效深度在0.3m以内，精确定位面层厚度、空洞、不密实体和脱空等，由于公路面层厚度的介电常数均一，且变化不较大，选择1600M或更高频的天线是适宜的。综合场地的特点，MALA/GPR的工作参数为1600M的频率天线，16ns的采集时窗，自动迭加，距离触发测试方式，道间距为0.25m。
2.2 检测布置及现场测试照片
2.2.1 在检测工作开展前，施工单位的技术人员先期安排检测车的前后保护车辆等涉及到路上安全的一切事宜。
2.2.2 检测工作开始后：检测单位技术工程师负责设备操作、测线笔记记录，施工单位技术工程师负责现场协调和介绍桩号等。
2.2.3 检测过程中，检测单位的技术工程师根据需要随时进行拍照记录。
2.2.4 数据采集速度由现场情况确定。
2.2.5 在全部测线完成后，根据需要进行钻孔取芯验证雷达波速。
2.2.6 在现场采集过程中如遇突况，所有人员听从检测单位现场指挥的安排，不能随意采取行动，如果是工程问题则听从施工单位现场指挥的安排
现场测试照片
2.3典型雷达图像的判读及解释
上图红色示线为沥青面层及下层水温层的分界面
上图红色示线为沥青面层的分界面，黑色示线为水稳层上分界面，蓝色示线为水稳层下分界面
3、 结束语
1 地质雷达的工作原理
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、电磁波强度与波形随通过介质的电性差异和几何形态的不同而变化的特征，根据接收到地下介质身射电磁波的旅行时间（双程走时）、幅度与频率资料来判断管线的深度、位置和估算管线直径的一种地球物理方法。当所要探测的管线方向可以确定时，探测的路线应该垂直要探测管线长轴。沿测线发射和接收电磁波。如图1，最终得到雷达探测实时剖面图，地下管线反射波在实时剖面上形成抛物线态图形。抛物线顶点横向坐标值是管线中心轴线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。
2 探查方法
（1）对想要探测的未知管线进行探测时，应该在测区附近首先应在现场确定好坐标，一般都是做测区控制网，手机控制点要做在固定的能够永久保存的标识点上，防止被破坏，没有坐标起算和检核依据。测线根据实地管线分布情况而定，最好布设呈网状，每条相邻测线的间距根据测量的区域形状和要求的成果精度决定，在符合精度的前提下尽量距离大。也有根据天线宽度决定的，一般的在1-2倍之间。对于大多数管线都不会出现遗漏。在显示屏上要想判断一条管线是不是连续的。要看抛物线与探测管线垂直的波形反应，如果在同一方向上的相邻测量上，反应的波形相近或者绝大多数类似，说明是一条连续管线。相反要是波形不同，或差异很大就说明这地方有混凝土块、箱形物体或者不是一条管线，或者是中间埋深变化或变化点。测区地下介子电性差异变化大，消除的方法也是做成网状形式的。
（2）对管线深度和水平位置的探测：在雷达剖面显示屏上可以直接读取管线的深度探地雷达自带的系统直接把时间域转换成空间域。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。探测管线的水平位置可由测量轮精确测得，最值得一提的是，探底雷达具有现场天线回来定位功能，当探地雷达显示出管线波形时，可将天线回拉，回来的方向要与探测管线方向垂直，显示屏上天线的光标会随着天线的回拉在屏幕上移动，由于天线回拉方向与管线垂直，所以光标会随着天线的移动在抛物线上移动，当光标到达抛物线顶点时，天线的位置就是探测管线的中心平面位置，左右多试几次就能精准的确定管线平面位置。
（3）探测管线管径：一般的探地雷达在精度要求范围内很难确定探测管线的管径，一般都是根据个人经验及开井量测，一般都是根据现场询问甲方或者现场开挖。要是经验不足或者没有开井或者开挖很难达到技术要求。但是加拿大pulse EKKO 100A探地雷达自带的后处理软件REFLEXW提供了一种通过拟合抛物线形状大小的方法来判断管线管径的方法，我们在管线半径的窗口内输入预判的探测管线半径值，根据经验不同所花费的时间不一样，当输入的探测管线半径值，所出现的拟合抛物线的形状大小和探测出来的抛物线形状大小完全吻合，说明输入的管线半径就是探测的管线的半径。这种方法是我们解决管线直径的探测问题的一种有效手段。
（4）探地雷达对非金属管线的探测方法：非金属管线探测仪主要由震荡器（发射机）、探头、放大器、震动器、接收机、耳机等部分组成，一般适用于的管线是内部流体为液态，并且带压力的非金属管道，比如PVC材质的给水管线，砼材质的污水和雨水管线，PVC材质的煤气管线。主要是利用声波原理，声音在不同物质中的传播速度不同，特别是在有压力的流动液体内，这样就能确定探测管线的位置。基本使用方法是：震荡器（发射机）发出一定频率的声波信号，该信号通过与管线相连接的震动器传输到管线上，并沿埋于地下的管线向远端传递，同时该声波信号也能传送至地面。探头在地面上捕捉该声波信号并通过接收机将信号放大后输出到显示仪表和耳机，从而确定地下管线的位置。
（5）导向仪探测法：针对一些电力、通讯类空管管线、非开挖管线，包括未使用的非开挖燃气、自来水、雨污水管线，可采用导向仪探测法定位、定深，其原理是利用放置金属探头在管内，利用外力沿管内慢慢移动，通过地面导向管线仪（亦可采用RD8000型接收机）进行信号接受，每移动约5米距离进行定位并测深。此种方法我单位在苏州轨道交通管线探测施工中、福州市内所有非开挖管线探测的施工中，均获得了较好的探测效果。
3 结语
本文主要介绍了地质雷达在管线探测中的工作原理及在管线探测中的探测方法，在非金属及金属管线探测中得到了很大的认可，但是此技术还不是非常成熟，我希望在随着科技力量的不断发展，此技术能得到更好的更新及改进，使管线探测越来越容易。
关键词：地质雷达技术埋地管道缺陷探查
中图分类号： F407 文献标识码： A
1地质雷达探查技术简介
地质雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR) 也称探地雷达，是一种新兴的地下探测与混凝土建筑物无损探查设备，它是利用宽频带高频电磁波信号探测介质结构分布的非破坏性的探测仪器，是目前国内外用于测量混凝土内部缺陷最先进、最便捷的仪器之一，天线屏蔽干扰小，探测范围广，分辨率高，具有实时数据处理和信号增强，可进行连续透视扫描，现场实时显示二维彩色图像。地质雷达工作示意图见图1。
图1 地质雷达工作示意图
地质雷达技术(Ground Penetrating Radar Method)是利用雷达发射天线向建筑物发射高频脉冲电磁波，由接收天线接收目的体的反射电磁波，探测目的体分布的一种勘测方法。其实际是利用介质等电磁波的反射特性，对介质内部的构造和缺陷(或其他不均匀体)进行探测。
地质雷达通过雷达天线对隐蔽目标体进行全断面扫描的方式获得断面的扫描图像，具体工作原理是：当雷达系统利用天线向地下发射宽频带高频电磁波，电磁波信号在介质内部传播时遇到介电差异较大的介质界面时，就会发生反射、透射和折射。两种介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大；反射回的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，由雷达主机精确记录下反射回的电磁波的运动特征，再通过信号技术处理，形成全断面的扫描图，工程技术人员通过对雷达图像的判读，判断出地下目标物的实际结构情况。地质雷达工作原理示意图见图2。
图2 地质雷达工作原理示意图
电磁波的传播取决于介质的电性，介质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。基本目标体探测原理见图3。
图3 基本目标体探测原理示意图
2地质雷达探查实例简介
（1）探查部位
探查部位为某引水工程玻璃钢夹砂管道。对存在渗漏、管道底板起鼓、裂缝等缺陷的问题管道，采用数字地质雷达进行管道脱空探查、管材内部及管材与基础结合面探查。
（2）探查设备及人员安排
地质雷达探查采用瑞典RAMAC/GPR ProEx型数字地质雷达，配备500 MHz、800 MHz和1.6 GHz屏蔽天线，探查深度分别为3m、1.2m、0.3m。现场探查工作方式为连续探测，采用距离触发模式。现场探查时安排3人，1人负责主机操作，1人负责操作天线，1人负责现场照明。
3地质雷达探查结果分析
（1）管道基础缺陷雷达图像
该管道基础不密实，存在局部脱空、典型裂隙、管底孔洞等基础缺陷。
现场对地质雷达探查发现的管底脱空的管道进行了敲击验证，敲击验证表明，地质雷达判断有脱空的管道底板敲击有空鼓声，但范围均不大，宽度均小于0.5m，沿管线并不连续，有间隔，显示脱空范围均不大，目前尚不构成危害。管道承插口部位雷达图像全部异常，与承插口之间的缝隙有关。缝隙的两界面反射信号强，时程差小，因此在承插口部位下部基础仍有强反射界面信号，但不表示承插口部位下部基础不密实。见图4。
管底基础2m深范围内雷达图像明显异常，出现连续、多次强反射信号，推定为原管道基础问题。鉴于同相轴呈平弧形，时程差较小，显示基础内有层间水平裂隙，可能是该管段基础换填采用了块石，由块石层间缝隙造成，也不排除原基础为富水不密实区域。见图5。
深度0.5m至1.0m存在典型基础裂隙，该管段基础不密实。见图6。
深度1.5m范围内图像异常，推断管底部存在空洞。见图7。
图4 管道基础局部脱空雷达图像 图5管道基础不密实区域雷达图像
图6 管道基础裂隙区雷达图像 图7管底孔洞雷达图像
（2）管道鼓包和裂隙雷达图像
玻璃钢夹砂管与钢管连接处，距离插口85cm，管身左腰位置有直径25cm的鼓包，鼓包中间有环向裂缝，图8为鼓包和裂隙处现场照片。鼓包处雷达图像解释：顺水流方向测线显示，鼓包裂缝下游侧深度0.1m至0.4m范围内存在典型的不密实区域，有基础裂隙。环向测线显示，沿鼓包裂缝深度0.15m至0.45m范围内存在典型的不密实区域。鉴于不密实区域较小，可对玻璃钢夹砂管鼓包裂缝部位进行修补，不进行灌浆处理。图9和图10为鼓包和裂隙顺水流方向测线和环向测线雷达图像。
图8 鼓包和裂缝照片
图9 鼓包和裂隙顺水流方向测线雷达图像 图10 鼓包和裂隙环向测线雷达图像
（3）管道承插口渗漏图像
承插口涌水较为严重，现场照片见图11。承插口雷达图像解释：顺水流方向雷达图像显示，测线4.6m到5.3m段的70 cm长度为承插口段，深度0.1m至0.6m区域为典型的不密实区域，黄线位置的波形图显示，深度0至0.2m范围雷达波振幅接近为零，说明富含水。环向雷达图像黄线位置的波形图显示，深度0至0.25m范围内部没有振幅，说明富含水。表明该承插口渗漏部位已形成渗漏通道，通道宽度为60cm，深度20～25cm。建议立即进行灌浆处理，封闭渗漏通道。图12和图13为承插口顺水流方向测线和环向测线雷达图像。
图11 承插口渗漏照片
图12 承插口顺水流方向测线雷达图像 图13 承插口环向测线雷达图像
（4）探查结论
雷达探查图像显示，该管道基础不密实，存在局部脱空，敲击验证有空鼓声，宽度均小于0.5m，单节管道沿管线方向脱空不连续，有间隔，显示脱空范围均不大，目前尚不构成危害。
管道存在鼓包和裂隙，该部位雷达探查显示，不密实区域较小，可对玻璃钢夹砂管鼓包裂缝部位进行修补，不进行灌浆处理。
承插口渗漏部位已形成渗漏通道，通道宽度60cm，深度20cm，需在恢复通水前进行灌浆处理，封闭渗漏通道。
4 结语
此次实际工程地质雷达探查结果证明，地质雷达技术是探查埋地管道缺陷的可靠方法，对于存在渗漏、管道底板起鼓、裂缝等缺陷的问题管道，可以采用数字地质雷达进行管道基础脱空探查、管材内部及管材与基础结合面探查，该方法可实现埋地管道缺陷的快速无损诊断。
参考文献
[1] 中国水利水电科学研究院，深圳北部水源工程2012年停水检修玻璃钢夹砂管缺陷探查报告，2013.3.
[2] 冷兴武等，现行RPM管道标准中存在的若干问题，哈尔滨玻璃钢研究院，2007.3.
【关键词】地质雷达 隧道 质量 检测
F407.1
随着国民经济的持续稳定发展，基础设施建设的日益加强完善，其中公路、铁路等建设占据了重要地位。由于我家交通发展的不断前进，在铁路及公路的建设中隧道的修建越来越多，同时使用过程中隧道的结构病害、质量问题不断地暴露出来，如混凝土掉块、腐蚀、渗水、裂纹等，有些甚至使得结构物坍塌，这一系列的质量问题给运输安全和交通质量造成了巨大的影响。所以在公路及铁路的建设中隧道的质量检测极其重要。由于我国的建设施工项目繁多，而传统的检测手段在运用中存在手段不健全、不完整、一点盖面等问题，使得检测剖面断断续续，无法得到连续的检测图，而且传统方法比较复杂，在检测完还需修补因此无法满足国家迅速发展的需求。相比传统方法地质雷达的检测方法是运用高科技的手段，具有较高的分辨率及准确率，能连续、快速、高效地完成检测，满足工程建设的需要。
1地质雷达工作原理及应用
1.1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应用
20世纪初，随着数据处及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，如运用高频率的天线对路面厚度进行检测时，能达到毫米级的垂向分辨率，运用低频率天线对深层目标探测时，可实现几十米的探测深度。
长久以来，勘探隐蔽工程是一项高难度同时能考验工程技术人员工程项目。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。目前我国主要引进有加拿大EKKO及REMAC系列和美国SIR系列等信号的探地雷达，而型号不同的地质雷达，其主要的用途及侧重点也是不同的。
2地质雷达在隧道检测中的应用
2.1检测方法
在探测的布置方法地质雷达较为灵活，可根据具体的情况布置测点和测线或者网格。测线及网格中点间距应该根据工程的精度要求来进行选定，并根据具体的情况以及需要来灵活变换。如果是量大的勘探工程，应该在开工前做好设计。使用地质雷达能够对于隧道掌子面的顶底板、左右边及前方进行探测，而同一目标则可以改变仰俯角或方位角来探测，在对资料地质进行解释时除了要根据波形特征判断目标的性质，还应改关注追踪回波的横向、纵向的变化及延续，对应地展现地质构造的平面及剖面形态，特别是对大面积的地面进行勘探时，孤立且小的目标于平面不易进行追踪，此时运用横向衰减对比的方法处理，找到幅度的突变点，也就是该目标的位置。地质雷达探测及解释方法有横向衰减对比、变面积、灰度、单点波形等；获取传播速度的方法则有公式计算、直达波、单孔测试、已知目的层探测、共中心点、经验数据等，运用时可根据工程探测的实际情况及仪器性能选择适用的方法。
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wiggle或单波形式下，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，而含水的裂隙带抑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资料获取及处理
检测前准备工作:（1）隧道的高度，量测隧道的拱顶、轨面间高度，而新建的线路应量测拱顶、隧底间高度，为提供数据给检测台车的搭建。（2）标记，按每5m的点距于两侧的边墙上做明显的标记，并标明隧道的里程。（3）搜集资料，了解并准确记录施工过程出现灾害的地质位置和情况以及处理的方法。（4）记录下隧道里小锚段、避车洞、电缆的准确位置，对凝结水珠、隧底积水、砌表面潮湿的段落进行记录，统计其位置及类型。（5）对可能会影响检测台车的障碍物制订处理的方法，并调查了解附近有没有影响雷达的干扰电磁源。
隧道检测:在仰拱、拱顶、边墙及拱腰位置设置6条检测线。拱腰的测线需在拱脚的上方0.5到1.0米的位置，拱顶及仰拱的于正中布置，边墙则在边沟盖板的上方1.5到2.0米的位置。通过测线的位置来确定检测的台车平台的高度，通常是距上层平台拱顶1.8至2.0米。完成所有工作之后，就可以进行测试。发射及接受天线要紧靠于检测面，根据事先规划好的测线的顺序检测。检测所得数据经过处理系统一系列的步骤进行处理后，最后得到雷达波型图。分析判定雷达波型图像，得到隧道的衬砌厚度、渗水及脱空等病害的分布资料，及结构物中材料的分布状况，从而达到对隧道质量的监控。
3.结束语
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。地质雷达作为一项分辨率高、效率高无损的新检测技术，其安全、快捷、方便的特性，使其在工程施工建设中起到了越来越重要的作用，同时随着电子技术的飞速发展其发展潜力也是不可估量的。我国至引进了地质雷达设备以来，对省内外的几十个隧道先后进行了质量检测，并都取得显著成。另外，将地质雷达运用于隧道的质量检测，需有丰富的经验知识及技术要求，要正确掌握这些技能同要求，并且积累有一定的实际经验，才能使地质雷达的作用充分的发挥。
【参考文献】
[1]张万里.暗挖隧道施工安全控制浅谈[J].山西建筑.2011(01).
[2]王继果，董祥，周峰.地质雷达探测技术优化分析[J].四川建筑科学研究.2011(01).
【关键词】地质雷达道路路基裂缝检测
中图分类号：TV543文献标识码： A
1 前言
地质雷达在工程地质勘察、隧道地质超前预报、管线探测和路基质量检测中被广泛应用[1]，但在天津及其周边软土地区工程中应用地质雷达进行检测的实例并不多见。本文以具体的工程实例为基础并结合场地地质条件，详细阐述了地质雷达探测的整个过程，为该地区地质雷达的应用积累经验。
2 地质雷达探测原理
探地雷达由地面上的发射天线T将高频电磁波(主频为Hz)以宽频带短脉冲形式送入地下，经地下目标体或不同电磁性质的介质分界面反射后返回地面，为另一接收天线R所接收，而其余电磁能量则穿过界面继续向下传播，在更深的界面上继续反射和折射，直至电磁能量被地下介质全部吸收。
雷达所记录的回波走时t是从雷达剖面上读取的。设发射天线T与接收天线R的中点为记录点，则测线上各测点的接收天线所接收的反射波均记录在各自记录点的下方，从而形成雷达剖面[2]。在雷达剖面上，横坐标为测点点位，纵坐标为双程走时，各点的反射均以波的形式被记录下来。波形的正、负峰分别以黑、白色表示，或以灰色或彩色表示。这样，同相轴、等灰度或等色线即可直观地表示地下反射界面的形态及深度变化。
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。地质雷达探测数据的解释包括两部分内容，一为数据处理，包括消除随机噪声压制干扰，改善背景，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[3]；二为图像解释，通过目标体与其周围环境的电性差异，只要有电性差异界面，就会形成反射层，由此在雷达波图像上形成可以区分的异常信息特征[4]。通过对异常特征的解释和分析，就可以认识地下土层的差异变化。
3 工程实例
3.1 工程概况
廊坊市某产业示范区某道路为新建道路，场地原为林地。地质勘察报告显示，场地10.0m以上均为粉土层，地下水位位于地面以下6.0m处。道路路基施工完成后又开挖管沟，铺设管线并回填素土。2个月后在K6+620~K8+620段上行方向机动车道第二与第三车道间产生纵向裂缝，裂缝最大宽度约2cm。裂缝及管线相对位置详见路基横断面示意图，如图3.1所示。
图3.1 路基横断面中裂缝位置示意图
为查明裂缝产生原因，工程项目部委托我院对本段路基工程进行了地质雷达检测。
3.2 检测工作方案
本次检测采用瑞典MALA公司生产的RAMAC探地雷达，并使用CUII型主机搭配100MHZ屏蔽天线进行探测，该天线的有效探测深度可达20.0m。
为探测裂缝两侧路基土的差异，将地质雷达测线布置成与裂缝走向方向正交，雷达测线间距约为200.0m，共设置测线10条。受场地限制，单条测线长度约为11.0~ 21.0m。同时为探测裂缝走向方向路基土差异，并为了与其他测线进行对比验证，本次检测在裂缝宽度较大地段增设了两条长度约为200.0m的纵向测线。测线具置及走向如图3.2所示。
图3.2 测线位置及走向示意图
3.3 现场测试成果分析
从雷达剖面图中可以清楚的看到路基的土层分布情况和底部界面，经过数据处理，得到12条测线的雷达剖面图，现取具有代表性的五条测线对雷达剖面图的典型特征分析如下：
3.3.1 测线1、测线4和测线9地质雷达剖面
图3.3依次为测线1、测线4和测线9的雷达剖面图，图中各测线的标记（符号为：）从左到右分别为裂缝位置、埋管位置及道路外边缘位置。
图3.3测线1、测线4和测线9的地质雷达剖面图
如图所示，测线1地质雷达剖面图中裂缝位置两侧雷达信号变化明显，主要表现为同相轴中断、分叉[5]。这表明裂缝左右两侧填土密实度存在差异，尤其是在埋管位置下部雷达信号反应较强烈，推断该处填土的含水率较高。
从测线4雷达图像中可以看出裂缝右侧第三车道路基7.0m以上填土雷达信号杂乱，相位变化明显。推断该处填土含水率相对裂缝左侧第一、第二车道路基土含水率变化较大，并且填土不密实。
测线9在4m及8m处均出现同相轴错断，表明填土密实度在两处位置均发生变化，裂缝位置右侧第三车道路基土雷达信号反应较强烈，且频率较低。推断该处地层含水量相对变化较大。
3.3.2 测线11与测线12地质雷达剖面
图3.4依次为测线11和测线12的雷达剖面图像。其中，测线11位于第三车道平行于裂缝走向；测线12位于第二车道平行于裂缝走向。
对比图中两组雷达图像可以看出，测线11埋深7.5m以上及测线12埋深4.5m以上地层土质与其下段地层土质差异明显。主要表现在上部土层雷达信号反射强烈，反射波频率较低，而下部土层雷达信号稳定，无明显变化，这说明上部土层密实度相对较低。这与甲方提供的测线11处填土厚度约7.0m，测线12处填土厚度约4.0m，其下为原状土层的地层信息相符。
图3.4 测线11和测线12的地质雷达剖面图
4 结论
4.1 地质雷达检测表明，产生裂缝的原因是由于裂缝两侧路基土的含水率和密实程度不同，从而引起路基土的不均匀沉降，并最终导致路面产生纵向裂缝。
4.2 路面裂缝左右两侧雷达信号存在明显差异，特别是在裂缝宽度较大位置的测线，主要表现在同相轴相位错动和雷达反射信号强弱的变化。这些变化说明，裂缝两侧路基土密实度不同，并且从雷达图像中推断，裂缝左侧第一、第二车道路基土的密实度要高于右侧第三车道路基土的密实度。
4.3 路面裂缝右侧第三车道路基土雷达信号反应较强烈，且反射波频率较低，推断此处2.5m~7.0m处路基填土层含水率相对较高。
4.4 通过分析在裂缝左右两侧设置的测线11与测线12，得出在4.5m以上两条测线雷达图像的变化基本一致，雷达图像的差异主要表现在地面以下4.5m~7.5m处的土层，这与甲方提供的地层情况相符并且进一步验证了裂缝两侧路基土的密实度和含水率的差异。
4.5 本次检测结果表明，在天津及周边软土地区应用地质雷达进行检测是适宜的，并且检测的准确性较高。
参考文献
[1] 李大心.探地雷达方法与应用[M].北京：地质出版社，1994,12.
[2] 李 嘉，郭成超，王复明.探地雷达应用概述[J].地球物理学进展，2007,22(2):629-637.
[3]中华人民共和国交通运输部.公路工程物探规程[S] JTG/T C22-2009.北京：人民交通出版社，2009.
关键词：地质雷达 隧道施工 应用技术
中图分类号：P5 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）05-0179-01
1 引言
我国岩溶地貌分布广、面积大。主要分布在碳酸盐岩（石灰岩、白云岩、泥灰岩等）出露地区。主要分布在广西、贵州、云南、广东北部等地区。地质雷达能够快速的检测隧道支护混凝土厚度、衔接以及密实度等情况。不但能够克服一点盖面的只能靠打孔抽查与目测对隧道工程检测不全面的缺陷，而且还是一种以高技术手段提高准确度，快速，有效的进行检测方法，地质雷达检测在隧道工程中应用越来越广泛。
2 地质雷达探测原理
本文采用的是美国GSSI公司生产的SIR-3000地质雷达，天线中心频率为100MHz，运用了连续测试及点测试方法进行测试，测线和测点布设见图1。
通过发射天线向测试面前方发射宽频带短脉。
冲的高频电磁波信号，当电磁波遇到有电性差异（介电常数、电磁导率等）的界面或其它目标体（如围岩性质、地质结构构造、围岩完整性、地下水和溶洞等情况）时，就会发生反射、绕射等电磁波特有现象。通过接收天线拾取响应信号，并记录到计算机上，依据电磁波的波形、相位、振幅、频谱等时域、频域特征，可获得测试面前方不同电性体的3 案例分析
雷达探测剖面图看K216+859～K216+863段计4米范围内雷达反射波图像出现强反射，振幅强，波形紊乱，推测围岩岩性中～薄层泥岩为主，夹粉细砂岩，呈碎裂结构，节理发育、富水，易坍塌，洞段潮湿～渗水，稳定性差。开挖验证，围岩岩性中～薄层泥岩为主，夹粉细砂岩，呈碎裂结构，节理发育。
4 结语
在隧道修建中，岩溶、溶洞、断层带、煤层裂及富水带等极其复杂状况提升了开挖的困难和风险，而地质雷达能够以快速、有效、精度高等优势在隧道中监测，提前了解不良的地质病害特征，对隧道的安全使用和正常运营起到重要作用。随着地质雷达监测技术不断的发展和完善，超前地质预报指导隧道动态施工是不可缺少的必要环节。
参考文献：
[1]张雪峰. 地质雷达在隧道检测中的应用[J]. 交通标准化，2009，（ 23）
[2]石刚.探地雷达系统优化及在隧道地质超前预报中的应用研究[D].长安大学，2009
[3]肖宏跃，雷宛，杨威.地质雷达特征图像与典型地质现象的对应关系[J].煤田地质与勘探，2008，36 （4）：57-61
[4]钟宏伟，赵凌.我国隧道工程超前预报技术现状分析[J].人民长江，2004，（9）：15-17
关键词：隧道，隐蔽工程，地质雷达，检测，裂缝，空洞。
中图分类号：TU74文献标识码： A
1 引言：
隧道工程修建在山体中，因施工不善或受外界环境的影响，往往会出现各种病害，可能会出现衬砌表面开裂、衬砌背后空洞等病害，通常这些病害会影响隧道的正常使用，甚至于造财产损失和成人员伤亡。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[1]。本文结合具体应用实例介绍了地质雷达技术在隧道隐蔽工程中无损检测中的应用。
2 原理介绍
地质雷达（Ground Penetrating Radar, 简 称GPR） 作为一种无损检测技术 (Non- DestructiveDetection)，自上世纪 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。
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。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[2]。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[3]，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。
图1隧道衬砌检测典型剖面图
3 隧道隐蔽工程检测的条件及仪器设备
(1) 地质雷达检测隧道的地球物理条件利用地质雷达技术检测隧道质量的项目主要包括:
①二次衬砌厚度检测;
②衬砌层与围岩之间的密实情况和是否存在危及隧道安全的空洞;
③衬砌层内钢拱架、钢筋( 网) 的分布情况等。隧道衬砌的混凝土、钢筋、空洞( 空气或水) 以及岩体之间存在明显的电性差异, 这导致雷达波在不同介质里的传播速度不同，这就为使用地质雷达技术检测隧道的上述项目提供了探测的前提条件。
( 2) 仪器设备
目前国内常见的投入野外生产的地质雷达, 主要有瑞典的 REMAC系列、美国的 SIR 系列、加拿大的 EKKO 系列等。这些不同型号的雷达, 其主要功能用途也不一样, 有的用于超前地质预报, 有的用于裂缝深度检测, 还有的用于公路厚度检测。从90年代末 开 始 , 我 们 先 后 使 用 国外先进地质雷达对公路、铁路、水利等各类隧道进行了大量的无损检测工作, 取得了很好的效果。这两种仪器均采用先进的硬件仪器及数字处理软件, 适用于各种型号的微机[4]。采集数据在天线端口即被数字化, 成为真正的数字信号采集系统，探测的深度范围可达 2.5m 左右, 完全可以满足隧道隐蔽工程质量无损检测的需要( 图 2，图3) 。
图2地质雷达检测衬砌厚度工作原理图
图3地质雷达检测空洞原理图
3.1 衬砌厚度检测
地质雷达检测技术采用了先进的连续透视扫描无损探测技术，探测精度比传统检测方法高，且又是连续扫描，可获得隧道探测的连续信号[5]。如图4是衬砌厚度示意图。从图中可以看到，由于衬砌是由混凝土组成，衬砌和围岩是由不同的物质材料构筑而成，不同介质有不同的结构特征，与混凝土相比，围岩内部结构较复杂，因而围岩中内反射波明显，混凝土内部反射波较少。内部反射波的高、低频率特征明显不同，这是区分不同物质界面的依据。
图4 衬砌厚度检测示意图
1.2钢筋数量检测
隧道衬砌结构所使用钢支撑及钢筋网均属于良性导体，当雷达波从介质入射到导体表面时，由于金属导体中电磁波速为零，不能传播。钢筋对于电磁波的能量几乎全部都反射回来，反射系数近乎为1，反射极强。应用高频天线探测，钢筋形成清晰的反射弧[6]，因此能够可靠地检测出钢筋数量。图4是钢筋数量检测示意图，从图中我们可以清晰的判断出钢筋的数量和位置。
图5钢筋数量检测示意图
7 结 语
截止2012年底，我国公路隧道总长度已达900多万米，随着我国公路隧道规模不断的增加，对隧道工程质量的要求也会越来越高，迫切需要一种快捷、准确的科学手段检测隧道工程质量，而采用无损检测是大势所趋。地质雷达作为一种新型的高分辨率无损检测技术,在隧道工程建设中越来越发挥出重要的作用, 它具有快捷、安全、方便等特性, 有着很大的发展潜力。地质雷达在隧道质量检测中, 需要有一定的技术要求和经验知识, 只有掌握了这些要求和技能, 并积累了丰富的经验知识, 才能最大限度地发挥出地质雷达的长处, 更好地进行隐蔽工程的检测。
参考文献
[1] 李大心编著.探地雷达方法与应用[M].北京:地质出版社,1994.
[2] 刘传孝.探地雷达空洞探测机理研究及应用实例分析[J].岩土力学与工程学报,2000,19(2):238～241.
[3]黄南晖.地质雷达探测的波场分析地球科学, 1993, 18( 3)
[4] 李国平.瞬时属性在地质雷达数据处理中的应用[J].物探化探计算技术,2006（增刊） :96.
