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地質(zhì)雷達(dá)論文:地質(zhì)雷達(dá)在水利工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用
摘要：簡述地質(zhì)雷達(dá)的基本原理，介紹了地質(zhì)雷達(dá)在水利工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用實例。
關(guān)鍵詞：地球物理 地質(zhì)雷達(dá) 水利工程 質(zhì)量 應(yīng)用
1 前言
地質(zhì)雷達(dá)作為近十余年來發(fā)展起來的地球物理高新技術(shù)方法，以其分辨率高、定位、快速經(jīng)濟、靈活方便、剖面直觀、實時圖象顯示等優(yōu)點，備受廣大工程技術(shù)人員的青睞?，F(xiàn)已成功地應(yīng)用于巖土工程勘察、工程質(zhì)量無損檢測、水文地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源研究、生態(tài)環(huán)境檢測、城市地下管網(wǎng)普查、文物及考古探測等眾多領(lǐng)域，取得了顯著的探測效果和社會經(jīng)濟效益，并在工程實踐中不斷完善和提高，必將在工程探測領(lǐng)域發(fā)揮著愈來愈重要的作用。而地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)用于堤防隱患的探測尚屬初步階段，通過廣大物探技術(shù)人員的共同努力，達(dá)到了解和掌握不同隱患類型在雷達(dá)圖像上的反映特征，在不斷總結(jié)探測經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提高異常的判斷能力和精度，較確切地推定堤防工程隱患的性質(zhì)和位置，以便指導(dǎo)有關(guān)管理單位加強堤防工程重點部位的維護(hù)和防范，提高和鞏固堤防工程的運行周期和防洪能力。本文以永定河堤防工程護(hù)砌質(zhì)量檢測為實例，說明地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在堤防工程探測中的應(yīng)用情況，以此與同行進(jìn)行切磋，推動堤防工程探測技術(shù)的發(fā)展，不妥之處，敬請批評指正。
2 基本原理
地質(zhì)雷達(dá)與探空雷達(dá)相似，利用高頻電磁波(主頻為數(shù)十?dāng)?shù)百乃至數(shù)千兆赫)以寬頻帶短脈沖的形式，由地面通過發(fā)射天線(T)向地下發(fā)射，當(dāng)它遇到地下地質(zhì)體或介質(zhì)分界面時發(fā)生反射，并返回地面，被放置在地表的接收天線(R)接收，并由主機記錄下來，形成雷達(dá)剖面圖。由于電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁波場強度以及波形將隨所通過介質(zhì)的電磁特性及其幾何形態(tài)而發(fā)生變化。因此，根據(jù)接收到的電磁波特征，既波的旅行時間(亦稱雙程走時)、幅度、頻率和波形等，通過雷達(dá)圖像的處理和分析，可確定地下界面或目標(biāo)體的空間位置或結(jié)構(gòu)特征。
雷達(dá)波(電磁波)在界面上的反射和透射遵循Snell定律。實際觀測時，由于發(fā)射天線與接收天線的距離很近，所以其電磁場方向通常垂直于入射平面，并近似看作法向入射，反射脈沖信號的強度，與界面的反射系數(shù)和穿透介質(zhì)的衰減系數(shù)有關(guān)，主要取決于周圍介質(zhì)與反射目的體的電導(dǎo)率和介電常數(shù)，對于以位移電流為主的介質(zhì)，既大多數(shù)巖石介質(zhì)屬非磁性、非導(dǎo)電介質(zhì)，常常滿足σ/ωε<<1，于是衰減系數(shù)(β)的近似值為：
既衰減系數(shù)與電導(dǎo)率(σ)及磁導(dǎo)率(μ)的平方根成正比，與介電常數(shù)(ε)的平方根成反比。
而界面的反射系數(shù)為：
式中Z為波阻抗，其表達(dá)式為：
顯然，電磁波在地層中的波阻抗值取決于地層特性參數(shù)和電磁波的頻率。由此可見，電磁波的頻率(ω=2πf)越高，波阻抗越大。
對于雷達(dá)波常用頻率范圍(25～1000MHz)，一般認(rèn)為σ<<ωε,因而反射系數(shù)r可簡寫成:
上式表明反射系數(shù)r主要取決于上下層介電常數(shù)差異。
應(yīng)用雷達(dá)記錄的雙程反射時間可以求得目的層的深度H：
式中:t為目的層雷達(dá)波的反射時間；c為雷達(dá)波在真空中的傳播速度(0.3m/ns)；εr為目的層以上介質(zhì)相對介電常數(shù)均值。
3 工程概況
北京市界內(nèi)永定河左、右堤防于清朝乾隆年間修筑，后經(jīng)數(shù)次維修和加固形成現(xiàn)有規(guī)模，主體為梯形，頂寬約10m，可見堤高約5～6m，堤內(nèi)坡坡度為1:1.5～1:2.0，外坡相對較緩為1: 2.0～1: 2.5。
堤身為人工堆積，主要由粉細(xì)砂(中下游段)、卵礫石(上游段)組成。介質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜多變，分布不均，且處于包氣帶中，極為干燥。
堤基為第四系全新統(tǒng)地層，巖性以粉細(xì)砂為主，下游段出現(xiàn)黑色淤泥質(zhì)粘土夾層，層厚約0.7～2.0m。
地下水位埋深(自地表計)：盧溝橋附近約20.0m，至下游逐漸變淺，達(dá)省/市界附近(石佛寺)一帶約2.0m。
永定河盧溝橋下游至省/市界左、右堤防共劃定險工段12處23段，分布在左堤約60Km和右堤約30Km范圍內(nèi)，其險工段內(nèi)坡為漿砌石(厚約40cm——原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn))結(jié)合鉛絲石籠構(gòu)成的護(hù)砌，并于1964～1989年間營建，漿砌石護(hù)坡除可見堤身部分露出外，其余部分與鉛絲石籠水平護(hù)底均埋于河灘灘地以下，一般為3.0～5.0m，外鋪8.0m的鉛絲石籠護(hù)底。這些險工段在歷史上均有決口或搶險加固的記載。為滿足北京市對永定河防洪設(shè)計的需要，保障該堤防渡汛萬無一失，故進(jìn)行地球物理勘探工作，以檢測堤防工程的護(hù)砌質(zhì)量，便于99年6月份之前進(jìn)行加固處理。
4 測試技術(shù)及資料處理
為判斷險工段堤內(nèi)坡護(hù)險漿砌石質(zhì)量的優(yōu)劣，沿內(nèi)坡坡腳布置一條雷達(dá)探測剖面，并按其走向連續(xù)測試。
外業(yè)施測使用瑞典MALA地質(zhì)儀器有限公司生產(chǎn)的RAMAC/GPR地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)，天線的中心頻率為250MHz，收發(fā)天線的間距為0.6m。實測采用剖面法，且收發(fā)天線方向與測線方向平行。記錄點距為0.2m，采樣頻率為3893MHz，單一記錄跡線的采樣點數(shù)為512，迭加次數(shù)為16，記錄時窗為180ns，若取堤身土體的雷達(dá)波速為0.08～0.10m/ns，表層漿砌石的雷達(dá)波速為0.10～0.12m/ns，綜合考慮該地層剖面特征，選取雷達(dá)波速中值為0.10m/ns，則此時該雷達(dá)系統(tǒng)的最小縱向分辨率為8～10cm。
雷達(dá)資料的數(shù)據(jù)處理與地震反射法勘探數(shù)據(jù)處理基本相同，主要有：①濾波及時頻變換處理；②自動時變增益或控制增益處理；③多次重復(fù)測量平均處理；④速度分析及雷達(dá)合成處理等，旨在優(yōu)化數(shù)據(jù)資料，突出目的體、較大限度地減少外界干擾，為進(jìn)一步解釋提供清晰可辨的圖像。處理后的雷達(dá)剖面圖和地震反射的時間剖面圖相似，可依據(jù)該圖進(jìn)行地質(zhì)解釋。
5 成果分析
地質(zhì)雷達(dá)資料的地質(zhì)解釋是地質(zhì)雷達(dá)探測的目的。由數(shù)據(jù)處理后的雷達(dá)圖像，客觀地分析各種雷達(dá)波組的特征(如波形、頻率、強度等)，尤其是反射波的波形及強度特征，通過同相軸的追蹤，確定波組的地質(zhì)意義，構(gòu)制地質(zhì)——地球物理解釋模型，依據(jù)剖面解釋獲得整個測區(qū)的最終成果圖。
地質(zhì)雷達(dá)資料反映的是地下地層的電磁特性(介電常數(shù)及電導(dǎo)率)的分布情況，要把地下介質(zhì)的電磁特性分布轉(zhuǎn)化為地質(zhì)分布，必須把地質(zhì)、鉆探、地質(zhì)雷達(dá)這三個方面的資料有機結(jié)合起來，建立測區(qū)的地質(zhì)——地球物理模型，才能獲得正確的地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)模式。
雷達(dá)資料的地質(zhì)解釋步驟一般為：
⑴ 反射層拾取
根據(jù)勘探孔與雷達(dá)圖像的對比分析，建立各種地層的反射波組特征，而識別反射波組的標(biāo)志為同相性、相似性與波形特征等。
⑵ 時間剖面的解釋
在充分掌握區(qū)域地質(zhì)資料，了解測區(qū)所處的地質(zhì)結(jié)構(gòu)背景的基礎(chǔ)上，研究重要波組的特征及其相互關(guān)系，掌握重要波組的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，其中要重點研究特征波的同相軸的變化趨勢。特征波是指強振幅、能長距離連續(xù)追蹤、波形穩(wěn)定的反射波。同時還應(yīng)分析時間剖面上的常見特殊波(如繞射波和斷面波等)，解釋同相軸不連續(xù)帶的原因等。
圖1 左堤9+638～9+721護(hù)險段坡腳雷達(dá)圖像(a)和地質(zhì)解釋圖(b)
根據(jù)上述解釋原則，對雷達(dá)圖像進(jìn)行地質(zhì)解釋如下：
圖1(a)為左堤9+638～9+721護(hù)險段坡腳雷達(dá)測試圖像。此圖由淺至深解釋為：①及時同相軸(<4ns)為雷達(dá)波初始信號；②第二同相軸和第三同相軸(<12ns，層厚約0.40m)呈現(xiàn)出寬粗、強振幅，且連續(xù)可追蹤的水平層狀，該同相軸推測為漿砌石在雷達(dá)圖像上的反映。尤其是第三同相軸有時出現(xiàn)不連續(xù)段或缺失或雜亂無章時，即可推定此處漿砌石質(zhì)量差或與堤身土體分離形成架空等現(xiàn)象；③新人工填土：反射層位不連續(xù)，起伏變化較大，有時雜亂無章，反映該層填土不均勻，層位不穩(wěn)定，時有透鏡體的形式展現(xiàn)，該層厚度大約為2～4m；④老人工填土：反射層位連續(xù)且穩(wěn)定，層內(nèi)介質(zhì)變化不大，反映出該層填土較均勻，已形成相對密實的地層，該層厚度大約為1～3m；⑤自然地層：即堤基持力層，反射明顯，層位穩(wěn)定，未見層內(nèi)介質(zhì)突變或不均勻的現(xiàn)象，反映出自然地層沉積環(huán)境較好，密實度相對較大等，此層頂面埋深大約為4～5m。
圖1(b)為上述地質(zhì)解釋的剖面圖。
圖2為左堤32+960處護(hù)險坡腳雷達(dá)圖像，圖中淺部解釋與圖1類似，主要說明的是剖面6.0～12.0m段，自0.4m以下反射層位雜亂，極不規(guī)則，連續(xù)追蹤性差，出現(xiàn)很多的短小反射層，且漿砌石下部反射也很雜亂無章，說明此段護(hù)險下部的土體較松散，與漿砌石形成似離似親，接觸較差。而剖面12.0～15.7m段上下部位反映較均一，水平層狀良好，說明此段堤身土體較密實，與漿砌石接觸良好。
圖3為已知漿砌石下部架空時的圖像，該剖面第三反射同相軸自剖面點9.4m處斷開，形成“背斜”狀的強反射層，此現(xiàn)象延續(xù)到剖面點12.8m處，此段漿砌石與下部土體分離導(dǎo)致架空，其范圍與已知情況吻合。
通過雷達(dá)測試成果的地質(zhì)解釋共圈定出73處漿砌石存在不同程度的隱患或質(zhì)量較差，這些隱患的類型一般為：①漿砌石厚度較??；②漿砌石與下部土體分離形成架空；③漿砌石膠結(jié)不良或松散；④漿砌石出現(xiàn)裂縫等不良現(xiàn)象。
護(hù)砌整體質(zhì)量較差的堤段多為年久失修嚴(yán)重，漿砌石與下部堤身土體接觸差，多形成架(懸)空狀態(tài)，造成護(hù)砌斷裂、塌陷等不良現(xiàn)象較普遍，且多具一定規(guī)模。而造成上述現(xiàn)象存在的原因，筆者分析后認(rèn)為漿砌石面存在許多縫隙，且砂漿質(zhì)量差、少漿，下部又無防滲護(hù)層，堤身土體多由粉細(xì)砂組成，經(jīng)降水入滲，粉細(xì)砂局部被沖刷淘失，在砌石與堤身土體之間形成空洞，并有繼續(xù)擴大發(fā)展之趨勢。
該物探成果經(jīng)開挖驗證，符合客觀實際，受到了甲方的贊譽。
6 結(jié)語
地質(zhì)雷達(dá)以其高效快速、高精度在護(hù)險工程探測中能夠發(fā)揮重要作用，取得了良好的應(yīng)用效果，且對淺層或超淺層的工程探測中有著十分廣闊的應(yīng)用前景，然而地質(zhì)雷達(dá)的探測深度和精度與所采用的天線頻率有很大關(guān)系，天線的頻率越低探測深度越大，則精度越低；而天線的頻率越高，探測深度越淺，則精度越高。本次采用中心頻率250MHz的天線進(jìn)行探測，其深度和精度均能滿足此次勘察的技術(shù)要求。
地質(zhì)雷達(dá)論文:論地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道檢測中的應(yīng)用研究
【摘 要】由于隧道工程具有改善線性和增強運營效益等諸多特征，所以，目前急需要一種安全系數(shù)高、切實可行的方法檢測隧道整體結(jié)構(gòu)；筆者認(rèn)為，應(yīng)采用地質(zhì)雷達(dá)的探測技術(shù)，因為其具有較高的分辨率和率，而且速度快、效果高，能夠及時的對公路隧道進(jìn)行多方位的檢測，我們應(yīng)大力推廣這一技術(shù)。本文首先論述了地質(zhì)雷達(dá)的檢測原理，其次分析了雷達(dá)波在公路隧道襯砌中的具體波相。
【關(guān)鍵詞】地質(zhì)雷達(dá)；隧道檢測；原理
0 引言
地質(zhì)雷達(dá)屬于一種無任何損害的檢測設(shè)備，由于它的操作簡便、具有較高的分辨率等諸多優(yōu)勢特征，因此，在公路隧道施工中得到了廣泛的應(yīng)用。比如，新疆維吾爾自治區(qū)公路工程質(zhì)量監(jiān)督局在2007年的11月份引進(jìn)了由美國勞雷公司所生產(chǎn)的檢測隧道質(zhì)量的儀器，這一儀器主要由雷達(dá)主機快速的發(fā)射雷達(dá)脈沖，持續(xù)及時的采集，這對于公路隧道質(zhì)量的監(jiān)督與管理具有十分重要的現(xiàn)實意義。
1 地質(zhì)雷達(dá)的檢測原理
地質(zhì)雷達(dá)主要是利用超高頻率的電磁波探測地下介質(zhì)分布。其遵循的是電磁波脈沖在地下傳播的原理下而進(jìn)行工作的，也就是說，電磁波脈沖通過發(fā)射天線射出，在地下實際傳播時受到介質(zhì)介面如空洞、鋼構(gòu)件的反射，通過接收天線接收。電磁波在介質(zhì)中進(jìn)行傳播時，無論是它的路徑，還是電磁場強度都會隨著自身通過介質(zhì)的電性質(zhì)以及幾何形態(tài)而不斷的發(fā)生變化。所以，我們可以按照雙程走時、幅度以及波形資料，得出介質(zhì)的實際結(jié)構(gòu)。
我們可以從電磁波理論中得出，對于非磁性的介質(zhì)，電磁波實際反射屬性只和介質(zhì)的介電常數(shù)有著一定的關(guān)系。如果公路砌筑層中出現(xiàn)了像空洞、襯砌背后充水等現(xiàn)象時，不同介質(zhì)的介電常數(shù)會呈現(xiàn)出較大的差異，它們之間可以因此而形成電磁波反射界面。通過地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射的電磁波脈沖在向下傳播過程中所遇到的這些反射界面時，就會發(fā)生反射現(xiàn)象。而如果襯砌層或者襯砌層背后出現(xiàn)了病害情況如空洞、含水等，就會在雷達(dá)資料中呈現(xiàn)出一定的特征反射，比如，脫空過程中會出現(xiàn)夾層放射等現(xiàn)象，當(dāng)襯砌背后存在含水情況，那么，就會進(jìn)一步增大介電常數(shù)，在地質(zhì)雷達(dá)資料中就會呈現(xiàn)出高含水性的反射。由此可見，在公路隧道病害檢測中已經(jīng)廣泛的應(yīng)用了地質(zhì)雷達(dá)這一快速高效的檢測技術(shù)，最終取得的效果是極高的。
2 雷達(dá)波在公路隧道襯砌中的波相分析
2.1 公路隧道中雷達(dá)波相識別的要點
要想及時的獲取到雷達(dá)探測的結(jié)果，就必須有效的處理和判斷雷達(dá)記錄，這里所說的判斷，實質(zhì)上就是將理論與實踐結(jié)合起來的綜合分析，必須要有扎實的理論基礎(chǔ)與豐富的實踐經(jīng)驗做支撐。雷達(dá)記錄判讀也可稱之為雷達(dá)記錄波相分析，其主要是資料解釋的基礎(chǔ)。本文以下對波相分析的要點進(jìn)行了介紹。
2.1.1 反射波的振幅與方向
我們可以從反射振幅上對兩側(cè)介質(zhì)的屬性進(jìn)行明確的判定；當(dāng)波從小的介電常數(shù)進(jìn)入到大的介電常數(shù)的介質(zhì)中時，也就是說，從高速介質(zhì)進(jìn)入到低速介質(zhì)，從光疏進(jìn)入到光密介質(zhì)過程中，實際反射系數(shù)呈現(xiàn)為負(fù)，也就是說，反射波振幅反向。相反，如果從低速介質(zhì)進(jìn)入到高速介質(zhì)，反射波振幅的方向就會和入射波的方向相同。這是對界面兩側(cè)介質(zhì)性質(zhì)和屬性進(jìn)行判斷的基礎(chǔ)性依據(jù)。比如，從空氣中進(jìn)入土層、折射波不反向、而混凝土呈現(xiàn)出了反射振幅反向。如果是從混凝土后邊的脫空區(qū)再反射回來時，反射波不反向，最終所呈現(xiàn)出的是脫空區(qū)的反射和混凝土表面反射間形成了相反的方向。假如混凝土后面出現(xiàn)了含水情況，那么，就會使得波從該界面反射產(chǎn)生反向，和表面反射波是同一個方向，并且具有較大的反射振幅?；炷林械匿摻?，波形傳播距離幾乎為零，反射自然反向，并且有著極強的反射振幅。所以，對于雷達(dá)波判別，反射波的振幅及方向是其關(guān)鍵的一項依據(jù)。
2.1.2 反射波具有的頻譜特征
不同的介質(zhì)，其結(jié)構(gòu)特征也有著不同，內(nèi)部反射波具有的高低頻率特征也存在著很大的差異，我們可以將其當(dāng)做是區(qū)分各種物質(zhì)界面的基本依據(jù)。比如混凝土和巖層相比，質(zhì)地較為均勻，不會像巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)那樣的復(fù)雜，所以，在圍巖中內(nèi)具有明顯的反射波，尤其是有著豐富的高頻波?；炷羶?nèi)部沒有過多的反射波，一般存在缺陷的地方才會有反射。比如表面松散土電磁性質(zhì)十分的均勻，反射波比較弱。其下部新鮮基巖中如果是高頻弱振幅反射
，那么，就可從頻率特性中將各層分開。當(dāng)節(jié)理帶與斷裂帶結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了破碎現(xiàn)象，內(nèi)部就會有較多的反射與閃射，在與其相應(yīng)走時位置處呈現(xiàn)出了高頻密紋反射。
2.2 公路隧道中常見的異常波相識別
2.2.1 襯砌托空層的波形特征
我們將襯砌與圍巖間的脫空區(qū)稱之為空氣，其和混凝土以及圍巖的波阻抗存在著明顯的差異，反射波正反相間，實際反射較強，脫空區(qū)斷斷續(xù)續(xù)的盤旋，位置十分的清楚，非常容易進(jìn)行辨別。如果襯砌混凝土背后回填的不夠密實，以及混凝土與圍巖間存在空隙，那么，空氣和混凝土介電常數(shù)就會有很大的差別，電磁波會在混凝土與空氣之間產(chǎn)生出極強的反射信號。如果脫空較大，那么，就可清晰的看到圍巖界面，在地質(zhì)雷達(dá)剖面圖上可以看出在混凝土層下部產(chǎn)生出了多次的反射波，同相軸呈現(xiàn)了弧形狀，能夠明顯的看出其能量的提高。
2.2.2 幾種異常波相的圖形特征
實際中，如果雷達(dá)波遇到了消防洞，就會產(chǎn)生出多次極強的反射，異常波形十分的復(fù)雜與紛亂，次數(shù)多且寬度整齊固定，在表層同相軸錯斷；如果遇到預(yù)埋管，那么就會產(chǎn)生出窄而長的弧形反射，反射較強，形狀相同。如果遇到鋼筋網(wǎng)，那么，就會呈現(xiàn)出銳弧形，鋼筋大小與雷達(dá)分辨率會對其造成一定的影響，而產(chǎn)生出魚鱗狀，具有較強的反射。
3 結(jié)論
綜上所述可知，地質(zhì)雷達(dá)屬于一項無任何損害的檢測技術(shù)，它能夠采集大量的所需數(shù)據(jù)，經(jīng)濟合理、快捷，且能夠有效的防止公路隧道工程施工過程中各種質(zhì)量通病的發(fā)生。
地質(zhì)雷達(dá)論文:地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)在水庫堤壩災(zāi)害治理工作中的應(yīng)用效果
作者：張炎孫 蔡立信 蔣喜珍
論文 關(guān)鍵詞:雷達(dá)探測 堤壩 災(zāi)害治理 效果
論文摘要:詳細(xì)介紹了樂化水庫庫壩過水箱涵的雷達(dá)探測過程與成果,說明了雷達(dá)探測在堤壩災(zāi)害防治系統(tǒng)工程中的可能性與有效性。
1 概況
樂化水庫位于南昌市新建縣內(nèi)。庫區(qū)為低山丘陵環(huán)抱,控制流域面積8·4km2。該大壩壩體所處地基為前震旦系雙橋山群雜色條帶絹云千枚板巖與粉砂質(zhì)板巖,間雜喜山期輝長輝綠巖;南段壩肩及庫區(qū)周圍分布有大量的輝長輝綠巖孤石。壩體為重力式土壩,由就地取土,人工填筑而成,主要填料為第四系粉砂質(zhì)粘土與殘坡積物。由20世紀(jì)50年代修筑的壩基經(jīng)多期次加高培寬而成現(xiàn)狀(圖1)。
50年代修造的泄水涵管因滲漏而廢棄, 70年代對泄水涵管進(jìn)行改造,就在原涵管的南側(cè)以開挖方式重新建造了一個磚混結(jié)構(gòu)的箱涵,箱涵截面為60×60cm2,頂板有鋼筋?，F(xiàn)因水庫壩體嚴(yán)重滲漏,需進(jìn)行注漿處理,如在注漿處理過程中不慎破壞箱涵,將會給庫壩帶來災(zāi)難性后果。該箱涵在堤面水平投影位置,現(xiàn)已無資料。因此必須查明該泄水箱涵深度及其在壩面的平面投影位置,為正在進(jìn)行的該水庫壩體除險加固工程提供切實的基礎(chǔ)資料。在綜合考慮壩體與地質(zhì)環(huán)境、時間與效果等因素后,選用地質(zhì)雷達(dá)對70年代末期經(jīng)開挖壩體改建而成且目前正在使用的泄水涵管進(jìn)行探測。
2 方法可行性分析
地質(zhì)雷達(dá)是應(yīng)用脈沖電磁波來探測隱蔽介質(zhì)分布和目標(biāo)物。當(dāng)發(fā)射天線向被測物體發(fā)射高頻寬頻帶短脈沖電磁波時,遇到不同介電特性的介質(zhì)就會有部分電磁波能量被返回,反射波的路徑-波形將隨所通過的介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化,根據(jù)反射波的旅行時間(亦即雙程走時)、幅度、頻率與波形變化資料,可以判讀目標(biāo)物的深度和位置。
當(dāng)?shù)虊螢榫|(zhì)土?xí)r,其內(nèi)部無明顯反射界面,雷達(dá)波向下輻射,就不再返回,記錄上只能看到直達(dá)波,其后就不會存在界面反射波。當(dāng)其內(nèi)部存在非勻質(zhì)體,如需查明的涵管或其它地質(zhì)體如不均勻土體、弧石等,只要其具一定的規(guī)模并可形成一定能量的反射波,都將在記錄上呈現(xiàn)異常。相對來說,箱涵對比一般不均勻地質(zhì)體其外表面更加平整,且其頂板內(nèi)有鋼筋,將會形成較強的雷達(dá)反射波,具備了區(qū)別其它地質(zhì)體的前提條件。
3 方法技術(shù)與現(xiàn)場工作布置
3·1 方法技術(shù)
采用美國生產(chǎn)的sir-2型地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測。
(1)天線頻率與移動方式:根據(jù)工作目標(biāo)物的探測深度及有關(guān)地質(zhì)情況,在蓋層較淺段選用100mhz加強型天線以連續(xù)掃描方式工作,在蓋層較深面則選用80mhz~20mhz低頻天線組工作。點距50cm;線距依據(jù)場地條件及實測工作情況而定。
(2)增益設(shè)置:增益設(shè)置的原則是非目標(biāo)體有一定強度的信號,目標(biāo)體有足夠強度信號。正式采集之前,先在測線上不同測幾個點,以對整條測線的增益水平有一個大致的了解,采用人工分時段設(shè)置增益來保障目標(biāo)體具較強信號且不致溢出。
(3)記錄長度(時窗):一般根據(jù)目標(biāo)體的大致深度與電磁波在土質(zhì)介質(zhì)中的經(jīng)驗速度所 計算 反射波的雙程旅行時間的1·3~1·5倍來作為記錄時窗長度,以保障目標(biāo)體異常完整。
(4)在已知廢棄老涵管的上方進(jìn)行測量,根據(jù)老涵管的已知深度求出該壩體土質(zhì)電磁波的平均速度為0·082m/ns,并以此速度作為該工區(qū)的電磁波在蓋層中的傳播速度來計算的目標(biāo)體深度誤差較小。
3·2 工作布置
實測剖面測線8條,其中4、6線為重復(fù)測量剖面,探測剖面總長度545m。水壩迎水坡因有護(hù)坡塊石,造成天線發(fā)射阻抗不配匹,加之有棧橋干擾,因此只布置了一條測線,測線主要布置在背水坡與壩面。
4 資料成果
圖2為2線100mhz加強型天線以連續(xù)掃描方式所測雷達(dá)圖像,人工分5時段設(shè)置增益,記錄長度280ns,該記錄清晰反映了箱涵的頂部位置。在“0”m標(biāo)線上的及時組波為直達(dá)波; 2·5m左右有一組幅值相對較大的波組,推斷為不同填料界面反射波;在深度約4·8m附近,有一弧形異常波組存在,為涵管頂面反射波。另在1、3線均有相似異常出現(xiàn)。因此根據(jù)該目標(biāo)弧形波組頂部在測線上出現(xiàn)的樁號位置可較地確定箱涵在地表的投影位置與埋藏深度,據(jù)此在實地采用木樁標(biāo)志。
圖3為壩面采用40mhz非屏蔽低頻天線所測圖像。因箱涵較深,為保障電磁波反射信號強度,只能采用點測,點距50cm,測量所選參數(shù):每測點垂向疊加256次以消除偶然干擾,時窗400ns,樣點數(shù)512個/sc, 7時段人工選擇增益。該記錄總體來說,波形平穩(wěn),在圖像中部約有2~3m范圍波形異常區(qū),推斷為后期改建新涵管開挖壩體所致,不同時期所填筑的材料不一樣, 自然 壓密的時間也不一樣,后期開挖的斷面填料相對原壩體填料較雜、均勻性稍差、密實度也稍低,會形成開挖斷面與兩側(cè)雷達(dá)波形異常。縱向來看,大約在11m,雷達(dá)波異?；鞠?認(rèn)為涵管頂面深度在10·5~11m。據(jù)此,實地用木樁標(biāo)志涵管在壩面的水平投影位置。
根據(jù)雷達(dá)測線測量資料,結(jié)合樂化水庫管理站提供的涵管施工記錄綜合分析,認(rèn)為后期改建的泄水涵管布設(shè),總長度為76m,在壩體背水坡一側(cè)。新涵管自閘門向南西方向布設(shè),長約12m,而后轉(zhuǎn)為南西西方向,近似與老涵管平行布設(shè),在戧道下方,距老涵管約10·5m,壩頂面距19號孔約11·9m,距11號孔約0·85m。迎水坡因塊石護(hù)坡,造成天線耦合效果較差,加之棧橋干擾,探測資料質(zhì)量相對背水坡一側(cè)較差,根據(jù)當(dāng)時施工記錄結(jié)合已測資料分析,庫區(qū)一側(cè)(迎水坡)新涵管轉(zhuǎn)折處距老涵管約14·5m。
5 結(jié)論
(1)查清了目前正在使用的泄水箱涵的空間位置,為該庫壩的除險加固工程提供了的基礎(chǔ)資料,保障了工程的順利進(jìn)行。
(2)對庫壩進(jìn)行雷達(dá)探測,對不同期次的填料及其邊界有較為明顯反映,據(jù)此可進(jìn)一步了解壩體構(gòu)筑物的密實程度,從而對有可能形成滲漏通道的區(qū)段提出警示,防患于未然。
(3)在堤壩災(zāi)害防治系統(tǒng)工程中,進(jìn)行雷達(dá)探測,可以反映堤壩病害的相關(guān)信息,為災(zāi)害防治工程決策形成、方案制定提供的基礎(chǔ)資料,從而贏得質(zhì)量、時間與效益。
地質(zhì)雷達(dá)論文:地質(zhì)雷達(dá)隧道工程論文
一、地質(zhì)雷達(dá)測試原理
地質(zhì)雷達(dá)一種利用電磁波信號在不同介質(zhì)中傳播運動特性的寬帶高頻電磁波信號探測方法。地質(zhì)雷達(dá)探測系統(tǒng)發(fā)射機將高頻電磁波以短脈沖、寬頻帶的方式,通過發(fā)射天線將其定向發(fā)射至地下,經(jīng)過不同特質(zhì)的地下巖層或目標(biāo)體反射回地質(zhì)雷達(dá)并由接收天線接收。高頻電磁波在巖層中傳播時,由于巖層所含介質(zhì)的差異,導(dǎo)致其傳播路徑、電磁場強度及波形呈不同幾何形態(tài),通過對時域波形的采集、數(shù)據(jù)整理及分析,可確定地下巖層界面或異常巖體的空間結(jié)構(gòu)及其位置。隧道結(jié)構(gòu)地質(zhì)巖層具有明顯的電性差異,這是地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用的前提;這些界面可以形成良好的電磁波反射形態(tài),是地質(zhì)雷達(dá)在隧道襯砌質(zhì)量檢測中應(yīng)用的主要原理。
二、砼厚度的地質(zhì)雷達(dá)探測試驗
試驗?zāi)康氖欠治龅刭|(zhì)雷達(dá)對鋼筋砼構(gòu)件的檢測精度。試件尺寸為2m×2m鋼筋砼方柱,強度為C25,配合比(kg/m3)為水∶水泥(標(biāo)號為325)∶粗骨料∶細(xì)砂=195∶464∶551∶1170。其中粗骨料為19~31.5、9.5~19、4.75~9.5mm,經(jīng)篩分試驗確定3種規(guī)格的摻量分別為30%、60%、10%,形成連續(xù)級配。經(jīng)檢驗,碎石為同顏色,不帶雜物,含泥量0.5%,壓碎值10.4%,符合規(guī)范要求。鋼筋主筋為直徑16mm二級螺紋鋼,間距93mm;箍筋為直徑10mm一級圓鋼,間距90mm。保護(hù)層厚度統(tǒng)一設(shè)置為40mm響了檢測精度,實際檢測精度可能更高,地質(zhì)雷達(dá)對于不同介質(zhì)界面的探測具有較高的精度,檢測結(jié)果較為。
三、工程應(yīng)用案例
工程概況某隧道位于贛南山區(qū),為小凈距短隧道。隧道縱坡為單向坡,左、右線縱坡坡率分別為2.125%、2.1%。洞門均為1∶1.6削竹式。按新奧法原理設(shè)計為復(fù)合式支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)。根據(jù)地質(zhì)勘察揭示的圍巖情況,將洞身(包括緊急停車帶)劃分為FS3b、FS4a、FS4b、FS5a、FS5b、FS5c及明洞FSM等襯砌結(jié)構(gòu)類型。試驗主要采用地質(zhì)雷達(dá)對淺埋一般段FS4a襯砌施工質(zhì)量進(jìn)行掃描檢測。FS4a型襯砌的結(jié)構(gòu)如下:初期支護(hù)為22藥卷錨桿(單根長3.0m),錨桿環(huán)距×縱距為1.0m×1.0m,噴射23cm厚C25砼,6@20×20cm雙層鋼筋網(wǎng)片,工字鋼(拱架)縱距1.0m;二次襯砌結(jié)構(gòu)為40cm厚C30鋼筋砼拱圈,40cm厚C30素砼仰拱。檢測結(jié)果分析為地質(zhì)雷達(dá)檢測10榀鋼拱架縱向間距的結(jié)果,為地質(zhì)雷達(dá)掃描檢測初期支護(hù)砼噴射厚度的結(jié)果,為地質(zhì)雷達(dá)掃描檢測二次襯砌砼鋼筋網(wǎng)片保護(hù)層厚度的結(jié)果。從表2來看,2#、5#、7#鋼架間距超過規(guī)范的允許偏差,施工方需在后續(xù)施工過程中嚴(yán)格控制鋼筋間距,確保鋼筋榀數(shù)滿足設(shè)計要求。
四、結(jié)語
利用地質(zhì)雷達(dá)檢測鋼筋砼結(jié)構(gòu)試件的保護(hù)層厚度,檢測結(jié)果精度較高,具有較高的性,在工程實體無損檢測中具有較廣闊的應(yīng)用前景。將地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用到隧道工程中,可真實反映隧道工程的施工質(zhì)量缺陷,及時提醒施工單位加以修復(fù)或加固處理,為確保隧道施工質(zhì)量提供技術(shù)保障。
作者：余輝王吉慶肖欽單位：江西省高速集團(tuán)贛州管理中心
地質(zhì)雷達(dá)論文:地質(zhì)雷達(dá)古建筑論文
1地質(zhì)雷達(dá)探測原理
地質(zhì)雷達(dá)廣泛應(yīng)用于市政工程、地下設(shè)施、考古、地質(zhì)與水文等領(lǐng)域的探測和評估，原理是其主機通過天線由地面發(fā)射電磁波到地下，當(dāng)電磁波遇到不同電性差異的目標(biāo)體或不同介質(zhì)的界面時便會發(fā)生反射與透射，反射波返回地面，又被接收天線所接收。此時雷達(dá)主機記錄下電磁波從發(fā)射到接收的雙程時間t和幅度與波形資料，通過對圖像進(jìn)行解釋和分析，確定不同界面及深度、空洞等。
2儀器及測線布置
采用美國SIR-20型地質(zhì)雷達(dá)，根據(jù)不同的檢測深度要求配備270MHZ、100MHZ高頻天線。針對雞鳴驛古城內(nèi)的地下通道，城墻進(jìn)行探測，地下通道的檢測中，測線垂直通道延伸的方向布設(shè)，城墻的檢測中，測線沿城墻走向及垂直城墻走向進(jìn)行探測。
3測量參數(shù)
100MHz天線：測量方式采用連續(xù)測量，時窗范圍：150ns（較大探測深度可達(dá)30m），采樣率：512樣點/掃描，掃描率：32掃描/秒，每2m做一探測標(biāo)志。270MHz天線：測量方式采用連續(xù)測量，時窗范圍：100ns（較大探測深度可達(dá)5.0m），采樣率：512樣點/掃描，掃描率：32掃描/秒，每2m做一探測標(biāo)志，每探測一條另存為一個探測文件。本次探測工作依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）。
4數(shù)據(jù)處理與分析
通過對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行背景去除、濾波，設(shè)置介電常數(shù)、水平均一化等一系列處理，分析確定地下洞室的位置及深度，橫坐標(biāo)表示探測的水平距離，縱坐標(biāo)表示距地面的深度。由于空氣與土或與石的介電常數(shù)差異較大，所以當(dāng)結(jié)構(gòu)中有明顯的空隙或空洞時，地質(zhì)雷達(dá)會有明顯的強反射信號。雷達(dá)圖像上可以看出兩處空洞的位置、深度和大小，（a）處空洞頂距地面約1.5m，最深處距地面約4.5m，空洞高度約2m；（b）處空洞頂距地面約2.0m，最深處距地面約3.5m，空洞高度約2m。
5結(jié)論與建議
地質(zhì)雷達(dá)操作簡單，精度高，能對地下空洞、城墻內(nèi)部的裂縫破損進(jìn)行檢測，工程實例表明，采用地質(zhì)雷達(dá)對古建進(jìn)行勘測是比較和可行的，探測效果較好，對古建的評估和加固提供了有力的支持。但是，地質(zhì)雷達(dá)還存在一定局限性，隨著探測深度的增大，探測精度降低，進(jìn)一步影響到探測質(zhì)量，有時會造成誤判，因此建議在古建探測中，地質(zhì)雷達(dá)、地震面波等多種無損檢測方式并用，能取得較好的探測效果。
作者：孫建超單位：陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院
地質(zhì)雷達(dá)論文:地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在交通工程中的實用性
作者：王興舟王達(dá)亮李曉紅單位：吉林省公路工程質(zhì)量監(jiān)督站吉林省交通科學(xué)研究所
地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是近年來發(fā)展得非常迅速的一項探測技術(shù)，以其高分辨率和高工作效率正逐漸成為地下隱蔽工程調(diào)查的一種有力工具。隨著信號處理技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展以及實踐操作經(jīng)驗的豐富積累，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)不斷發(fā)展，地質(zhì)雷達(dá)儀器不斷更新，應(yīng)用范圍不斷擴大，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工程地質(zhì)勘察、建筑結(jié)構(gòu)調(diào)查、無破損檢測、水文地質(zhì)調(diào)查、生態(tài)環(huán)境等眾多領(lǐng)域。
1地質(zhì)雷達(dá)原理及特點
地質(zhì)雷達(dá)(腳udprobing/pentratingradar，簡稱GPR)，是一種對地下的物體內(nèi)不可見的目標(biāo)體或界面進(jìn)行定位的電磁技術(shù)。其工作原理是:高頻電磁以寬帶脈沖形式，通過發(fā)射天線被定向送入地下，經(jīng)存在電性差異的地下地層或目標(biāo)反射后返回地面，由接收天線所接收。高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性特征及幾何形態(tài)而變化。故通過對時域波形的采集、處理和分析，可確定地下界面或地質(zhì)體的空間位置及結(jié)構(gòu)。長久以來，對埋藏物體的探測是一項使人感興趣的研究課題。至今沒有任何一種單一方法能提供一個十分的答案。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)作為一種迅速發(fā)展、且具有特殊吸引力的方法，主要是由于其具有高分辨率、無破損性和高效率的特點。體向后散射截面因數(shù)g，媒介的衰減系數(shù)a所決定。在均勻介質(zhì)中，電磁波傳播的波長入與衰減系數(shù)a為:（公式略）其中c為電磁波在自由空間的傳播速度;ur為介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率;er為介質(zhì)的相對介電常數(shù);a為導(dǎo)電率;助為自由空間的波阻抗;W為能量衰減系數(shù)。磁導(dǎo)率的影響可忽略，則電磁波在介質(zhì)中的傳播僅由介電常數(shù)、導(dǎo)電率與波的頻率決定，可由能量衰減系數(shù)W來表示:（公式略）
2地質(zhì)雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)
2.1地質(zhì)雷達(dá)的探測距離地質(zhì)雷達(dá)所能探測到目的體的深度稱為地質(zhì)雷達(dá)的探測距離。當(dāng)一個雷達(dá)系統(tǒng)選定后，地質(zhì)雷達(dá)波在介質(zhì)中的傳播距離R主要由電磁波波長入.目標(biāo)電磁波的頻率越高，它在介質(zhì)中衰減越快，傳播距離越短;當(dāng)電磁波的頻率一定時，介質(zhì)的相對介電常數(shù)越大，電導(dǎo)率較大時，地質(zhì)雷達(dá)波會很快衰減，傳播距離短，地質(zhì)雷達(dá)的探測深度淺。反之，介質(zhì)的相對介電常數(shù)較小，導(dǎo)電率也較小，地質(zhì)雷達(dá)波衰減慢，傳播距離遠(yuǎn)，地質(zhì)雷達(dá)探測的深度較深。
2.2地質(zhì)雷達(dá)的分辨率分辨的定義是分辨最小異常體的能力。分辨率可分為垂直向分辨率與橫向分辨率。垂直向分辨率是指雷達(dá)剖面上所能夠區(qū)分一個以上反射界面的能力。理論上可把雷達(dá)天線主頻率波長的1/8作為垂直分辨率的極限，但由于外界干擾等因素，一般把b二入/4作為垂直向分辨率的下限，當(dāng)?shù)貙雍穸萣小于入/4時，復(fù)合反射波波形變化很小，其振幅正比于地層厚度，這時已無法從時間剖面上確定地層厚度。水平分辨率是指地質(zhì)雷達(dá)在水平方向上所能分辨的最小異常體的尺寸，根據(jù)波的干涉原理，水平分辨率通常為:式中入為雷達(dá)子波的波長;h為異常體的埋藏深度。
3地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在工程中的應(yīng)用
3.1地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用在橋梁和隧道設(shè)計、施工時，詳細(xì)了解地下水情況、巖面的起伏、破碎帶的發(fā)育具有重要意義。傳統(tǒng)的工程鉆探方法費時、費力，同時采集的數(shù)據(jù)有限，不能了解某個地區(qū)的工程地質(zhì)情況，特別是在地下水豐富、巖面起伏劇烈，破碎帶又相對發(fā)育的地區(qū)，實踐證明單純依靠工程鉆探往往會產(chǎn)生較大的偏差，顯然不能滿足工程設(shè)計和施工的要求。結(jié)合鉆探，地質(zhì)雷達(dá)能給出整個工區(qū)的剖面圖，使我們能較的了解整個工區(qū)的工程地質(zhì)情況。
3.2地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用靜壓預(yù)制樁若施工不好，會造成樁身的傾斜，影響到樁的承載能力，施工后樁身傾斜性的檢驗，可以通過地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行，效果良好。地下連續(xù)墻損壞后，對其質(zhì)量的評價也可用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行檢測。在存在流砂層的地區(qū)進(jìn)行深層基礎(chǔ)施工時如果施工質(zhì)量不好，在施工過程中造成大量地下水滲流，帶走大量粉砂，造成基坑旁側(cè)產(chǎn)生地下空洞，從而使周圍下沉，甚至導(dǎo)致基坑坍塌事故。在基坑開挖過程，除進(jìn)行地面沉降和地下水位觀測外，用地質(zhì)雷達(dá)在基坑周邊進(jìn)行探測，可以及時發(fā)現(xiàn)地下空洞，消除隱患。大口徑鉆孔灌注樁作為橋墩基礎(chǔ)越來越引起重視，由于鉆孔灌注樁截面積越大，承受荷載越大，故對其質(zhì)量要求嚴(yán)格。鉆孔灌注樁在橋梁工程中的質(zhì)量控制是從對采用的鋼筋、水泥、骨料等原材料的質(zhì)量控制到竣工后的質(zhì)量驗收全過程均形成了規(guī)范。在質(zhì)量驗收時往往采用反射波或機械阻抗法檢測樁基完整性，但無法檢測樁基鋼筋籠的布置情況，鋼筋屬于低阻抗體，吸收系數(shù)大，反射強度亦大，波形粗黑，用低頻探頭可以探測出鋼筋籠的布設(shè)情況和樁的長度。
3.3地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在公路工程質(zhì)量檢測方面的應(yīng)用近年來，我國高等級公路建設(shè)事業(yè)突飛猛進(jìn)，原有鉆探取芯或開挖抽樣的公路質(zhì)量檢測方法不僅效率低，代表性差，而且對路面有損壞，為此極需發(fā)展一種快速、簡便有效的無損檢測技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)可以滿足這種要求。
3.3.1公路路面厚度檢測路面厚度檢測是公路檢測的主要內(nèi)容之一，高等級公路路面厚度0.2一0.3m，這就要求公路路面厚度檢測有很高的分辨率，厚度檢測誤差小于0.01mo當(dāng)介質(zhì)厚度大于子波波長的l/4時，可以認(rèn)為能被地質(zhì)雷達(dá)分辨出。一般機場和公路路面為水泥混凝土或瀝青混凝土，電磁波傳播速度約為0.1-0.12m/ns，從而可以換算出用于檢測0.Zm厚度以上路面精度<0.olm，地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)使用gooMHz以上的中心探頭。目前地質(zhì)雷達(dá)已有2200MHz的探頭，其天線的信號脈沖寬度為0.42ns，波長小于scm，分辨率為1.25cm，滿足測試精度的要求。
3.3.2路基與路面病害的調(diào)查公路在修筑過程中已對路基進(jìn)行處理，隨著公路投人使用、路基經(jīng)歷壓實或其它外來擾動的影響，使原來輕弱地基發(fā)生變化，承載力不足，使路基產(chǎn)生過量沉降，形成空洞、暗穴，有時局部還會產(chǎn)生滑坍等;面層在行車荷載的反復(fù)作用和自然風(fēng)化因素的影響下，會逐漸出現(xiàn)損壞，形成路面沉陷、車轍、推移、開裂等;另外，由于公路結(jié)構(gòu)層透水問題使局部積水，產(chǎn)生軟弱體或軟弱層等病害。公路病害形成的原因是多方面的，有本身質(zhì)量原因，也有外界自然作用原因，同時路基病害與路面病害不是獨立形成的，兩者相互作用，相互影響，在公路病害調(diào)查中，查明“病因”十分重要。用鉆芯取樣法調(diào)查速度慢，僅能以點帶面，取得的資料代表性差、不。用雷達(dá)可以非常迅速的探測出路面各層及路基情況，繪出整段路基、路面的剖面圖，直觀的反映出路基、路面的損壞程度、范圍，以及是否有脫空、積水現(xiàn)象，為維修和養(yǎng)護(hù)提供資料。
3.4地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在隧道檢測中的應(yīng)用在隧道建設(shè)中，所面臨的質(zhì)量問題如欠挖、超挖、襯砌厚度不足、襯砌后有空洞、積水等。傳統(tǒng)檢測方法大都采用破損檢測，檢測頻率不夠，同時會造成新的質(zhì)量隱患，地質(zhì)雷達(dá)可以提供一種高效、多方位、的無破損檢測手段。用中頻雷達(dá)探頭可以定量地探測出隧道的襯砌厚度、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架，以及襯砌后脫空、積水情況，為維護(hù)提供詳細(xì)資料。
4結(jié)束語
地質(zhì)雷達(dá)在我國交通行業(yè)應(yīng)用已有十年的歷史，這是一種很有前景的無損、省時、有效的檢測方法，地質(zhì)雷達(dá)在我國交通行業(yè)必將有更廣范的應(yīng)用。
地質(zhì)雷達(dá)論文:隧道工程地質(zhì)雷達(dá)檢測分析
【摘要】通過實際工程應(yīng)用，介紹地質(zhì)雷達(dá)的特點、原理和探測解析方法；在隧道工程的超前地質(zhì)探測預(yù)報以及隧道結(jié)構(gòu)檢測的應(yīng)用中，證明了地質(zhì)雷達(dá)的實用性、先進(jìn)性及其實際應(yīng)用中的重要作用。
【關(guān)鍵詞】公路隧道；地質(zhì)雷達(dá)；檢測；超前預(yù)報；應(yīng)用
1、工程概況
小北山二號隧道為長隧道，按左、右線分離布設(shè)。左線隧道起訖里程ZK19+571～ZK21+091，長1520m，揭陽端洞口采用削竹式，洞口設(shè)計標(biāo)高30.353m，惠來端洞門采用削竹式，洞口設(shè)計標(biāo)高17.398m，坡高0.5%～-1.317%，隧道較大埋深約209m。右線隧道起訖里程ZK19+599～ZK21+081，長1482m，揭陽端洞口采用削竹式，洞口設(shè)計標(biāo)高30.493m，惠來端洞門采用削竹式，洞口設(shè)計標(biāo)高17.490m，坡度0.5%～-1.321%，隧道較大埋深約212m。隧道位于丘陵地區(qū)，山體地形陡峭，山體植被較發(fā)育，山體發(fā)育花崗巖孤石，大小不一。隧址區(qū)基底主要為燕山期花崗巖，局部見輝綠巖巖脈，覆蓋層由粘土、全～強風(fēng)巖組成，基巖由中~微風(fēng)化巖組成。隧址區(qū)地下水類型主要為潛水，含水層主要為第四系松散層的孔隙及中～微風(fēng)化巖的風(fēng)化裂隙。
2、地質(zhì)雷達(dá)的發(fā)展及其應(yīng)用
隨著社會的高速發(fā)展，有很多的方便加上很多的儀器可以在巖土勘察中使用，重要的方法有彈性波法及其電磁波法。在實際工程當(dāng)中經(jīng)常使用的電磁波法就是地質(zhì)雷達(dá)，隧道地震探測儀比較適合遠(yuǎn)距離宏觀的地質(zhì)問題探測；并且地質(zhì)雷達(dá)方法可以結(jié)合高頻電磁波而進(jìn)行非?？斓臒o損傷探測，因此頻段非常高的話可以在隧道結(jié)構(gòu)當(dāng)中進(jìn)行檢測。公路的隧道工程埋深、規(guī)模以及數(shù)量隨著時間的增加而不斷地變多，而在施工的過程當(dāng)中也遇到了很多復(fù)雜的工程地質(zhì)條件。雖然說在設(shè)計以前都作了非常詳細(xì)地質(zhì)勘察，但是在隧道實際的開挖施工當(dāng)中，還會有非常多的問題發(fā)生的。從這些方面就可以很好地說明，在隧道施工過程當(dāng)中的圍巖穩(wěn)定性狀況以及一些掌子面前方的實際情況，并且做出及時地超前預(yù)報。當(dāng)隧道發(fā)生一些事故或者竣工以后，應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)行的規(guī)范上面要求以及隧道本身的結(jié)構(gòu)特性，不但應(yīng)該在隧道的表面進(jìn)行觀測以及凈空斷面進(jìn)行測量，需要的時候還應(yīng)該采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行一些更深入的檢測，例如圍巖的密實完整穩(wěn)定的情況、鋼拱架的分布情況、有無離析以及蜂窩麻面、襯砌混凝土的均勻一致性以及相對應(yīng)的完整性以及襯砌有效厚度等等。經(jīng)過實際的情況可以證明，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)可以在隧道的施工當(dāng)中作出非常詳細(xì)的超前地質(zhì)預(yù)報?，F(xiàn)在，地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了單點探測以及連續(xù)探測的實時自動成圖。而國外的國家探地雷達(dá)基本上是單脈沖雷達(dá)，其工作的頻率在50到2G赫茲，最為代表性的國家是美國和加拿大。我們國家所生產(chǎn)的一系列地質(zhì)雷達(dá)，結(jié)合地下工程的超前預(yù)報的特點，采用的是脈沖調(diào)制式，這個的探測距離非常大，而且分辨率也非常高，其工作的頻率大約在160到220兆赫茲，其探測的距離可以達(dá)到40到60米，可以很好地適應(yīng)超前地質(zhì)預(yù)報以及部分的工程檢測。
3、探測的原理以及方法
結(jié)合設(shè)計的圖紙以及設(shè)計的任務(wù)書按照規(guī)定進(jìn)行開展地質(zhì)超前預(yù)報的工作，其預(yù)測應(yīng)該是沿著隧道縱向三十米的范圍以內(nèi)對一些不安全的地質(zhì)問題進(jìn)行檢查，對前面的地層巖性變化以及水文地質(zhì)特征（軟弱巖層的分布、斷層發(fā)育及其影響帶、水的賦存情況等）進(jìn)行探測，對隧道圍巖的級別進(jìn)行分析，并列出一些施工的建議，確保隧道施工的安全，減少一些不必要的損失，為動態(tài)的設(shè)計提供所需要的地質(zhì)參數(shù)，從而可以更好地為隧道施工進(jìn)行服務(wù)。本次的地質(zhì)預(yù)報使用的是地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)，運用了空氣耦合型100兆赫茲的天線，結(jié)合探測的前方巖石的特點以及現(xiàn)場施工的條件，對距離30米左右進(jìn)行詳細(xì)地探測。而這次預(yù)報的工作面位于ZK19+735里處的地方，使用一些點測的方式，使用一系列的方法對工作面的正前方進(jìn)行詳細(xì)地預(yù)測。
4、數(shù)據(jù)的處理以及得出來的結(jié)果
對實際測量出來的資料用一系列的軟件進(jìn)行處理分析，再結(jié)合現(xiàn)場的巖性所具體的實際情況，選擇一個比較適合的相對介電常數(shù)，進(jìn)而得出來一些成果，在成果的解釋當(dāng)中，開始的時候，假如發(fā)現(xiàn)了有非常明顯的反相位反射波組出現(xiàn)的話，就應(yīng)該巖性變壞的一個表現(xiàn)；假如發(fā)現(xiàn)了有非常明顯的正相位強波反射波組出現(xiàn)的話，就應(yīng)該是巖層巖性變好的一個表現(xiàn)，結(jié)合反射波反射強度的實際大小就可以區(qū)分反射界面前方介質(zhì)的一系列的特征。依據(jù)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理結(jié)果并結(jié)合地質(zhì)資料分析得出以下預(yù)報結(jié)果：（1）掌子面為強風(fēng)化花崗巖，上方自穩(wěn)能力差，中部伴隨嚴(yán)重掉塊，局部潮濕明顯，推斷圍巖級別為Ⅴ級。（2）掌子面右側(cè)前方4~10m（ZK19+739~ZK19+745）區(qū)域反射信號強烈，同相軸紊亂，推測此區(qū)域與掌子面情況類似，有明顯破碎帶，圍巖完整性差，推斷圍巖級別為Ⅴ級。（3）掌子面前方10~15m（ZK19+745~ZK19+750）區(qū)域反射信號衰退穩(wěn)定，同相軸平穩(wěn)但仍存在斷開處，推測此區(qū)域巖性略微好轉(zhuǎn)，但依舊破碎且含水，推斷圍巖級別為IV級。（4）掌子面前方15~30m（ZK19+750~ZK19+765）區(qū)域信號較弱，加大增益后發(fā)現(xiàn)同相軸較為連續(xù)，推測此區(qū)域巖性好轉(zhuǎn)，級別應(yīng)為IV級。依據(jù)結(jié)果給出的建議：（1）ZK19+735掌子面圍巖為強風(fēng)化花崗巖，自穩(wěn)能力差，局部潮濕明顯，中部掉塊嚴(yán)重，應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)尺，加強支護(hù)，預(yù)防坍塌。（2）掌子面前方10m區(qū)域圍巖與掌子面情況相似，穩(wěn)定性差，破碎帶明顯，容易坍塌。嚴(yán)格控制進(jìn)尺，及時做好初期支護(hù)工作并保障強度，防止掉塊與坍塌，同時做好排水工作。（3）掌子面前方20m區(qū)域后，巖性有所好轉(zhuǎn)。建議采用上下臺階方法，并嚴(yán)格控制進(jìn)尺，及時做好初期支護(hù)工作并保障強度，防止掉塊與坍塌，同時做好排水工作。
5、結(jié)束語
地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程施工或者是后期的運營過程當(dāng)中，可以很好地對工程的質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)地檢測，可以更嚴(yán)格地控制工程的質(zhì)量，更好地檢查工程的缺陷。假如說天線的頻率特性以及工作的方法有一定的影響，而地質(zhì)雷達(dá)在對介質(zhì)參數(shù)的探測當(dāng)中，還存在很多的爭議，那么經(jīng)過不斷地完善以及發(fā)展，地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程檢測當(dāng)中一定有一個非常重要的角色。綜上所述，應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)在地質(zhì)超前預(yù)報當(dāng)中可以精準(zhǔn)地探測預(yù)報隧道施工當(dāng)中危害的工程施工安全的相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害。而地質(zhì)雷達(dá)可以探測出來隧道的結(jié)構(gòu)中重要的施工缺陷，可以為有問題的隧道提供一些非常的依據(jù)，這樣就可以提高工作的效率，并且節(jié)省一些資金。
作者：邱雪峰 單位：廣東省航運規(guī)劃設(shè)計院有限公司
地質(zhì)雷達(dá)論文:地質(zhì)雷達(dá)法在質(zhì)量檢測中的應(yīng)用
1地質(zhì)雷達(dá)法檢測原理
地質(zhì)雷達(dá)檢測隧道襯砌質(zhì)量是基于襯砌混凝土與鋼拱架、鋼筋、襯砌背后超挖回填空隙、空洞等以及密實的混凝土與襯砌背后圍巖的電性差異來實現(xiàn)的。將地質(zhì)雷達(dá)的發(fā)射天線和接收天線密貼于襯砌表面，雷達(dá)波通過天線向下傳播，當(dāng)經(jīng)過這些界面時都會發(fā)生不同程度的反射、折射和散射，并產(chǎn)生不同程度的能量吸收和衰減，集中反映在波形和波阻特征變化上。分析研究反射波的特征差異來判斷襯砌背后空隙、空洞、鋼筋等的形態(tài)，就可以揭示襯砌結(jié)構(gòu)特征及病害缺陷，并計算其埋藏深度及確定其位置。地質(zhì)雷達(dá)的探測效果主要取決于不同介質(zhì)分界面的電性差異的大小，即介質(zhì)層間介電常數(shù)差異越大，則探測效果越好，介質(zhì)異常在雷達(dá)剖面上反映也就越明顯，從而易于識別。
2工程概況
依托工程的隧道較大埋深約33m，內(nèi)軌頂面以上凈空面積為92m2，曲線地段不考慮加寬，全隧線間距4.6m。隧道進(jìn)口里程為GDK208+168，出口里程為GDK208+345，全長177m。隧道內(nèi)縱坡為單面坡，坡度為－12.4‰。隧道進(jìn)口GDK208+168—GDK208+189.05段位于R=20000m的豎曲線上。全隧道暗挖段均為Ⅴ級圍巖，長106m，采用三臺階臨時仰拱法及CRD法施工和復(fù)合式襯砌。進(jìn)口洞門長27m，明洞長10m;出口明洞長5m，洞門長10m。洞門及明洞采用明挖和復(fù)合式襯砌。地質(zhì)雷達(dá)無損檢測的主要內(nèi)容有隧道的仰拱、襯砌的厚度、背后回填密實情況及鋼架、鋼筋的分布情況。本次共完成隧道雷達(dá)檢測1140測線米，代表140成洞米。
3隧道襯砌現(xiàn)場檢測
3．1檢測儀器
目前，美國GSSI公司生產(chǎn)的SIR－3000型便攜式探地雷達(dá)［3］應(yīng)用范圍較廣，可以應(yīng)用于高速公路快速檢測、鋼筋、混凝土缺陷檢測、深層地質(zhì)水文探測、市政管線及地下空洞調(diào)查及隧道襯砌及超前預(yù)報探測等。檢測儀器即采用SIR－3000型便攜式探地雷達(dá)。
3．2測線布置
根據(jù)《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程》規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)場實際作業(yè)條件，本次檢測沿隧道縱向連續(xù)檢測，共布設(shè)3條測線:隧道左右底板、右邊墻各1條。
3．3現(xiàn)場檢測步驟
(1)天線的選擇:針對本次隧道襯砌檢測的具體情況，從分辨率、穿透力等方面綜合衡量，確定使用400MHz天線。(2)對現(xiàn)場襯砌混凝土的介電參數(shù)(或電磁波速)進(jìn)行標(biāo)定，并確定時間窗、掃描樣點數(shù)等采集參數(shù)。(3)天線緊貼襯砌表面，并沿測線連續(xù)滑動。(4)檢測天線滑行應(yīng)移動平穩(wěn)，速度均勻，移動速度控制在3～5km/h之間。(5)每隔10m打一個標(biāo)記，每50m打雙標(biāo)。(6)隨時記錄可能對檢測產(chǎn)生電磁影響的物體(滲水、電纜、鐵架等)及其位置。
4數(shù)據(jù)處理分析與解釋
4．1數(shù)據(jù)處理流程
采用RANDAN專用數(shù)據(jù)處理軟件對所探測的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
4．2數(shù)據(jù)分析與解釋
(1)襯砌背后空洞及密實度的主要判定依據(jù)［4］。①密實度:反射波信號幅度較弱，甚至沒有界面反射信號;襯砌界面的強反射信號同相軸呈繞射弧形，且不連續(xù)，較分散。②脫空(空洞):襯砌界面反射信號強，三振相明顯，在其下部仍有強反射界面信號，兩組信號時程差較大。(2)襯砌內(nèi)部鋼筋、鋼架數(shù)量及分布判據(jù):①鋼筋:連續(xù)的小雙曲線形強反射信號。②鋼架:分散的月牙形強反射信號。
5缺陷等級評定與檢測結(jié)果
5．1缺陷等級
根據(jù)《鐵路運營隧道襯砌安全等級評定暫行規(guī)定》鐵運函［2004］174號文評定依據(jù):(1)隧道襯砌存在缺陷及病害時，為了病害整治與工程質(zhì)量評定的需要，可按隧道襯砌缺陷與病害項目以及嚴(yán)重程度劃分為輕微(1級)、較嚴(yán)重(2級)、嚴(yán)重(3級)、極嚴(yán)重(4級)四個等級。(2)隧道襯砌厚度及混凝土強度缺陷的量化指標(biāo)［5］，應(yīng)符合表2規(guī)定。表2中:q—設(shè)計襯砌混凝土強度;q1—檢測斷面襯砌混凝土測點平均強度;h—設(shè)計襯砌厚度;h1—檢測襯砌厚度，當(dāng)襯砌混凝土存在內(nèi)部缺陷時，檢測襯砌厚度換算為有效襯砌厚度，即將檢測襯砌厚度減去內(nèi)部缺陷削弱的部分厚度;Lc—檢測襯砌厚度不足地段的測線連續(xù)長度;Lq—檢測襯砌混凝土強度不足地段的連續(xù)長度。檢測襯砌厚度當(dāng)相鄰測線三條及以上均連續(xù)不足時，其缺陷等級應(yīng)提高等一級。檢測斷面襯砌混凝土的低強度當(dāng)?shù)陀谄骄档?.85時，其缺陷等級應(yīng)提高一級。(3)隧道襯砌背后有空洞或回填不密實、基底不密實的量化指標(biāo)應(yīng)符合表3規(guī)定。表3中:KLc—襯砌背后回填有空洞地段測線連續(xù)長度;SLc—襯砌背后回填不密實地段的測線連續(xù)長度;DLc—基底不密實地段的測線連續(xù)長度。
5．2檢測結(jié)果
隧道的雷達(dá)掃描圖像對照襯砌設(shè)計參數(shù)表，經(jīng)數(shù)據(jù)分析，該隧道共完成雷達(dá)檢測1140測線米，代表140成洞米。其中有7處存在不密實、空洞現(xiàn)象，襯砌厚度符合設(shè)計要求，9處鋼筋數(shù)量不足。
6結(jié)語
通過對地質(zhì)雷達(dá)無損檢測法檢測原理出發(fā)，結(jié)合某鐵路隧道闡述了地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在隧道仰拱、襯砌檢測中的具體應(yīng)用，為嚴(yán)格控制隧道施工的質(zhì)量，及早發(fā)現(xiàn)隧道隱蔽工程的病害，并采取加固措施消除隱患提供了依據(jù)。在具體進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測時，要結(jié)合具體的工程實例分析，以便得到更加科學(xué)的檢測結(jié)果。
作者：崔景亮 單位：中鐵隧道集團(tuán)有限公司工程試驗中心
地質(zhì)雷達(dá)論文:地質(zhì)雷達(dá)支撐塔探測運用
本文作者：白文勝 單位：貴州省建筑工程勘察院
0引言
地質(zhì)雷達(dá)(簡稱GPR)是近年來興起的一種利用高頻電磁波反射原理來探測目標(biāo)體及地質(zhì)構(gòu)造的物探方法，比地震法分辨率高，比電阻率法探測深度大，能從線和面上充分區(qū)分覆蓋層堆積物和基巖結(jié)構(gòu)特征［1，2］，由于其探測方便、處理快捷、圖象直觀、使用經(jīng)濟等優(yōu)點而倍受工程界信賴和歡迎。自上世紀(jì)70年代開始應(yīng)用至今將近40年來，GPR技術(shù)在考古、場地勘查、公路鐵路選線、工程質(zhì)量檢測、管線探測、隧道超前預(yù)報等領(lǐng)域都有成功的應(yīng)用。但在巖溶發(fā)育區(qū)及溶蝕破碎帶的探測方面少見到成功的應(yīng)用實例，筆者以FAST饋源支撐塔地基探測為實例，結(jié)合開挖驗證，分析地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在這種地形條件較差的環(huán)境中應(yīng)用的可行性。
1概況
擬建500m大射電望遠(yuǎn)鏡(簡稱FAST)屬國家重大科學(xué)項目，是為世界天文學(xué)界探索宇宙建設(shè)的工程臺址。工程臺址選在貴州省平塘縣克度鎮(zhèn)大窩凼，北東距平塘縣城約85km，大窩凼地形剖面形態(tài)屬于“U”型峰叢洼地(圖1)，洼底呈鍋底狀，為一相對閉合型峰叢洼地，形狀比較規(guī)則，近圓型，高程960m處直徑約550m，洼地底部較為平坦，直徑大于250m。所在地區(qū)總體位于貴州高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，地勢總體上呈北高南低。洼地四周共有5個較大山峰，較高峰為洼地北東東側(cè)的1號峰，峰頂高程1104.10m，地形較大高差352.60m。區(qū)域內(nèi)碳酸鹽巖廣布，以巖溶溶蝕地貌類型為主，巖溶峰叢、峰丘、洼地、落水洞極其發(fā)育。巖層呈單斜產(chǎn)出，傾向北北東，傾角5～15，區(qū)內(nèi)無大型斷裂構(gòu)造經(jīng)過，洼地及其附近地層巖性有殘坡積紅粘土、古滑塌堆積物，下伏基巖為三疊系中統(tǒng)涼水井組(T2L)的厚層塊狀灰?guī)r。FAST臺址為一溶蝕洼地，局部溶蝕比較發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，工程地質(zhì)條件較差。根據(jù)FAST結(jié)構(gòu)要求，其六個饋源支撐塔基為主要承重部位，位置分別等分在直徑為600m圓周的1H-3H-5H-7H-9H-11H(H即Hour，類似于圓周表盤的鐘點)上，鋼塔為桅結(jié)構(gòu)，高90～150m，較大壓力5000kN，較大上拔力3500kN。由于鉆探工作量有限，且只能揭示點上地質(zhì)信息，為點面結(jié)合地有效評價塔基的穩(wěn)定性，預(yù)防工程建設(shè)中地質(zhì)病害的發(fā)生，采用GPR物探方法與鉆探相結(jié)合進(jìn)行塔基勘探。
2工作方法選擇及其原理
2.1工作方法選擇由于FAST的6個饋源塔基分布的圓周所圍面積較大，鉆探工作有限，為了查明塔基位置基巖的完整破碎情況、巖溶及發(fā)育特征，為配合鉆探評價塔基穩(wěn)定性提供宏觀依據(jù)，擬采用地質(zhì)雷達(dá)(GPR)探測做進(jìn)一步工作。根據(jù)現(xiàn)場物性試驗結(jié)果統(tǒng)計，較完整灰?guī)r、基巖破碎帶和巖溶的介電常數(shù)存在一定的差異，滿足地質(zhì)雷達(dá)探測的地球物理前提。所以采用GPR探測技術(shù)，能比較地探明臺址區(qū)塔基范圍內(nèi)灰?guī)r的完整破碎情況及巖溶發(fā)育特征，達(dá)到探測目的。
2.2原理GPR是一種高分辨勘探方法，主要探測地下巖土介質(zhì)結(jié)構(gòu)間的電磁性質(zhì)差異。探地雷達(dá)將高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式由發(fā)射天線定向送入地下，電磁波在地下介質(zhì)中傳播，其傳播速度v與所使用電磁波的圓頻率ω、介質(zhì)的介電常數(shù)ε、磁導(dǎo)率μ和導(dǎo)電率σ有關(guān)，當(dāng)遇到不同電性介質(zhì)交界面時，部分電磁波的能量被反射回地面，由接收天線接收。雷達(dá)記錄反應(yīng)接收的是地下介質(zhì)界面的反射波時間序列，應(yīng)用雷達(dá)處理解釋軟件可將地下界面反射波的雙程走時Δt(ns)轉(zhuǎn)換成深度h(m)剖面，通過分析深度剖面中反射波的形態(tài)、頻譜、振幅等特征，確定異常區(qū)的位置、大小、形態(tài)，推斷地下地質(zhì)體(或結(jié)構(gòu))的空間位置、幾何形態(tài)和性質(zhì)等。當(dāng)遇到隱伏巖溶或節(jié)理裂隙時，雷達(dá)深度剖面上的反射波同相軸呈雙曲線形態(tài)，若溶洞或溶槽充水或有粘土充填，其反射波極性反向。電磁波在不同介質(zhì)中傳播時，遇到不同的電磁波阻抗界面將會產(chǎn)生反射和透射。不同組合界面，反射波的極性和幅值變化，它取決于界面兩側(cè)介質(zhì)的物理性質(zhì)和相互差異。用反射系數(shù)來表征反射波的性質(zhì)，它有極性和大小，當(dāng)電磁波入射時，電場的反射系數(shù)為。式中:E1、E2分別為反射和發(fā)射的電磁波場強;ε1，ε2分別為兩種介質(zhì)的介電常數(shù);θ1、θ2分別為入射角和折射角。當(dāng)電磁波由光疏介質(zhì)(ε小、波速低)進(jìn)入光密介質(zhì)(ε大、波速高)時，電磁波反射系數(shù)為負(fù)，發(fā)射極性相反;反之，當(dāng)電磁波由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時，電磁波反射系數(shù)為正，發(fā)射極性相同。當(dāng)混凝土襯砌與圍巖之間以及襯砌內(nèi)部存在空洞、不密實等缺陷時，它們之間介電常數(shù)的差異就會形成較強的反射波。在對雷達(dá)波進(jìn)行處理和分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)雷達(dá)波形的極性、強度、雙程走時等參數(shù)便可推斷目標(biāo)體的空間位置、結(jié)構(gòu)、電性變化及幾何形態(tài)，從而達(dá)到檢測的目的。
3工作布置
3.1測量放點測量點距為15m，沿圓周1H-3H-5H-7H-9H-11H-1H(H即Hour)分布，每兩個Hour間各20個點(按順時針編號)，共120個點，加上6個饋源塔基座中心點共放點126個。
3.2GPR探測從1～3點+6m開始按逆時針方向進(jìn)行，主剖面沿饋源塔圓周探測了1912m(地形起伏較大，剖面長度超過了饋源塔圓周平距)，總體上探測點定位偏差不超過2m。本次GPR探測特采用美國“地球物理測量系統(tǒng)公司”(GeophysicalSurveySystemsInc)先進(jìn)的SIR20探地雷達(dá)，運用100MHz高頻屏蔽天線，以20cm點測采集數(shù)據(jù)，連續(xù)剖面記錄方式。
4探測成果及地質(zhì)解釋
4.1典型地質(zhì)雷達(dá)探測剖面GPR沿饋源塔圓周探測，得到了一條圓周剖面。圖8、圖9和圖10為圓周剖面中典型地質(zhì)雷達(dá)探測剖面截圖，圖中顯示有:第四系覆蓋層界線，松散膠結(jié)、破碎基巖體，巖溶洞隙界線及完整基巖界線。
4.2地質(zhì)解釋(1)地質(zhì)雷達(dá)探測剖面中點畫線范圍相對介電常數(shù)在(14～17)εr，推斷為第四系覆蓋層界線，實線范圍相對介電常數(shù)在(10～14)εr，推斷為膠結(jié)較差的崩塌堆積體或基巖破碎帶界線，虛線范圍相對介電常數(shù)在(16～20)εr，推斷為巖溶溶蝕發(fā)育區(qū)界線。從探測成果看，松散覆蓋層(或第四系)厚度不均，大致為1～2.2m;膠結(jié)較差的崩塌堆積體(局部為風(fēng)化灰?guī)r)厚度為0.2～12m;其下為膠結(jié)稍密實的崩塌堆積體和較完整灰?guī)r。(2)探測發(fā)現(xiàn)有8個較大的巖溶發(fā)育區(qū)，范圍分別是1Hour11～16(即1點鐘的第11至16測點之間，以下類同)、1Hour18～20、3Hour20～5Hour7、7Hour15～17、9Hour2～4、9Hour10～13、9Hour20～11Hour1、11Hour7～11。
4.3探測范圍雷達(dá)天線發(fā)射和接收的是高頻球面電磁波，其直徑隨探測深度的增加而加大，本次探測由于受地表第四系覆蓋層和松散膠結(jié)層空隙的衰減作用影響，探測深度在16.5m左右，在探測深度范圍內(nèi)左右各2.5m范圍的介質(zhì)異常都會反映在GPR剖面上，所以GPR剖面是對以饋源塔園周為中心的寬5m左右的帶狀區(qū)域的綜合反映。
5工程驗證
根據(jù)探測及推斷結(jié)果，對出現(xiàn)的部分異常進(jìn)行了鉆探與施工開挖等驗證工作，結(jié)果與推斷的結(jié)論基本一致，規(guī)模及埋深與探測結(jié)果基本吻合。圖11～14為部分驗證圖片。(1)GPR探測發(fā)現(xiàn)的8個較大的巖溶發(fā)育區(qū)，除1Hour11～16為基巖破碎帶而非巖溶外，其余7個均被發(fā)現(xiàn)證實，GPR探測巖溶的解釋推斷率為87.5%。(2)誤差分析:1Hour11～16實際為基巖破碎帶，而GPR探測解釋為巖溶，3Hour2～3和11Hour19～20實際為巖溶，而GPR探測解釋為破碎帶，分析原因是該三點處的巖溶與破碎帶的相對介電常數(shù)相近之緣故?？梢姡瑒澐脂F(xiàn)場介質(zhì)的相對介電常數(shù)是提高探測解釋精度的重要前提，工程范圍大時應(yīng)分區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場物性試驗，從而得到介質(zhì)更的相對介電常數(shù)。
6結(jié)論
本次通過GPR探測基本查清了FAST的6個饋源塔基直徑為600m的圓周覆蓋層厚度，松散崩塌體、基巖破碎帶與較完整灰?guī)r的界線，配合鉆探為評價塔基穩(wěn)定性提供了宏觀依據(jù)，達(dá)到了預(yù)期目的，為地質(zhì)病害治理、解決了工程問題，提供了參考。(1)地質(zhì)雷達(dá)反射圖像能明顯地劃分覆蓋層與下伏灰?guī)r的界線以及灰?guī)r巖溶發(fā)育區(qū)及溶蝕破碎帶和充填物的大致性質(zhì)，是巖溶地區(qū)巖土工程勘察的有效手段，為巖溶地基穩(wěn)定性評價提供重要依據(jù)。(2)地質(zhì)雷達(dá)是以復(fù)雜的電磁波理論為基礎(chǔ)，實際應(yīng)用中受到的影響因素較多，如地質(zhì)環(huán)境、介質(zhì)及目標(biāo)體性質(zhì)、設(shè)備及技術(shù)人員經(jīng)驗等，應(yīng)從簡單的異常反映開始識別、總結(jié)及歸納，并綜合各種工程地質(zhì)手段進(jìn)行科學(xué)推斷及判定，必要時采用多種方法相互驗證。(3)工程范圍大時應(yīng)分區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場物性試驗，得到更的介質(zhì)相對介電常數(shù)，這是提高探測解釋精度的前提條件。(4)由于地形條件較差，地表起伏不平，影響了GPR天線與探測體的耦合，另外由于松散覆蓋層和膠結(jié)不密實崩塌堆積體對電磁波的吸收較強，對探測效果有一定的影響。今后，隨著物探方法研究的不斷深入和雷達(dá)天線及信號處理技術(shù)的迅速發(fā)展，GPR將能更廣泛地服務(wù)于工程建設(shè)領(lǐng)域。
地質(zhì)雷達(dá)論文:小議地質(zhì)雷達(dá)在隧道地質(zhì)預(yù)報中的應(yīng)用
現(xiàn)代隧道建設(shè)的一個基本特點就是：“動態(tài)設(shè)計、動態(tài)施工”。因此，實時地進(jìn)行掌子面超前地質(zhì)預(yù)報對隧道的安全、快捷施工具有非常重要的作用。地質(zhì)雷達(dá)探測是近年來應(yīng)用于短距離超前地質(zhì)預(yù)報較為普遍的一種物探手段。其特點是快速、連續(xù)測量、并以實時成像的方式顯示探測結(jié)果而備受青睞。
1地質(zhì)雷達(dá)探測的基本原理
地質(zhì)雷達(dá)（GPR）方法是一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜電磁波技術(shù)。在前方探測范圍內(nèi)無大量鐵磁性物體干擾的情況下，可采用探地雷達(dá)理進(jìn)行探測。地質(zhì)雷達(dá)利用天線向隧道掌子面前方發(fā)射電磁脈沖，并接收由前方不同介質(zhì)界面的反射波。電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)（如介電常數(shù)εr）及幾何形態(tài)的變化而變化。根據(jù)接收到的回波時間、幅度和波形等信息，可判定地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)與埋藏體的位置與形態(tài)。
在探測范圍無大量鐵磁性物體干擾的情況下，主要采用地質(zhì)雷達(dá)電磁波的反射原理進(jìn)行測試：高頻電磁波以寬頻脈沖的形式，通過發(fā)射天線定向送入地下，經(jīng)過存在電性差異的地下地層或目標(biāo)體的反射后埋深：
其中，-目標(biāo)體埋深；-電磁波雙程走時；-介電常數(shù)；-電磁波在真空中的速度
2野外探測技術(shù)
2.1探測對象的分析
探測對象所賦存的地質(zhì)條件和埋深是影響地質(zhì)雷達(dá)探測效果至關(guān)重要的因素。探測對象的幾何形態(tài)，包括高度、長度、寬度等也影響探測的效果，因為探測對象的幾何尺寸決定了雷達(dá)系統(tǒng)可能具有的分辨率，關(guān)系到天線中心頻率的選擇。再者，被探測對象的導(dǎo)電率和介電常數(shù)等也需掌握，因為這將影響到對能量反射或散射的識別。此外，在探測區(qū)域不應(yīng)存在大范圍的金屬構(gòu)件和無線電射頻源，以免外界的干擾。
2.2工作參數(shù)的選擇
對于地質(zhì)預(yù)報而言，各種介質(zhì)的介電常數(shù)及傳播速度是不同的，而探測深度與所使用的天線中心頻率有直接的關(guān)系，天線頻率越高，探測深度越小，精度越高，反之亦然。在隧道超前預(yù)報中通常采用38～150M天線，其他參數(shù)的選擇，應(yīng)根據(jù)實際情況決定，并應(yīng)根據(jù)地域不同進(jìn)行多次試驗后確定其探測參數(shù)。
3資料處理及解釋
在地質(zhì)雷達(dá)探測中，為了得到更多的反射波特征，通常利用寬頻帶進(jìn)行記錄，因此在記錄到各種有效波的同時，不可避免地記錄下了許多干擾噪聲。通過對數(shù)據(jù)處理，達(dá)到消除或壓制干擾波，突出有效波，真實反映所測數(shù)據(jù)，進(jìn)行有效解釋的目的。
經(jīng)過雷達(dá)數(shù)據(jù)預(yù)處理，還要進(jìn)行一系列的數(shù)字化信號處理，常規(guī)信號處理包括：漂移去除、零線設(shè)定、背景去噪、增益、譜值平衡、道間平衡、滑動平均、混波處理、單道漂移去除等，再進(jìn)行成果解釋。
地質(zhì)雷達(dá)圖像的解釋有定量和定性兩種，定量解釋主要是對異常體距掌子面的距離及大小進(jìn)行判定，定性解釋主要是對掌子面前方溶洞、裂隙、破碎帶、斷層、結(jié)構(gòu)面等不良地質(zhì)類型及其形態(tài)規(guī)模進(jìn)行判斷。
4雷達(dá)波形特征分析
不同的隧道，由于其巖石差別，其雷達(dá)探測的時間剖面差別很大。但各種雷達(dá)圖像的特征也有其規(guī)律可循，只有掌握了各種異常形態(tài)的特征，才能對各種不同巖性的隧道探測進(jìn)行正確的判斷，下面根據(jù)廈蓉高速公路貴州境桂黔、肇興隧道的超前預(yù)報結(jié)果，列出幾種典型的雷達(dá)波形態(tài)特征。
5結(jié)束語
通過對兩隧道雷達(dá)波進(jìn)行分析，完整巖體與相對破碎巖體之間、含水量不等的巖體之間存在較大的電學(xué)性質(zhì)差異，具有良好的地球物理測試條件。因此，我們在開挖過程中采用地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報掌子面前方不良地質(zhì)體和富水帶是可行的。
通過地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報成果與開挖揭露地質(zhì)情況綜合對比，地質(zhì)雷達(dá)對巖體中存在的不良地質(zhì)體、地下水及圍巖類別預(yù)報度較高。該預(yù)報給施工提供大量的具有指導(dǎo)意義的結(jié)論與建議，減少工程中因圍巖條件變化而帶來的災(zāi)害性事故。
地質(zhì)雷達(dá)論文:地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)在公路工程檢測的運用
摘要：隨著我國社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，我國公路建設(shè)事業(yè)發(fā)展迅速，無論是公路規(guī)模還是公路性能，均得到了長足的發(fā)展和提高，相應(yīng)提高了對于公路工程檢測的實際要求。傳統(tǒng)模式下，公路工程檢測主要使用鉆心取樣法完成，受檢測技術(shù)限制，較難控制檢測結(jié)果的精度，并且會對公路造成不同程度的損害。地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)作為一種無損檢測技術(shù)，具有檢測精度高、不損害公路、檢測迅速等優(yōu)點。筆者從公路工程檢測入手，就地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的實踐應(yīng)用，發(fā)表幾點看法，以供相關(guān)人員參考。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)；公路工程；工程檢測；應(yīng)用
1引言
公路工程檢測在公路建設(shè)發(fā)展中占據(jù)重要地位，尤其表現(xiàn)在公路維護(hù)檢修及公路質(zhì)量檢測方面，是現(xiàn)代人們出行安全的重要保障技術(shù)之一。公路工程檢測是一項系統(tǒng)、復(fù)雜的工作，具有較高的檢測標(biāo)準(zhǔn)和要求，傳統(tǒng)的鉆心取樣檢測技術(shù)不僅檢測精度無法保障、檢測周期長，并且會損害公路，降低公路的使用性能和安全性能。地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)作為一種新型技術(shù)，有效降低了公路工程檢測的工作量、縮短了檢測周期，同時提高了檢測精度，避免了對于公路的損傷。因此，從公路工程檢測入手，探討地質(zhì)雷達(dá)檢測的實際應(yīng)用措施，具有重要的現(xiàn)實意義。
2地質(zhì)雷達(dá)檢測基本原理概述
地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的基本原理并不復(fù)雜，其主要是借助高頻電磁波在不同電性材料中的差異性脈沖反射表現(xiàn)，完成地質(zhì)情況分析的一種公路工程檢測技術(shù)。從公路工程檢測實踐的角度分析，地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的基本原理如下：首先，工程人員借助相關(guān)檢測設(shè)備，向公路檢測段發(fā)射脈沖電磁波。高頻脈沖電磁波在實際傳播過程中，會根據(jù)接觸物體的地質(zhì)電性特性表現(xiàn)出不同的反射特征；隨后，工作人員借助信號接收儀器，收集接觸物體后返回的高頻脈沖電波，并根據(jù)接收電磁波的形狀、強度、反射時間等標(biāo)準(zhǔn)，對接受信息進(jìn)行初步的處理；，總結(jié)、歸納接收到的高頻脈沖電磁波信息，通過對比其傳播過程中不同的反射波特征，對工程地下部分的結(jié)構(gòu)層次和潛藏病害情況進(jìn)行判斷。
3地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)存在的誤差因素分析
受多方面因素限制，任何公路工程檢測技術(shù)都會存在誤差，工作人員需充分了解誤差的產(chǎn)生原因及影響因素，以科學(xué)加強公路檢測精度控制，降低誤差在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而提高公路工程檢測的實施質(zhì)量。就地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)而言，其誤差主要受信號時間誤差和公路結(jié)構(gòu)介電常數(shù)標(biāo)定誤差兩方面因素影響。信號時間誤差作為地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的主要誤差影響因素，了解其誤差影響的根本原因，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行針對性的誤差控制調(diào)整，對于提高地質(zhì)雷達(dá)檢測整體的檢測效率及檢測質(zhì)量，具有重要意義。就地質(zhì)雷達(dá)檢測而言，反射時間誤差與地質(zhì)距離判斷有著直接且緊密的聯(lián)系。通常情況下，由檢測人員完成對反射時間的記錄，在人工記錄過程中難免受人為判斷影響產(chǎn)生誤差，進(jìn)而影響反射時間記錄的性。為進(jìn)一步提高地質(zhì)雷達(dá)檢測的實施精度，在實際操作過程中，檢測人員應(yīng)注意以下幾點內(nèi)容：一，加強時間零點控制。在實際檢測過程中，確保時間零點的科學(xué)性和性，不僅有利于提高反射時間記錄的性，同時方便檢測人員對于數(shù)據(jù)的科學(xué)處理。通常情況下，以雷達(dá)反射信號的實際觸發(fā)點作為時間零點進(jìn)行記錄；二，人工時間記錄過程中，起始時間和終止時間的記錄應(yīng)由同一人完成，以控制降低時間記錄誤差。
4地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的實踐應(yīng)用分析
4.1針對公路工程路面厚度的檢測應(yīng)用分析
公路路面厚度作為公路工程質(zhì)量評定的重要指標(biāo)，其檢測結(jié)果直接影響著最終的質(zhì)量評定結(jié)果。目前，我國公路路面以瀝青路面為主，要求進(jìn)行兩層或三層鋪設(shè)。多層路面鋪設(shè)背景下，底基層路面與基層路面交合處易出現(xiàn)質(zhì)量問題，影響公路的正常使用，加強對路面基層厚度的檢測具有重要意義。應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)進(jìn)行公路路面厚度檢測，可快速、地獲得公路路面厚度信息，為公路質(zhì)量問題判斷和質(zhì)量控制，提供真實的參考信息。
4.2針對公路工程質(zhì)量病害的檢測應(yīng)用分析
公路工程建設(shè)完成投入使用后，會因行車磨損、時間推移等因素影響，出現(xiàn)老化、路面病害等問題，影響公路的使用性能和安全性能。針對公路病害問題進(jìn)行相應(yīng)的公路維護(hù)是確保人們出行安全、延長公路設(shè)施使用壽命的重要保障，在這一過程中，公路工程檢測技術(shù)起到重要的病害檢測作用。以某公路工程為例，由于使用期限過長，其出現(xiàn)了基層頂面松散的問題，使用地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)進(jìn)行檢測。
5結(jié)束語
綜上所述，地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)是一種先進(jìn)的公路工程檢測技術(shù)，可實現(xiàn)快速、的公路工程檢測，且不會對公路造成破壞，在公路厚度及病害檢測中有著較明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。因此，相關(guān)檢測單位應(yīng)提高對地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的重視，加強地質(zhì)檢測誤差控制，提高公路工程檢測的工作質(zhì)量和工作效率，從而促進(jìn)我國公路工程檢測事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
作者：狄建英 單位：溫州市交通工程試驗檢測有限公司
地質(zhì)雷達(dá)論文:地質(zhì)雷達(dá)對古建筑無損檢測的影響
1儀器及測線布置
采用美國SIR-20型地質(zhì)雷達(dá)，根據(jù)不同的檢測深度要求配備270MHZ、100MHZ高頻天線[4]。針對雞鳴驛古城內(nèi)的地下通道，城墻進(jìn)行探測，地下通道的檢測中，測線垂直通道延伸的方向布設(shè)，城墻的檢測中，測線沿城墻走向及垂直城墻走向進(jìn)行探測。
2測量參數(shù)
100MHz天線：測量方式采用連續(xù)測量，時窗范圍：150ns（較大探測深度可達(dá)30m），采樣率：512樣點/掃描，掃描率：32掃描/秒，每2m做一探測標(biāo)志。270MHz天線：測量方式采用連續(xù)測量，時窗范圍：100ns（較大探測深度可達(dá)5.0m），采樣率：512樣點/掃描，掃描率：32掃描/秒，每2m做一探測標(biāo)志，每探測一條另存為一個探測文件。本次探測工作依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）[5]。
3數(shù)據(jù)處理與分析
通過對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行背景去除、濾波，設(shè)置介電常數(shù)、水平均一化等一系列處理，分析確定地下洞室的位置及深度，橫坐標(biāo)表示探測的水平距離，縱坐標(biāo)表示距地面的深度。典型地下空洞圖像。由于空氣與土或與石的介電常數(shù)差異較大，所以當(dāng)結(jié)構(gòu)中有明顯的空隙或空洞時，地質(zhì)雷達(dá)會有明顯的強反射信號。從圖2的雷達(dá)圖像上可以看出兩處空洞的位置、深度和大小，（a）處空洞頂距地面約1.5m，最深處距地面約4.5m，空洞高度約2m；（b）處空洞頂距地面約2.0m，最深處距地面約3.5m，空洞高度約2m。
4結(jié)論與建議
地質(zhì)雷達(dá)操作簡單，精度高，能對地下空洞、城墻內(nèi)部的裂縫破損進(jìn)行檢測，工程實例表明，采用地質(zhì)雷達(dá)對古建進(jìn)行勘測是比較和可行的，探測效果較好，對古建的評估和加固提供了有力的支持。但是，地質(zhì)雷達(dá)還存在一定局限性，隨著探測深度的增大，探測精度降低，進(jìn)一步影響到探測質(zhì)量，有時會造成誤判，因此建議在古建探測中，地質(zhì)雷達(dá)、地震面波等多種無損檢測方式并用，能取得較好的探測效果。
作者：孫建超 單位：陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院
地質(zhì)雷達(dá)論文:地質(zhì)雷達(dá)在地下管線探測中的應(yīng)用
【摘要】掌握城市地下管線的分布、走向和埋深等信息具有重要的意義，但是使用傳統(tǒng)金屬管線探測儀無法滿足探測要求。本文在簡要介紹地質(zhì)雷達(dá)的工作原理后，結(jié)合實際工程實例說明了地質(zhì)雷達(dá)在地下管線探測中的作用。
【關(guān)鍵字】地質(zhì)雷達(dá) ； 地下管線 ； 探測 ； 應(yīng)用；
引言
城市地下管線是現(xiàn)代城市的主要傳導(dǎo)設(shè)備、重要的基礎(chǔ)設(shè)施，擔(dān)負(fù)著信息傳輸、能源輸送等工作，而地下管線屬于隱蔽性工程，我國現(xiàn)有的地下各類管線資料殘缺不全，精度不夠，給建設(shè)施工造成很大的不便。由于大量非金屬管線的廣泛應(yīng)用，使用傳統(tǒng)金屬管線探測儀無法滿足探測要求，因此對于非金屬管線和較深管線來說地質(zhì)雷達(dá)的作用就更加重大。
一、地質(zhì)雷達(dá)工作原理
地質(zhì)雷達(dá)利用超高頻電磁波探測地下介質(zhì)分布，工作原理是：發(fā)射天線以寬頻帶短脈沖形式向地下發(fā)射電磁波，地下介質(zhì)將一部分電磁波反射回地面，并被接收天線所接收，地質(zhì)雷達(dá)所接收的信號就是地下介質(zhì)所反射回來的電磁波信號，當(dāng)遇到電性差異較大的界面或目的體時通常產(chǎn)生較強的電磁波信號，通過分析反射電磁波信號的能量、頻率等參數(shù)，就可以區(qū)分地下有電磁差異的目標(biāo)體。
圖1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理示意圖
圖2 地質(zhì)雷達(dá)記錄的回波曲線
電磁波的傳播取決于物體的電性，物體的電性中有電導(dǎo)率μ和介電常數(shù)ε，前者主要影響電磁波的穿透（探測）深度，后者決定電磁波在該物體中的傳播速度，因此，所謂電性介面也就是電磁波傳播的速度介面。不同的地質(zhì)體（物體）具有不同的電性，因此，在不同電性的地質(zhì)體的分界面上，都會形成電性介面，雷達(dá)信號傳播到電性介面時產(chǎn)生反射信號返回地面，通過接收反射信號到達(dá)地面的時間就可以推測地下介質(zhì)的變化情況。
地質(zhì)雷達(dá)在勘查中的基本參數(shù)描述如下：
1）.電磁脈沖波旅行時
式中：z-勘查目標(biāo)體的埋深； x-發(fā)射、接收天線的距離；v-電磁波在介質(zhì)中的傳播速度。
2）.電磁波在介質(zhì)中的傳播速度
式中 c―電磁波在真空中的傳播速度（0.3m/ns）； ―介質(zhì)的相對介電常數(shù)， ―介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率（一般 ）。
3）.電磁波的反射系數(shù)
電磁波在介質(zhì)傳播過程中，當(dāng)遇到相對介電常數(shù)明顯變化的地質(zhì)現(xiàn)象時，電磁波將產(chǎn)生反射及透射現(xiàn)象，其反射和透射能量的分配主要與異常變化界面的電磁波反射系數(shù)有關(guān)：
式中，r ― 界面電磁波反射系數(shù)； ―及時層介質(zhì)的相對介電常數(shù)； ―第二層介質(zhì)的相對介電常數(shù)。
4）.地質(zhì)雷達(dá)記錄時間和勘查深度的關(guān)系
式中z ― 勘查目標(biāo)體的深度；t ― 雷達(dá)記錄時間。
二、數(shù)據(jù)處理與圖像分析
（1）雷達(dá)數(shù)據(jù)的采集是分析解釋的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)處理則是提高信噪比，將異常突出化的過程。將野外采集的地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸至計算機中，應(yīng)用配套地質(zhì)雷達(dá)處理軟件進(jìn)行處理。
預(yù)處理，即標(biāo)點的編輯、文件頭參數(shù)設(shè)定及距離均一化，進(jìn)行標(biāo)點的編輯主要是將漏打的標(biāo)點補上，多余的刪除，使隧洞內(nèi)所標(biāo)樁號與雷達(dá)圖像上的標(biāo)點對應(yīng)起來，在此基礎(chǔ)上編輯文件頭，設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)，并進(jìn)行距離均一化。
經(jīng)過預(yù)處理后，便可進(jìn)行濾波、反褶積等處理，由于雷達(dá)接收到的電磁波頻率范圍較寬，有一部分高頻和低頻的干擾波，因此必須根據(jù)天線的中心頻率確定濾波通道，進(jìn)行濾波處理；反褶積主要是壓制強反射體等的多次反射，從而達(dá)到突出有效信息，壓制干擾波的目的，得到異常較明顯的雷達(dá)圖像。
（2）地質(zhì)雷達(dá)圖像的分析有定性和定量兩種，定性分析主要是從彩圖及波形圖對探測范圍內(nèi)的異常體進(jìn)行判定，確定異常體的屬性，定量分析主要是用于對目的體的埋深、規(guī)模大小等的確定。
異常體深度的確定主要依賴于電磁波在介質(zhì)中的傳播速度的確定。根據(jù)實測雷達(dá)圖像確定電磁波雙程走時；電磁波速度則是根據(jù)電磁波在介質(zhì)中的介電常數(shù)ε來確定，從而計算出目的體的位置。
對探測體進(jìn)行雷達(dá)掃描，形成基本的波形圖像，根據(jù)電磁波波形、振幅大小及電磁波同相軸連續(xù)性的好壞來判斷探測體內(nèi)是否存在缺陷。如果被探體內(nèi)有空洞、不密實等不均勻體存在，就會在雷達(dá)圖像上出現(xiàn)強反射異常，主要表現(xiàn)為反射能量強，同相軸連續(xù)性較差等特點。
三、 在四川某工地的應(yīng)用情況
作者在本文例舉了某工區(qū)地下污水管道地下地球物理勘探工作，使用了地質(zhì)雷達(dá)對擬建場地進(jìn)行了高頻電磁法物探工作。本次勘察工作的目的是對測區(qū)內(nèi)的電力、電信、給水、排水、燃?xì)狻崃?、工業(yè)、不明管道管線進(jìn)行普查工作，查明其在地表的平面位置、埋深、走向、性質(zhì)等屬性，為工程地質(zhì)評價和設(shè)計提供依據(jù)。
圖3非金屬管道探測圖
非金屬管線一般為混凝土管、塑料管等 ，其導(dǎo)電性差，而道路下土層中通常含地下水，因此地下土層的電導(dǎo)率相對非金屬要明顯低，當(dāng)遇到發(fā)射波時，非金屬管線也會產(chǎn)生明顯的反射波，不過一般情況下，其反射波強度要比金屬管線弱，在深度1.6米位置處，有明顯的雙曲線出現(xiàn)，連續(xù)性較好，埋深較深，管線較粗，弧形特征較為明顯，推測為雨水管管線，這也是區(qū)分金屬管非金屬管的一個參數(shù)。
圖4金屬管道探測圖
由于金屬管線的電性（介電常數(shù)及電導(dǎo)率）與道路下土層的電性存在較大差異，因此管線頂部的反射波信號較強，上水管、煤氣管均為金屬管線，雷達(dá)波圖像表現(xiàn)為“白色”，表示反射信號強。此外，由于管徑較大，所以“弧形”寬度較寬。在深度約1米位置處，有明顯的弧度，并延伸至深部，經(jīng)過勘察與實際情況一致，推測為主上水管道。
四、 結(jié)論
地質(zhì)雷達(dá)可以探測地下管線，并且可以彌補管線探測儀只能探測金屬管線的不足，因此地質(zhì)雷達(dá)在管線探測中可以發(fā)揮越來越重要的作用，但施工場地和地下地質(zhì)條件比較復(fù)雜，解釋中要綜合考慮現(xiàn)場的實際情況，遵循從已知到未知，從簡單到復(fù)雜，相對復(fù)雜條件下宜采用多種物探方法的原則。
作者簡介：杜偉（1983―），女，從事地球物理勘查工作
地質(zhì)雷達(dá)論文:地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)在公路工程檢測中的應(yīng)用實踐分析
【摘要】現(xiàn)今我國公路道路的建設(shè)逐漸發(fā)展，并在規(guī)模上和投資成本上呈現(xiàn)逐漸擴大的形式，因此公路的路面的好壞將直接影響公路的整體運行質(zhì)量，同樣的公路投入運營的使用質(zhì)量將直接影響投資建設(shè)的效益和公路形象。因此對公路工程的運營質(zhì)量進(jìn)行檢測已經(jīng)成為了公路維護(hù)的重要環(huán)節(jié)。因此隨著公路檢測的難度加大以及重要性的發(fā)展，新型的雷達(dá)檢測技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展，它可以彌補過去隨機測點方法在速度上和密度上的不足，實現(xiàn)公路檢測的信息化和科學(xué)化，因此本文首先對雷達(dá)檢測技術(shù)的特點進(jìn)行概述，然后分析雷達(dá)檢測的工作原理，然后通過某工程實例，來探討雷達(dá)檢測技術(shù)在我國公路工程檢測中的實際應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】雷達(dá)檢測；公路工程；應(yīng)用實踐
雷達(dá)檢測技術(shù)在公路檢測中的應(yīng)用是指在不損害路面的情況下就可以對路面的結(jié)構(gòu)層進(jìn)行合理的、的掌握因此具有檢測速度快，檢測合理的獨特優(yōu)勢，我國傳統(tǒng)公路路面的檢測都是通過鉆芯取樣的方法，來檢測路面的實際厚度，因此會對公路的路面產(chǎn)生損壞，因此雷達(dá)檢測的技術(shù)在今后的公路檢測技術(shù)發(fā)展中將得到更廣泛的運用。
一、雷達(dá)檢測技術(shù)的特點
雷達(dá)的檢測應(yīng)用主要是通過超高頻的脈沖電磁波來有效的探測地下的整體介質(zhì)分布的一種物理檢測手段?，F(xiàn)今雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用的范圍愈加的廣泛，如建筑工程的地質(zhì)探測、礦井探測以及公路路面厚度檢測等多個領(lǐng)域，這與它獨特的優(yōu)勢特點是分不開的，其中具體的優(yōu)勢特點有：（1）可以對路面進(jìn)行無損性的探測，雷達(dá)檢測技術(shù)在公路路面的檢測中可以不進(jìn)行損毀就可以進(jìn)行連續(xù)的探測，因此省去了后面修補路面的成本和勞力，從而節(jié)約大量的成本和勞動時間。（2）檢測效率高，雷達(dá)探測器可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和應(yīng)用成像的全過程，并且整個過程儀器操作較為簡單，數(shù)據(jù)采集迅速，并且在車輛實際運行的狀況下也能進(jìn)行檢測，檢測的速度達(dá)到80km/h。（3）檢測的精度高，同其它檢測方法相比，探測雷達(dá)的實際分辨率可以達(dá)到厘米的等級，并且探測深度的符合率通常都小于5cm，因此探測的精度較高。（4）探測頻帶較寬，雷達(dá)探測器的無載頻脈沖類型，可以擁有寬度較高的頻帶，因此可以通過信息處理技術(shù)的應(yīng)用來提高公路檢測的探測能力和信號的分辨效率。（5）較強的抗干擾能力，雷達(dá)中設(shè)有屏蔽天線，因此可以只接受地面探測的信號，避開其它電磁波的影響，因此具有較強的抗干擾能力。
二、地質(zhì)雷達(dá)檢測工作原理和依據(jù)
（一）地質(zhì)雷達(dá)檢測工作原理
地質(zhì)雷達(dá)的檢測主要是通過雷達(dá)探測器向地下目標(biāo)發(fā)著脈沖式的高頻電磁波來進(jìn)行檢測，當(dāng)電磁波到達(dá)路面之后會根據(jù)不同的電性目標(biāo)和介質(zhì)，發(fā)散出不同散射和反射的現(xiàn)象。主要是指反射或散射出來的波頻和波長會出現(xiàn)明顯的差異，當(dāng)電磁波到達(dá)地面后，地面反射的波頻就會通過天線然后傳輸?shù)筋l率接收儀器上，然后就會通過觀測屏幕將檢測圖像具體的顯示出來，然后路面的檢測人員就可以根據(jù)圖像的特征來分析路面運行的質(zhì)量好壞，并可以迅速的采取相應(yīng)的促使進(jìn)行路面維護(hù)和補救。例如：當(dāng)路面發(fā)生脫空的情況時，雷達(dá)探測器發(fā)射的電磁波遇到地下的脫空狀態(tài)會反射出兩條反射波，然后根據(jù)具體的工作原理，檢測人員就可以實際的了解到路面是否發(fā)生脫空的現(xiàn)象，具體的路面脫空雷達(dá)檢測原理我們可以從圖一中形象的來看[1]：
圖一：地質(zhì)雷達(dá)檢測路面脫空原理圖
（二）地質(zhì)雷達(dá)檢測工作依據(jù)
地質(zhì)雷達(dá)檢測最為明顯的特征就是對路面的無損檢測，由于探測深度較小，數(shù)據(jù)的分辨率較高，公路檢測目標(biāo)周圍存在電性差，當(dāng)差值越小，反射的系數(shù)就越小，差值越大，反射的系數(shù)也就越大。因此我們可以根據(jù)路面的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行分析，通常情況下路面分為表面層，由水泥混凝土或者瀝青改性材料修筑?；鶎雍吐坊鶎?，由水泥混凝土、穩(wěn)定性碎石或者石灰的穩(wěn)定材料等修筑?？梢愿鶕?jù)相關(guān)數(shù)據(jù)來確定各種材料的電性參數(shù)，公路表面層水泥混凝土電性參數(shù)為3-5，瀝青改性材料為5-10。基層的電性參數(shù)通常情況下要不小于8。所以根據(jù)不同介質(zhì)的電性參數(shù)可以為雷達(dá)檢測提供良好的檢測依據(jù)。
三、地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的實際應(yīng)用
我們主要通過對某個發(fā)生路面損毀的公路進(jìn)行雷達(dá)檢測技術(shù)的實際應(yīng)用探析，運用CSSI SIR-20的地質(zhì)探測雷達(dá)來具體的闡述檢測技術(shù)的應(yīng)用。
1.路面厚度的檢測分析
通常情況下公路建設(shè)為了成本的節(jié)約，會減少公路路面的攤鋪厚度來獲得利潤的增加，所以現(xiàn)在對公路的檢測中路面厚度的檢測指標(biāo)已經(jīng)成為了路面質(zhì)量的重要標(biāo)志。我們對某公路路面的檢測設(shè)立IG形式的空氣耦合天線，然后數(shù)據(jù)的采集點的距離為每米1點，然后通過雷達(dá)進(jìn)行檢測，檢測完成后，選取70米的公路剖面長度進(jìn)行取芯試樣，總共設(shè)立3個取芯點，對及時個取芯路面厚度和雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行選取，然后根據(jù)雷達(dá)檢測的具體時間來確定第二個和第三個取芯點的路面厚度，檢測的結(jié)果說明，雷達(dá)檢測的第二個和第三個孔位的厚度與實際鉆芯取樣的厚度的誤差較小分別小于1.2毫米和負(fù)1.6毫米。所以地質(zhì)雷達(dá)的檢測數(shù)據(jù)和精度的滿足相關(guān)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。具體的對比表如表一所示：
表一：取芯厚度與雷達(dá)測定厚度對比表
2.公路路面病害的檢測
某公路建設(shè)后，在長時間通車負(fù)荷的情況下發(fā)生了許多病害，我們可以利用地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)有效的檢測路面病害的類型，然后采取合理的措施進(jìn)行維護(hù)。首先運用具有400米的屏蔽天線的探測雷達(dá)對公路的病害進(jìn)行檢測，該公路的路面結(jié)構(gòu)為瀝青表層、水凝混凝土的底板和基層，然后進(jìn)行分層探測，從雷達(dá)檢測的圖像進(jìn)行分析，該路段存在的主要病害類型有許多種，我們對其病害產(chǎn)生的原因和防護(hù)進(jìn)行分析：（1）基層的頂面較松散，主要是由于路面的施工時基層的材料配比不達(dá)標(biāo)，路面的壓實度不強，通車后長期受到雨水的侵蝕和車輛負(fù)荷的壓力等就會造成這種病害的發(fā)生。在雷達(dá)的圖像上這一類型的病害特征是路面基層的頂面起伏比較大，然后整體呈現(xiàn)松散的狀況。（2）路面基層發(fā)生沉降病害，使結(jié)構(gòu)層整體滑移，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是路面長期受到超載車輛負(fù)荷壓力，或者公路在前期建設(shè)中基層結(jié)構(gòu)不夠密實。雷達(dá)成像的特點路面的剖面圖呈現(xiàn)不平穩(wěn)的下降趨勢。（3）路基沉陷的病害發(fā)生，路基坍塌與路面建設(shè)不規(guī)范有關(guān)，會造成公路的局部段發(fā)生沉陷的現(xiàn)象。雷達(dá)檢測圖像顯示基層發(fā)生塌落，頂面的起伏比較大[2]。
結(jié)語
隨著我國公路建設(shè)的不斷發(fā)展，地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)在公路工程的檢測的應(yīng)用中將會更加廣泛，運用雷達(dá)探測儀進(jìn)行公路工程的路面檢測，不僅具有超高的檢測精度和檢測速度，同時還能較大限度的減少檢測成本的應(yīng)用解放勞動力，所以在未來的不斷發(fā)展中，地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)在公路檢測中將會進(jìn)一步完善，為我國公路的合理建設(shè)和運營提供強大的技術(shù)支持。
地質(zhì)雷達(dá)論文:地質(zhì)雷達(dá)檢測鐵路擋墻注漿加固效果
【摘要】采用地質(zhì)雷達(dá)檢測方法對鐵路擋墻病害情況進(jìn)行檢測，為確定整治處理方案提供依據(jù)；注漿整治后，對加固處理效果進(jìn)行檢測，通過注漿前后的雷達(dá)檢測圖像對比分析，評價加固處理效果，經(jīng)實例驗證，該方法可快捷、有效的對擋墻加固效果進(jìn)行整體綜合評判，應(yīng)用效果良好，能夠為以后同類工程的檢測提供參考。
【關(guān)鍵詞】地質(zhì)雷達(dá)；注漿效果檢測；鐵路擋墻
前言
鐵路擋墻病害威脅到線路行車安全，注漿充填是近年來應(yīng)用較多的一種擋墻病害處理方案，通過在擋墻表面鉆孔，利用注漿管將水泥漿液注入擋墻背后松散、脫空部位。由于注漿處理屬于隱蔽工程，擋墻松散、脫空部位在注漿治理后，其漿液位置具有較大的不確定性，難以通過傳統(tǒng)的取樣、密實度等方法進(jìn)行注漿加固效果檢測。
地質(zhì)雷達(dá)法作為便捷、高精度的探測手段，在工程病害探測和加固效果檢測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文以滬寧城際鐵路某擋墻注漿加固效果檢測為實例，在整治處理前，對鐵路擋墻病害情況進(jìn)行檢測，為確定整治處理方案提供依據(jù)；在整治處理后，對注漿加固處理效果進(jìn)行檢測，通過注漿前后的雷達(dá)檢測圖像對比分析，評價加固處理效果，以期為地質(zhì)雷達(dá)的拓展應(yīng)用提供參考。
1 地質(zhì)雷達(dá)檢測原理
地質(zhì)雷達(dá)是一種利用電磁波對地下的或物體內(nèi)不可見的目標(biāo)體或界面進(jìn)行定位的電磁技術(shù)。其工作原理就是利用高頻電磁波（主頻從數(shù)兆至上千兆赫）以寬頻帶短脈沖的形式，由地表通過發(fā)射天線向地下發(fā)射電磁波，由接收天線接收電磁波，當(dāng)電磁波在地下旅行時，遇到具有電性差異的介質(zhì)時（如空洞、分界面等），電磁波反射回地面由接收天線接收，根據(jù)電磁波的旅行時間、波形特征可以確定地下介質(zhì)（目標(biāo)體）的空間位置、幾何形態(tài)（圖1）。
當(dāng)介質(zhì)間的電磁特性差異越大， 其介質(zhì)間的界面越易識別（物體的電磁特性主要由相對介電常數(shù) 和電導(dǎo)率L決定）。由于鐵路擋墻混凝土墻體與墻后土體、局部空洞之間存在明顯的物性差異，給地質(zhì)雷達(dá)檢測擋墻病害提供了地球物理勘探前提條件。
注漿處理前，由于擋墻背后填充物存在松散、不密實及空洞情況，地質(zhì)雷達(dá)的反射波組比較雜亂，同相軸不連續(xù)，電磁波的能量消耗小，振幅較強；注漿處理后，由于漿體充填了擋墻背后填充物中的空隙，與原有填充物有效膠結(jié)在一起，雷達(dá)反射波組平直，同相軸較連續(xù)，能量消耗大，注漿前存在的脫空、不密實異常區(qū)域信號幅度變?nèi)酰煌ㄟ^對比上述特征，可以評價注漿加固效果。
2 工程實例
2.1 工程概況
滬寧城際鐵路某中橋底部存在地方泵站，為防止泵站抽排水引起粉土層的進(jìn)一步流失，消除安全隱患，根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)特征，結(jié)合既有工程及施工條件等因素，采用導(dǎo)管注漿等措施進(jìn)行基底注漿處理。擋墻范圍內(nèi)采用小導(dǎo)管進(jìn)行注漿，并于擋墻端部墻壁上設(shè)3排導(dǎo)管孔。小導(dǎo)管按正方形布設(shè)，孔間距2.2～3.1m，孔深4.6～5.2m。
2.2現(xiàn)場檢測工作
（1）檢測測線布置
擋墻注漿加固效果檢測沿?fù)鯄?～4m高度共布置三條橫測線（圖2），注漿前后分別檢測一次，方便對比分析。
（2）采集參數(shù)確定
根據(jù)分辨率和深度要求，采用250MHz天線，連續(xù)采集數(shù)據(jù)模式，每秒掃描100道，采樣長度60ns，每道采樣點數(shù)1024。
2.3 檢測數(shù)據(jù)解釋
（1）注漿前擋墻病害探測
以Ⅰ測線為例，對注漿前擋墻病害探測情況進(jìn)行分析。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，同時結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)資料分析，線路中心左6.3m～左11m、右7.5m～右11.2m反射信號強，三振相明顯，推測擋墻背墻體后存在脫空現(xiàn)象；線路中心左4.8m～右4.8m、右12.8m～右15.2m雷達(dá)反射信號同相軸呈繞射弧形，且不連續(xù)、較分散，推測擋墻墻體背后填充松散、不密實（圖3）。
（2）擋墻注漿加固效果評價
評價方法：①對比加固前后雷達(dá)反射波組同相軸連續(xù)性；②對比加固前后同一異常的振幅變化。
評價標(biāo)準(zhǔn)：①反射波組同相軸平直、連續(xù)，且相對均勻；②脫空、不密實異常區(qū)域信號幅度變?nèi)?；以上特征有一個出現(xiàn)或同時出現(xiàn)，可認(rèn)為加固有一定效果。
從圖4可以看出，經(jīng)注漿加固處理后，Ⅰ測線雷達(dá)同相軸較連續(xù)，且相對較均勻，注漿前存在的脫空、松散、不密實異常區(qū)域信號幅度變?nèi)?，說明經(jīng)注漿處理后，擋墻墻體背后漿體充填均勻，注漿空洞和軟弱松散等不均勻體有效固結(jié)為一個整體，背后填充情況得到改善，加固效果良好。
3結(jié)論
地質(zhì)雷達(dá)檢測對介質(zhì)的電性特征變化有良好的敏感性，對注漿前后的電性差異有直觀的反映，可用于表征介質(zhì)的連續(xù)性，是探測介質(zhì)結(jié)構(gòu)和分布特征的有效手段。通過對比分析加固前后地質(zhì)雷達(dá)反射波組同相軸連續(xù)性和同一異常的振幅變化，可以有效地對擋墻注漿加固效果進(jìn)行評價。通過地質(zhì)雷達(dá)在本次擋墻注漿加固效果檢測中的應(yīng)用，為以后同類工程注漿加固處理質(zhì)量控制提供了參考。
地質(zhì)雷達(dá)論文:地質(zhì)雷達(dá)在基巖地區(qū)勘測中的應(yīng)用
[摘要]因粘土顆粒本身帶電荷，其電導(dǎo)率較砂土或基巖等明顯較高，隨著深度的加深，雷達(dá)信號衰減較大。本文通過地質(zhì)雷達(dá)在天津薊縣山區(qū)勘測中的應(yīng)用分析，表明地質(zhì)雷達(dá)采用128道疊加可以較為有效的克服粘性土對雷達(dá)信號的衰減作用，進(jìn)而測定天津山區(qū)基巖埋深，劃分松散沉積層序。
[關(guān)鍵詞]地質(zhì)雷達(dá) 粘性土 電導(dǎo)率 基巖面
1前言
隨著工程建筑、公路建設(shè)等行業(yè)的迅猛發(fā)展，原有的應(yīng)用鉆孔取芯或開挖抽樣的質(zhì)量檢測方法不僅效率低、代表性差，而且對原有建筑有破壞，應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)檢測可謂是一種無損、快速、簡便、直觀、有效的方法[1]。本文結(jié)合實際工程，通過鉆孔取芯與雷達(dá)測試相結(jié)合的方法，對地質(zhì)雷達(dá)在山區(qū)基巖埋深的測定作了一個系統(tǒng)的分析，重點分析了不同情況下的雷達(dá)波形及雷達(dá)測試過程中存在的實際問題。
2雷達(dá)波速的工作原理及地下介質(zhì)傳播的影響因素
2.1雷達(dá)波速的工作原理
地質(zhì)雷達(dá)利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式，通過天線T送入地下，經(jīng)地下地層或目的體反射后返回地面，為另24小時線R所接收（圖1）。脈沖波行程需時
當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時，可根據(jù)測到的的t值（ns，1ns=lO-9s）。由上式求出反射體的深度（m）。式中x（m）值在剖面探測中是固定的：v值（m/ns）可以用寬角方式直接測量，也可以根據(jù) 近似算出（當(dāng)介質(zhì)的導(dǎo)電率很低時）[2]，其中c為光速（c=0.3m/ns），ε為地下介質(zhì)的相對介電常數(shù)值，后者可利用現(xiàn)成數(shù)據(jù)或測定獲得。
2.2雷達(dá)波在地下介質(zhì)傳播的影響因素
影響雷達(dá)波在地下介質(zhì)中傳播的電性參數(shù)包括介電常數(shù)、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率等。在地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行介質(zhì)的探測中，決定電磁波場波速度的主要因素是介電常數(shù)。電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的影響一般只考慮對電磁波的損耗和衰減。
主要礦物的相對介電常數(shù)示于表1[3]。
3工程實例
本次擬建工程區(qū)上部覆蓋層主要由上部人工填土、第四系全新統(tǒng)陸相沖洪積層粘土、上更新統(tǒng)坡洪積層粉質(zhì)粘土為主，其下為中上元古界薊縣系霧迷山組第五段灰～白色泥晶砂屑白云巖和灰色含硅鎂質(zhì)、條帶粉晶白云巖。其125號孔至127號孔間剖面采用100MHz屏蔽天線，8道疊加的相應(yīng)雷達(dá)能量圖。
通過鉆探驗證，在左側(cè)起始125號孔一側(cè)基巖面埋深約1.50
m，從雷達(dá)圖中可以看出該深度處同向軸分叉、中斷，波形振幅較強，且基巖處同向軸有一定傾斜，雷達(dá)圖與鉆孔對應(yīng)較好；但在右端127號孔一側(cè)基巖揭示基巖埋深約7.00m，而雷達(dá)圖上電磁信號上部以均勻的中低頻信號為主，下部信號雜亂，同相軸不連續(xù)，且振幅較弱，與鉆孔對應(yīng)較差。推測因粘性土對電磁信號屏蔽作用較強，在粘性土厚度較大時，其探測效果不能滿足要求。為驗證上述結(jié)論，又在144號孔至103號孔間采用地質(zhì)雷達(dá)采用同樣參數(shù)進(jìn)行探測，其能量堆積圖。
經(jīng)鉆孔驗證，在144號孔至103號孔之間基巖面埋深普遍在6.00～7.00m左右，而在雷達(dá)能量堆積圖上信號以均勻的中低頻信號為主，信號振幅較強，且有多次震蕩，在探測深度6.00～7.00m段，雷達(dá)信號振幅較弱，同相軸時斷時續(xù)，無可以識別的標(biāo)識。而在103號孔一側(cè)尚有回填土坑，坑底埋深約3.50m，從雷達(dá)能量圖上看在距離144號孔72m處，雷達(dá)參考深度約4.00m處，雷達(dá)同相軸分叉，且以上同相軸有所傾斜，推測為填土分界面，這與調(diào)查的情況相符。通過上述試驗，表明雷達(dá)能量信號在較厚粘性土層中衰減較大，雷達(dá)信號采用常規(guī)的8道疊加對于場地不適用。
為解決粘性土中衰減較大的問題，以便探測巖層覆蓋層厚度問題，將探測時雷達(dá)能量疊加道數(shù)從8道加大到128道，其雷達(dá)能量圖。
從圖4可以看出可看出，將雷達(dá)的掃描道數(shù)從常規(guī)的8道加大至128道，信號效果明顯提升，在探測深度6.00m以上同相軸連續(xù)有規(guī)律，波形均一，有多次震蕩，推測為第四系全新統(tǒng)陸相沖洪積層粘土，在探測深度6.00至9.00m之間同相軸較為連續(xù)，略有起伏，推測為上更新統(tǒng)坡洪積層粉質(zhì)粘土，在9.00～10.00m以下，信號微弱，振幅較低，頻率變化較小，推測為中上元古界薊縣系霧迷山組第五段白云巖，圖中粘性土層及基巖面分界清楚，識別效果較理想。經(jīng)鉆孔驗證，與實際地層相符。
4結(jié)論
（1）對于基巖埋藏較淺的情況，地質(zhì)雷達(dá)信號采用8道疊加識別效果就可滿足要求，當(dāng)對于基巖界面較深的情況，需從常規(guī)8道疊加增大到128道，才可取得較為滿意的效果。
（2）因為粘土顆粒本身帶有電荷，其電導(dǎo)率較粉土顆粒、砂土顆粒及基巖等明顯較高，因其含量的不同，不同的粘性土電導(dǎo)率差異也較大。在粘性土中，隨著深度的加深，其有效信號衰減較大，而高頻噪聲信號較強，采用8道疊加有時很難分辨其出來，同時亦可考慮低頻率天線等在此等環(huán)境下衰減較小的天線，對粘土層也能取得較好的效果。
（3）因覆蓋土層中的碎石，不規(guī)則的基巖面、巖石裂隙、以及風(fēng)化層的存在使得在雷達(dá)記錄中土及基巖界面的識別亦變得困難。
地質(zhì)雷達(dá)論文:地質(zhì)雷達(dá)探測物探技術(shù)分析
【摘要】本文受北京西亞建筑市政工程有限責(zé)任公司委托，我單位于2011年9月20日對唐家?guī)X舊村改造項目外部電力管線友誼路區(qū)（土井村二街―鄧莊南路）電力隧道工程進(jìn)行了地質(zhì)雷達(dá)檢測，其檢測目的為檢測管道圍土是否存在因施工等因素造成的空洞、擾動和松散區(qū)域，確定異常區(qū)的位置、大小、深度、松散程度等參數(shù)，并對異常區(qū)提出是否需要進(jìn)行處理的建議。另外需要對隧道初襯每榀鋼筋間距和隧道一襯結(jié)構(gòu)厚度進(jìn)行檢測。
一、工程概況
工程場地位于北京市海淀區(qū)友誼路沿線。隧道規(guī)格為2m*2.3m，拱頂位于地下約6m左右，下部地層主要為中粗砂土質(zhì)，上部地層主要為粉質(zhì)粘土，土層穩(wěn)定，可塑性強。地下水位較底，隧道內(nèi)部較干燥，未見明顯滲水滴水現(xiàn)象。隧道全長80m，根據(jù)現(xiàn)場實際情況共布設(shè)測線5條（圖1），測線總長度約400m。
二、現(xiàn)場檢測
1.儀器設(shè)備
作為目前的、能做連續(xù)測量的工程物探檢測儀器，探地雷達(dá)具有非破壞性、分辨率高、檢測速度快的優(yōu)點，在檢測中視為好的方法之一。本次檢測采用了意大利產(chǎn)RIS-K2型雙通道主機雷達(dá)、專用筆記本電腦、1600MHz天線和600MHz天線，探測深度分別為3m和1m。
2.地質(zhì)雷達(dá)探測方法原理
探地雷達(dá)由一體化主機、天線及配套軟件等部分組成，根據(jù)電磁波在有耗介質(zhì)中的傳播特性，地質(zhì)雷達(dá)以寬頻帶短脈沖的形式向介質(zhì)內(nèi)發(fā)射高頻電磁波（幾MHz-幾GHz），當(dāng)其遇到不均勻體（界面）時會反射部分電磁波，其反射系數(shù)由介質(zhì)的相對介電常數(shù)決定，通過對雷達(dá)主機所接收的反射信號進(jìn)行處理和圖像解譯，達(dá)到識別隱蔽目標(biāo)物的目的）。
反射信號的強度主要取決于上、下層介質(zhì)的電性差異，電性差異越大，反射信號越強。
雷達(dá)波的穿透深度主要取決于地下介質(zhì)的電性和中心頻率。導(dǎo)電率越高，穿透深度越??；中心頻率越高，穿透深度越小，反之亦然。
三、檢測結(jié)果與分析
1.資料分析與解釋
地質(zhì)雷達(dá)工作時，在雷達(dá)主機控制下，脈沖源產(chǎn)生周期性的毫微秒信號，并直接饋給發(fā)射天線，經(jīng)由發(fā)射天線耦合（本次所使用的天線是地面耦合天線）到地下的信號在傳播路徑上遇到介質(zhì)的非均勻體（面）時，產(chǎn)生反射信號。位于地面上的接收天線在接收到地下回波后，直接傳輸?shù)浇邮諜C，信號在接收機經(jīng)過整形和放大等處理后，經(jīng)電纜傳輸?shù)嚼走_(dá)主機，經(jīng)處理后，傳輸?shù)轿C。在微機中對信號依照幅度大小進(jìn)行編碼，并以偽彩色電平圖/灰色電平圖或波形堆積圖的方式顯示出來，經(jīng)事后處理，可用來判斷地下目標(biāo)的深度、大小和方位等特性參數(shù).。探地雷達(dá)所接收的是來自地下不同電性界面的反射波，電性界面包括各結(jié)構(gòu)層的分界面和目的體界面。
地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理包括預(yù)處理（ 標(biāo)記和樁號校正，添加標(biāo)題、標(biāo)識等）和處理分析，其處理流程，其目的在于壓制規(guī)則和隨機干擾，以盡可能高的分辨率在探地雷達(dá)圖像剖面上顯示反射波，突出有用的異常信息（包括電磁波速度，振幅和波形等）來幫助解釋。探地雷達(dá)的圖像解釋是最終目的，其正確解釋取決于檢測參數(shù)選擇合理、數(shù)據(jù)處理得當(dāng)、模擬實驗類比和讀圖經(jīng)驗等因素
2.典型松散區(qū)域雷達(dá)剖面圖
上圖為同一松散區(qū)域的兩條平行測線，圖中黑色框內(nèi)為典型松散區(qū)域圖像，位置在距離測線起點約5米左右，埋深在3―6米，松散區(qū)域沿測線方向長約25米。
3.檢測結(jié)果
經(jīng)過對原始數(shù)據(jù)的處理分析認(rèn)為：
（1）隧道初襯每榀鋼筋間距為490mm―510mm，符合設(shè)計要求。
（2）隧道初襯厚度約為250mm―280mm，符合設(shè)計要求。
（3）雷達(dá)信號顯示，隧道周圍探測范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)松散、空洞、水囊等不良地質(zhì)現(xiàn)象。
四、結(jié)論與建議
1.結(jié)論
通過反復(fù)對多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，綜合分析認(rèn)為：鋼筋布設(shè)間距和初襯厚度都符合設(shè)計要求，隧道周圍未發(fā)現(xiàn)松散、空洞、水囊等不良地質(zhì)現(xiàn)象。
2.建議
（1）現(xiàn)場探測的測線起點位置都進(jìn)行了標(biāo)記，異常區(qū)域的位置按照起點標(biāo)志點測算。建議對異常區(qū)進(jìn)行孔探，以核查異常范圍和深度，并對異常區(qū)進(jìn)行及時處理。對于無法布置測線的區(qū)域，根據(jù)實際情況對測線進(jìn)行了合理平移處理。
（2）由于工程現(xiàn)場場地條件復(fù)雜，金屬構(gòu)筑物較多，土體含水率較高，電磁波衰減較快、雷達(dá)分辨率、圖紙進(jìn)行過修改等特殊原因的限制，雷達(dá)在本次探測可能存在誤差，甲方在使用圖件施工時需綜合考慮。
（3）本次探測結(jié)果僅為單條測線下方的信號顯示。由于物探原理和探測方法限制，在一定程度上不可避免的存在一些的誤差，建議將本探測結(jié)果僅做為降損參考使用。在可能影響到設(shè)計施工或安全時，建議用多種物探方法進(jìn)行詳細(xì)探測，相互驗證，確保其安全。
