地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)講解

2013年1月地質(zhì)雷達(dá)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)原理地質(zhì)雷達(dá)是利用超高頻窄脈沖（106－109Hz）電磁波在介質(zhì)中傳播規(guī)律的一種無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，它能夠快速獲得相關(guān)探測(cè)區(qū)域的詳細(xì)信息。地質(zhì)雷達(dá)主要由主機(jī)和天線組成，其中天線又包括發(fā)射端和接收端兩部分。2地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)原理地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)時(shí)，天線的發(fā)射端向測(cè)量表面以下發(fā)送以球面波形式傳播的電磁波，同時(shí)，天線的接收端接收由不同電介質(zhì)特性的層面反射的回波，經(jīng)電纜或光纖傳輸?shù)浇K端連接的計(jì)算機(jī)上，實(shí)時(shí)顯示雷達(dá)圖像。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、波形將隨所通過(guò)介質(zhì)的電性質(zhì)和幾何形態(tài)的不同而變化。3地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)原理電磁波的傳播過(guò)程當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時(shí)，可根據(jù)精確測(cè)得的走時(shí)t，由上式求得目標(biāo)體的深度z。式中x值即收發(fā)距，在剖面測(cè)量中是固定的；v值可用寬角法直接測(cè)量4地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)原理

也可以根據(jù)近似計(jì)算公式：

c為光速；為地下介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。5地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)原理常見(jiàn)介質(zhì)的和介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)電磁波速度V（m/ns)水810.033空氣10.3雪（濕）4—120.09—0.15石灰?guī)r7(6)0.11(0.12)土壤(干)4(3—5)0.15(0.13—0.18)土壤（含水20%）10(4—40)0.095(0.05—0.15)冰3.20.17銅或鐵1----6地質(zhì)雷達(dá)的組成7地質(zhì)雷達(dá)儀器的特點(diǎn)地質(zhì)雷達(dá)儀器的特點(diǎn)是：系統(tǒng)高度集成化、數(shù)字化，操作簡(jiǎn)單化，天線屏蔽干擾小，探測(cè)范圍廣，分辨率高，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和信號(hào)增強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示二維彩色圖像。其配置的探測(cè)天線系列化，可應(yīng)用與各類地下目的體及目的層的檢測(cè)與探測(cè)。8地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用領(lǐng)域建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、隧道檢測(cè)市政設(shè)施及管線探測(cè)考古探測(cè)地質(zhì)與環(huán)境探測(cè)軍事安全探測(cè)鐵路工程探測(cè)公路探測(cè)9隧道檢測(cè)10隧道檢測(cè)隧道探測(cè)要解決的主要問(wèn)題

隧道襯砌厚度檢查

隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)物檢查—鋼筋、鋼拱架等

隧道襯砌混凝土質(zhì)量檢查隧道襯砌混凝土密實(shí)度檢查

隧道襯砌防水板檢查隧道超前預(yù)報(bào)11準(zhǔn)備工作初支或二襯壁上每5m做一標(biāo)記（紅點(diǎn)或紅豎杠），每20m做一里程標(biāo)記（如DK123+880）；搭設(shè)檢測(cè)臺(tái)架，可以以3-10km/h速度移動(dòng)，臺(tái)架上要能站立2人且有護(hù)欄，站在臺(tái)架上的人員要能觸摸到拱頂和拱腰位置；配備了解現(xiàn)場(chǎng)情況的工程技術(shù)人員2人，司機(jī)1人，安全防護(hù)人員1人，配合檢測(cè)工人4人；強(qiáng)光手電3把，安全繩2套，安全帽；如果要檢測(cè)仰拱，清理干凈填充面，做到無(wú)水、無(wú)泥、無(wú)太多雜物覆蓋、無(wú)大型障礙物；12現(xiàn)場(chǎng)采集（一）測(cè)線布置采用縱向布置測(cè)線的方式，在隧道內(nèi)布設(shè)了七條測(cè)線，對(duì)其襯砌厚度進(jìn)行檢測(cè)。隧道地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線布置示意圖如下：13現(xiàn)場(chǎng)采集（二）測(cè)量技術(shù)要點(diǎn)1．設(shè)備要求：測(cè)量拱頂和拱腰位置時(shí)，測(cè)量所用車輛須采用膠輪式機(jī)械，盡可能不要采用履帶式機(jī)械。建議使用市政路燈維修車或自行搭建，但須保證行使平穩(wěn)，不晃動(dòng)。2．人員配置：工人4-5名，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員2名。14現(xiàn)場(chǎng)采集3．標(biāo)記里程：在數(shù)據(jù)采集之前，要每間隔5米或10米的距離用明顯的標(biāo)記標(biāo)明隧道里程數(shù)，要保證清晰可見(jiàn)。4．操作平臺(tái)：采集拱頂和拱腰位置的數(shù)據(jù)時(shí)，其操作平臺(tái)至少要能夠容納3人，有足夠的活動(dòng)空間。15現(xiàn)場(chǎng)采集5．人員要求：負(fù)責(zé)舉天線的工人要保證天線在襯砌表面平穩(wěn)前進(jìn)，不要傾斜；負(fù)責(zé)固定測(cè)量輪的工人要保證測(cè)量輪與襯砌表面接觸良好，能夠正常計(jì)數(shù)；負(fù)責(zé)安全的工人一定要保護(hù)好其他工作人員和自己的安全。6．打標(biāo)：當(dāng)天線經(jīng)過(guò)標(biāo)記里程時(shí)，要有一名技術(shù)人員負(fù)責(zé)通報(bào)給設(shè)備操作工程師，以便在數(shù)據(jù)上進(jìn)行打標(biāo)。16現(xiàn)場(chǎng)采集7．安全要求：測(cè)量拱頂和拱腰位置時(shí)，工作人員和天線都要用安全帶或繩索與周邊物體進(jìn)行固定，防止工人高空作業(yè)時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)和天線滑落摔壞。8．地面要求：地面平坦，無(wú)雜物、無(wú)影響車輛通行的障礙物。17襯砌檢測(cè)報(bào)檢單18襯砌檢測(cè)報(bào)檢單19數(shù)據(jù)采集記錄表20數(shù)據(jù)采集記錄表21儀器操作22儀器操作23儀器操作24儀器操作25儀器操作26數(shù)據(jù)處理雷達(dá)波在地下的傳播過(guò)程中各種噪聲和雜波的干擾非常嚴(yán)重，正確識(shí)別各種雜波與噪聲、提取其有用信息是探地雷達(dá)記錄解釋的重要的環(huán)節(jié)，其關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)地質(zhì)雷達(dá)記錄進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理。電磁波的傳播形式與地震波十分相似，而且數(shù)據(jù)剖面也類似于反射地震數(shù)據(jù)剖面，因此反射地震數(shù)據(jù)處理的許多有效技術(shù)均可用于地質(zhì)雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理，但由于雷達(dá)波和地震波存在著動(dòng)力學(xué)差異，如強(qiáng)衰減性，雷達(dá)波在濕的地層中衰減比在干的情況下要大，而27數(shù)據(jù)處理地震波卻恰好相反；地質(zhì)雷達(dá)的穿透深度比地震波要淺得多。所以單一地移植、借鑒地震資料處理技術(shù)是不夠的。通常我們得到的雷達(dá)數(shù)據(jù)是原始數(shù)據(jù)，為了更容易的識(shí)別目標(biāo)體和得到更清晰的反射信號(hào)，還需要對(duì)雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的后處理。這里以瑞典MALA公司的GroundVision采集處理軟件為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明數(shù)據(jù)處理的過(guò)程。28數(shù)據(jù)處理與資料解釋載入數(shù)據(jù)一維濾波/去直流漂移靜校正/移動(dòng)開(kāi)始時(shí)間增益/能量衰減一維帶通濾波二維濾波/滑動(dòng)平均偏移/時(shí)深轉(zhuǎn)換二維濾波/抽取平均道圖像顯示和解釋29報(bào)告編寫(xiě)1.委托方名稱，工程名稱、地點(diǎn)，建設(shè)單位、勘察單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位和施工單位，設(shè)計(jì)要求，檢測(cè)目的，檢測(cè)依據(jù)，檢測(cè)日期；2.檢測(cè)原理及方法；3.檢測(cè)里程匯總；4.問(wèn)題缺陷匯總表；5.結(jié)論及建議；6.附表--檢測(cè)厚度匯總表；7.附圖--厚度檢測(cè)曲線圖、雷達(dá)檢測(cè)圖像。30隧道應(yīng)用實(shí)例31良好的襯砌檢測(cè)圖像檢測(cè)圖像解釋32檢測(cè)圖像解釋超挖地段雷達(dá)圖像（隧道）33檢測(cè)圖像解釋脫空地段（雷達(dá)波的波幅反向，波的反射強(qiáng)烈，呈現(xiàn)出連續(xù)的脫空）34混凝土不密實(shí)（襯砌界面的強(qiáng)反射信號(hào)同相軸呈繞射弧形，且不連續(xù)較分散）檢測(cè)圖像解釋35襯砌厚度變化檢測(cè)圖像解釋36檢測(cè)圖像解釋拱頂起伏雷達(dá)圖像(隧道)37層位追蹤檢測(cè)圖像解釋表層層位追蹤結(jié)果38預(yù)埋管異常：窄而長(zhǎng)的弧形反射，多次反射強(qiáng)烈且形狀一