鐵路隧道檢測-初期支護背部空洞檢測

探地雷達（GroundPenetratingRadar）是一種高科技的地球物理探測儀器，目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于高速公路，機場的路面質(zhì)量檢測；隧道，橋梁，水庫大壩檢測；地下管線，地下建筑的檢測等諸多的工程領(lǐng)域。探地雷達利用一個天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，另一個天線接受來自地下介質(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)及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收到波的旅行時間（亦稱雙程走時）、幅度與波形資料，可推斷地下介質(zhì)的分布情況。

地質(zhì)雷達由發(fā)射部分和接收部分組成。發(fā)射部分由產(chǎn)生高頻脈沖波的發(fā)射機和向外輻射電磁波的天線(Tx)組成。通過發(fā)射天線電磁波以60°～90°的波束角向地下發(fā)射電磁波，電磁波在傳播途中遇到電性分界面產(chǎn)生反射。反射波被設(shè)置在某一固定位置的接收天線（Rx）接收，與此同時接收天線還接收到沿巖層表層傳播的直達波，反射波和直達波同時被接收機記錄或在終端將兩種顯示出來。圖1地質(zhì)雷達探測原理示意圖

當?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時，可根據(jù)精確測得的走時t，由上式求得目標體的深度z。式中x值即收發(fā)距，在剖面測量中是固定的；v值可用寬角法直接測量，也可以根據(jù)近似計算公式：c為光速；為地下介質(zhì)的相對介電常數(shù)。介質(zhì)相對介電常數(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----

波的雙程走時由反射脈沖相對于發(fā)射脈沖的延時而確定。雷達圖形常以脈沖反射波的波形形式記錄。波形的正負峰分別以黑色和白色表示，或以灰階或彩色表示。這樣，同相軸或等灰度、等色線，即可形象地表征出地下反射界面。在波形記錄上，各測點均以測線的鉛垂方向記錄波形，構(gòu)成雷達剖面。

由于探地雷達的電磁波主要是在非理想介質(zhì)中傳播的所以其衰減的速度非?？欤@構(gòu)成了雷達應(yīng)用的主要障礙，即探測的深度有限。電磁波的電場強度隨著距離的衰減規(guī)律是：

其中為介質(zhì)的吸收系數(shù)，它與介質(zhì)的電性和頻率有關(guān)，根據(jù)計算可以寫為：趨膚深度：

國外美國GSSI公司的SIR系列雷達（美國勞雷公司代理銷售）瑞典MALA公司的RAMAC/GPR雷達系列加拿大Sensrs&Software公司pulseEKKO型探地雷達

國內(nèi)發(fā)展狀況是：首先通過引進國外的雷達儀器，進行研究和應(yīng)用，然后開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的自己的雷達產(chǎn)品。目前，國內(nèi)使用最多的雷達大多是美國GSSI公司生產(chǎn)的。國內(nèi)有電子部22所，航天部愛迪爾公司、驕鵬公司和中國礦大（北京）四家單位相繼推出了自己的雷達產(chǎn)品。SIR-20高速高精度多通道透視雷達

SIR-3000便攜式透地雷達

100MHz200MHz400MHz900MHz1200MHzEKKO-100型EKKO-1000型400MHz3.1測量方式探地雷達的野外工作，必須根據(jù)探測對象的狀況及所處的地質(zhì)環(huán)境并選擇合適的測量參數(shù)，才能保證雷達記錄的質(zhì)量。

1）、剖面法2）、多次覆蓋3）、寬角法

剖面法是發(fā)射天線(T)和接收天線(R)以固定間距沿測線同步移動的一種測量方式，當發(fā)射天線與接收天線間距為零，亦即發(fā)射天線與接收天線合二為一時稱為單天線形式，反之稱為雙天線形式。剖面法的測量結(jié)果可以用探地雷達時間剖面圖來表示。該圖像的橫坐標記錄了天線在地表的位置；縱坐標為反射波雙程定時，表示雷達脈沖從發(fā)射天線出發(fā)經(jīng)地下界面反射回到接收天線所需的時間。這種記錄能準確反映測線下方地下各反射界面的形態(tài)。

探地雷達數(shù)據(jù)處理的目標是壓制隨機的和規(guī)則的干擾，以最大可能的分辨率在探地雷達圖像剖面上顯示反射波，提取反射波的各種有用的參數(shù)(包括電磁波速度，振幅和波形等)來幫助解釋。探地雷達與反射地震都依靠脈沖回波信號，其子波長度都由發(fā)射源控制。脈沖在地下傳播過程中，能量均會產(chǎn)生球面衰減，也會由于介質(zhì)對波的能量的吸收而減弱，在地下介質(zhì)不均時還會發(fā)生散射、反射與透射。因此數(shù)字記錄的探地雷達數(shù)據(jù)類似于反射地震數(shù)據(jù)，反射地震數(shù)字處理許多有效技術(shù)通過某種形式改變均可以應(yīng)用于探地雷達資料的處理。

礦井地質(zhì)雷達在測量過程中，為了保留盡可能多的信息，常采用全通的記錄方式，這樣有效波的干擾就被同時記錄下來，為了去除數(shù)據(jù)中的干擾信號，需要采用數(shù)字濾波的方法。數(shù)字濾波就是根據(jù)數(shù)據(jù)中有效信號和干擾信號頻譜范圍的不同來消除干擾波。如果有效信號的頻譜分布與干擾信號的頻譜有一個比較明顯的分界，那么可根據(jù)具體的干擾信號的分布，設(shè)計一個合理的濾波器，將其濾除，就得到了濾波以后的結(jié)果，根據(jù)干擾信號的頻譜分布的不同，可以采取低通、高通或帶通的方法。4.1數(shù)字濾波4.1數(shù)字濾波如果噪音的頻譜分布只有高頻成分，那么可采用如下的濾波器將其濾除：探地雷達與反射地震方法一樣都是接收來自地下介質(zhì)界面的反射波。偏離測點的地下介質(zhì)交界面的反射點，只要其法平面通過測點，都可以被記錄下來。在資料處理中需把雷達記錄中的每個反射點移到其原來的位置，這種處理方法稱為偏移歸位處理，經(jīng)過偏移處理的雷達剖面可反映地下介質(zhì)的真實位置。

4.2雷達資料的偏移處理4.3雷達圖像的增強處理1）振幅恢復(fù)2）道內(nèi)均衡4.3雷達圖像的增強處理4.3雷達圖像的增強處理2）道內(nèi)均衡謝謝！80年代以來。由于電子技術(shù)與數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展、使探地雷達的分辨率與探測深度大大提高、探地雷達已在工程地質(zhì)勘察、災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查、地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量檢測、考古調(diào)查、管線探測、公路工程質(zhì)量檢測等多個領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

5.2、雷達在隧道質(zhì)量檢測中的應(yīng)用5.2、雷達在隧道質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

探地雷達技術(shù)通過在隧道襯砌質(zhì)量檢測中的應(yīng)用，實踐證明其技術(shù)方法是十分準確有效的，為公路、鐵路、地鐵隧道施工有效地進行監(jiān)督和檢測，控制施工質(zhì)量起到了積極重要的作用。針對地鐵隧道施工的特點和要求，認為利用雷達進行無損檢測的重點在于：1）、格柵鋼架和鋼筋布置是否符合設(shè)計要求2）、砼襯砌結(jié)構(gòu)檢測及背后密實情況3）、隧道襯砌含水情況調(diào)查圖1典型的空洞、鋼筋等柱狀物雷達波形圖圖2典型的層位（脫空、分界面等）雷達波形圖

襯砌厚度評價，首先在探地雷達剖面上確認出混凝土與巖石界面問的反射波同相軸，讀取反射波雙程旅行時間，按公式H—V×t／2計算出混凝土襯砌厚度。速度V可通過明洞地段標定；密實度的評價可根據(jù)探地雷達剖面反射波振幅、相位和頻率特征劃分為密實和不密實兩種類型，不密實的混凝土體在雷達剖面上波形雜亂，同相軸錯斷；脫空體在雷達剖面上在混凝土與圍巖交接面處反射波同相軸呈弧形，與相鄰道之間發(fā)生錯位，依此特征可計算出空洞的范圍。由于爆破使圍巖表面凹凸不平，因此，在確定脫空時應(yīng)對剖面上的異常加以細致的分析和確認。

襯砌檢測超挖地段雷達圖象（隧道）5.2、雷達在隧道質(zhì)量檢測中的應(yīng)用脫空的雷達圖像（隧道）5.2、雷達在隧道質(zhì)量檢測中的應(yīng)用拱頂起伏圖像5.2、雷達在隧道質(zhì)量檢測中的應(yīng)用右上圖為內(nèi)昆鐵路新老卡子隧道局部地段頂部的雷達檢測剖面，采用400MHz天線進行探測。該襯砌層設(shè)計厚度為60cm。采用處理軟件對襯砌進行層位追蹤，其追蹤結(jié)果如圖所示。

右下圖為追蹤結(jié)果的解釋剖面圖。表層層位追蹤結(jié)果層位追蹤拱頂脫空雷達探測圖像三角形空洞圖像

圍巖裂隙探測圖像

襯砌厚度不夠圖像-1

襯砌厚度不夠圖像-2

鋼筋分布圖像鐵路路基涵洞探測

土體堤壩中因碾壓不實、庫水浸透或動物危害等因素，在壩體中常出現(xiàn)土洞、動物巢穴等危害壩體安全的隱患。例如在我國南方各省(區(qū))水利工程中白蟻巢穴就是一種常見的隱患，