地质雷达gr检测技术应用

地质雷达（GRP）检测技术应用XX公司一、前言随着铁路客运专线的陆续施工，隧道工程以其改善线形、缩短里程和环境保护等无比的优越性和重要作用，成为路客运专线建设工程结构的重要组成部分。但隧道施工中因现有的施工方法及工艺、施工者的偷工减料以及检测控制、施工管理不到位等原因引发的质量通病，一直是工程管理部门十分关注的问题。地质雷达探测技术的广泛应用成为解决这一施工难题的有效手段。地质雷达（GPR）是近十余年来迅速发展起来的一种无损伤高精度的物理探测技术，在工程地质勘测、古遗址探测、地下埋设物探测和地下污染带划分等方面已得到较广泛应用。在控制隧道施工时运用地质雷达进行隧道施工超前地质预报、支护结构的质量检测，在指导隧道工程施工中，对加强工程进度、质量和安全管理，提高隧道施工技术水平方面发挥着巨大作用。作为一种无损检测技术，地质雷达（GPR）以其仪器较为轻便、检测快捷、操作方便、精度较高和检测结果能以图象方式实现实时显示等优点，成为一种控制隧道施工质量的有效手段。二、地质雷达（GPR）检测的原理地质雷达（GPR）是利用电磁波在传播过程中遇到电性界面会发生较强烈的散射原理，通过向被测介质发生高频电磁宽带脉冲，并接收由被测介质反射的回波信号，通过对接收到的反射波进行分析即可推断被测体的情况。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。仪器大体上可分为主机和天线两大部分组成。主机由显示、控制和储存三部分构成；天线由发射和接收两部分构成。发射部分由脉冲发生电路和发射天线构成，产生并发射尖峰脉冲电磁波；接收部分由接收天线、高频放大电路和采样电路构成，接收的高频信号经放大后，由采样电路变换为低频信号，然后送到处理电路；控制部分由基准同步信号发生器、采样控制器和信号处理器等部分组成。接受到的信号在主机上可以显示、回放和储存，以便作进一步数据处理和分析RTRT图1地质雷达反射探测原理图发射天线发射的尖峰脉冲电磁波与其行进的速度有如下关系：V=c/√ε式中：v——电磁波在某一材料介质中传播的速度（ｍ／ｎs）；c——电磁波在真空中的传播速度，等于光速（ｍ／ｎs）；ε——介质的相对介电常数，无量纲。GPR发射的是高频电磁波，因此GPR在被测介质中的传播速度主要由介质中的相对介电常数确定。电磁波向被测介质传播过程中，遇到不同的波阻抗界面时将产生反射波和透射波。反射波由雷达接收天线接收，所经历的时间t可通过时间脉冲记录器测知，并与介质厚度有如下关系：旺h乓=游（百c/撤2讽√仅ε资）傻·co恭s机β漂·t偷式中蜓：优h座—虫—拨界霜面巩R返。入射到界盗面泥R1救着的垂直距离，蝶亦即被测介质夸的厚度腹（腿m些）；腾仅t带—生—零电磁波从界船面你R叫。到达界寄面丑R1偶悉在返回到界翠面贩R哨。历经的时间庭（再ｎ站s午）；剧灭罢β—域—筹电磁波在介质凑中与主法线的门折射角。扭上式为理论计亭算式，实际检跑测中可能发生学误差，使被测吊的材料层厚度止不能满足精度油要求。因此，复须对介电常数结这一关键参数顾进行实测校正上。杏(寻一送)怀介质、仪器参渴数确定悔1疲马介质参数测定稼工作前应对介年电常数进行现辫场标定，标定厨方法可采用在含已知厚度且材烈料与隧道相同梳的其他预制件坚上测量或钻孔纠实测。标定记闹录中界面反射下信号应清楚、递准确。酒3块、似1斩、忠2敲括介电常数计算前公式促循图祸ε值=赖（些0.3×t/稳2×登h演）偶2化式中符号意义感同前。孤2撑仪器参数确定筝2蛛、担1贵贿天线中心频率课的选择甘㎡天线中心频组率是指天线的赠发射频率。一奸般天线发射频庙率芽有会50MHz~喇2.5疗G建H挨z瞒多种。发射频愤率既要考虑发孟射的穿透程度絮，又要考虑仪睡器的分辨率，谋同时也要考虑身被测介质的介飞电常数。一般恶来说，选用的愿频率愈高，其沈测量分辨率愈拜高；频率愈低毅，则其分辨率誉愈低。对于隧慨道混凝土来说归，厚度一般的在塔0.25~趴2.0m传之间，其介电圈常数一般赛在辫1喇2功左右，因此，隔频率选择应根舟据混凝土衬砌固厚度、围岩类兔型和检测部位救的不同，贺在粉400~10妹00MH呢z搭之间选择。崇2过、狡2犁上工作时窗的确为定默工作时窗即雷怕达工作记录时用间，与测深有例关，一般根据对所测深度来确症定。雷达探测易愈深，其选用漫的时窗记录时店间应愈长；探槐测愈浅，则选邀择的时窗记录偏时间愈短。可熊按下式估算：殿t=2h件·徐（密√阻ε捡/感c抛）巴·镰α睁挺（搏α违为调整系数，薯一般阵取章1.而5螺～刚2.佳0抗）霸一般要保持所逼要探测目标体迟在时窗携的乌2/优3蜡以内，这样以哪确保采集信号问稳定可靠性，仪并给目标体的蒸深度变化留出眼了余地。欺2莫、叉3誉戚采样频率的确扶定炊根据采样定理伏，一个周期内活不少零于痒2剪个点，可由下瘦式确定：暂雨去s=室2t搁f成×10罪-3税式饭中岗醉s煎—宋—祥采样频表率筋MHz翻f酿——师天线中心频灌率休MHz凝t欲—贺—僵工作时施窗缓ns坡(慌二杂)询菌检测方法霞根据隧道结构程与断面特点，借一般测线沿隧车道纵向布泥设旱3狗～督5捡条线：拱顶、馒左拱腰、右拱悔腰、左边墙、阀右边墙。重点翁地段采用纵向圾、横向综合布租线或布点。事屯中质量控制可韵横向布线，线州距耀1靠0惑～独20c朋m棚。需确定回填峰空洞规模和形朝状时，应加密腐测线。歉工作时，天线遵与隧道混凝土虑表面应贴壁良拜好，否则，容互易造成图形虚枯假异常或畸变册异常。检测一织般采用快速连叔续采集，天线矩沿测线以瞎5km/h锐左右的速度滑蜻动。为保证点羊位的准确，在找隧道壁上每烤5m承作一标志，标怎上里程。当天烘线对齐某一标危志时，由仪器德操作者向仪器膝输入信号，在尊雷达记录中每早10m夜作一标记，便鸟于内业资料整凯理时查找相应厕位置。恐三杀、哲地质雷达在隧和道施工中的应萄用实例戏1惕地质雷达在雅隧道施工煌中毙进行超前地质挡预报叛的应用燥地质雷达在隧乳道施工进行超史前地质预报，樱是在探测开挖士工作面前方几有米至几十米的那围岩工程地质滨和水文地质情换况基础上，及回时提出预报，凑对照勘测阶段辛的地质资料，换指导施工。在水云南大保高速溪公路大箐隧道张施工院中嗓,蜡由于大箐隧道观位于构造侵蚀拨深层切割高山圆峡谷地冶形隐,愧主要发育顺层睬节理及层间、核层内劈理，岩初体结俯构主要为块状舅或片状，裂隙锁、断层发育，悄隧道埋深大，强地下水丰富，幅顾此，在施工浩中，为保障工微程进度、质量倡和安全，采用述了地质雷达进欢行超前地质预筹报。在开挖前道，结合地质勘据探报告，导每融15~矛2仇0促米趋进行一次地质使雷达超前量测脱，围岩变化地纵段进行加密，谈把量测结果通鞠过专用雷达数感据处理软件，晋进行分析，预竞报围岩硬度；狂预报节理、裂常隙、断层发育沉情况；预报可级能发生的涌水也及塌方情况，云由此及时改进栗开挖参数和开煮挖方法，为支老护结构的调整登做好机械、材抵料和劳力的准石备工作，通过赔运用地质雷达犹进行超前地质历预报，隧道月楼平均进尺在说10障0扑米静以上，支护结足构稳定、内实姥外美，加快了要施工进度，提耳高了工程质量卡，合理地处理唤了断层、涌水抽等特殊情况，戒有效地避免了涌塌方的发生。貌在业主组织的剑检查评比中，杀大箐隧道工程跨在安全、进度标、质量等各方任面均名列前茅烘。北2让地质雷达在隧承道施工中进行赖混凝土衬砌、幸支护结构马中的质量落检测傻地质雷达在隧龄道施工中进行茫支护结构质量市的检测，是对偷已完支护结构纷空洞、混凝土浪衬砌厚度、混鼻凝土衬砌背部艳脱空、芽所受应力、结借构材赢质结构强度、拢隐蔽的结构逼数量拉、衬砌与围岩躺结合情况、超脆欠挖情况以及咐衬砌背后的支础护情况等萌进行探测忠。级隧道衬砌检测爹的基本原理由充下图所示：TRTRRTTRTRRT滤娘之致界面闯退笋钢筋空洞迅朴隧道衬砌剖面衬砌表面时间咸例图北2蕉摇鲁地质雷达剖面召当雷达天线发戒出的电磁波在育贯穿衬砌后，枯遇到围岩界面院、空洞、钢筋侄、钢拱架或其夜它异常体时，越会产生相应的血反射波形信号绣，根据这些异创常波形信号对顽隧道衬砌的厚突度及其背后情藏况加以判断。猜在大箐隧道施另工完毕后，对准已完支护结构规进行了检测，规检测中使用美部国地球物理勘须测公司生产伞的偿SIRSy筋stem-2痕00沟0惹型地质雷达主顿机进行无破损艳检测，检测采挥用剖面法，发城射和接收天线坏保持固定间距硬沿测线同步位义移，记录为发粥射和接收天线懂的中点，天线饭选秤用苏900MH畜Z胆，探测深度大知于铸2扣米减，对有疑虑点川选谊用基500MH颈Z农天线复测。检场测结果表明：缓钢筋属强的反锅射介质，接收尸的电磁波较强锄，在图像上呈孙双曲线形，经脱过偏移和反褶耀积处理，图像时进行变化，钢律筋的真实位置碧、数量和间距船就基本判断出设来（如冶图济1冰）；型钢拱架招判断与钢筋相迅同（如娇图钥2况）；二衬界面维起伏较大，同血相轴不连续，执说明厚度变化悟不均，主要是纵由于局部超、知欠挖所致，但垫浇筑密实，强稀度较高（如赞图紫3掏）。经过探测拢证明，大箐隧随道工程支护结猎构质量满足设赞计要求，质量服优良。图3图4蛮图虾5怪垫拔二衬砼厚度变叛化图碰像得四狸、条地质近雷达的检测效坝果疯由于雷达检测洞的结果并不能润直接给出目标忠体的深度（衬滴砌厚度），而齿是时间曲线，膝为了将时间曲强线转及换成深度曲线炼，还需知道探仇测介质的介电劣常数和波速。瞎为此，需在现耗场用钻孔资料柏反演拟合来求嘱取雷达波速介静电常数，而混得凝土中的雷达学波速或介电常甜数具有一定的惩离散性，亦即稻其检测厚度的瓜精度与其波速兰或介电常数的之离散性有关。狱而其离散性取彼决于混凝土本望身的密实程度劈、潮湿程度以支及空区中空气趁的潮湿程度和竖充填情况（如拜空气、水或不辨密实填充体等步）。总之，雷宅达测的介质体篮的状况只是一暮个相对值，具坡有一定的误差感。据有关资料槐介绍，衬砌混恋凝土的雷达波炊速离散可遭达系5斧～境10血%脆，计算出的衬球砌厚度误差可沿在顿2苍～辉4c些m婶。五、结语揉长期以来地隧道尸施工质量还的判断一直是姓工程界困惑的垄问题，云随着隧道工程绢施工水平减、检测技术的刃不断提高，地小质雷达在隧道贿施