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地質(zhì)雷達(dá)范文第1篇

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關(guān)鍵詞: 地質(zhì)雷達(dá); 隧道; 超前預(yù)報; 地質(zhì)災(zāi)害

中圖分類號： TN95 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

隧道開挖中常常遇到巖溶發(fā)育、出現(xiàn)大的空洞，充水或者充泥，有時地下暗河發(fā)育；也會遇到構(gòu)造帶，或者巖石破碎，同時地下水發(fā)育，這給隧道開挖和建設(shè)造成很多困難，同時也給隧道運營造成一定的隱患。因此需要采用一定的手段對這些地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)災(zāi)害進行探測和預(yù)報，提前采取措施來排除災(zāi)害。 1 　地質(zhì)雷達(dá)工作原理

地質(zhì)雷達(dá)俗稱探地雷達(dá)，它的工作原理為由控制單元向地層發(fā)射一組以某一頻率為中心的高頻電磁波，電磁波在傳播的過程中，遇到不同的介質(zhì)分界面時，一部分電磁波能量會轉(zhuǎn)換成反射波返回地面，另一部分能量則透過界面繼續(xù)向前傳播，再次遇到界面時，又一部分電磁波產(chǎn)生反射返回地面。在電磁波傳播的過程當(dāng)中，當(dāng)遇到不同的巖層或巖層的節(jié)理發(fā)育程度不同時，電磁波的反射系數(shù)、衰減系數(shù)、以及反射波頻率是不一樣的。雷達(dá)天線接收器接收到反射波，并輸送到控制單元，將信號進行顯示，對電磁反射波所帶信息進行分析，就可獲得被探地層的層厚、巖層完整性以及巖層含水情況，具體預(yù)報原理如圖1所示。

地質(zhì)雷達(dá)工作時,利用一個天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波,另一個天線接收來自地下界面的反射波。一般來說發(fā)射天線和接收天線之間距離都很小,甚至可以合二為一。當(dāng)?shù)貙觾A角不大時,反射波的全部路徑幾乎是垂直地面的,因此也常把接收到反射波的旅行時間稱為“雙程走時”,在測線不同位置上“雙程走時”的變化就反映了地層的構(gòu)造形態(tài)。而通過多條測線的探測,則可了解場地目標(biāo)體深部的平面分布情況。通過對電磁波反射信號的時頻特征、振幅特征、相位特征等進行分析,便能了解地層的特征信息。

點測則是將雷達(dá)天線固定在掌子面一點，然后發(fā)射電磁波，根據(jù)天線接收器采集到的電磁波波形進行具體判斷分析。

雷達(dá)的探測原理及工作方法見圖1 。

圖 1 　雷達(dá)的探測原理及工作方法 2 　應(yīng)用實例

文中數(shù)據(jù)均來自山西省一條隧道 ,筆者將施工預(yù)報中遇到的一些典型雷達(dá)圖像摘錄進行研究與分析。此次探測儀器為美國勞雷公司生產(chǎn)的 SIR - 20 型地質(zhì)雷達(dá) ,天線主頻為 100 M Hz 。 2. 1 　巖溶發(fā)育的雷達(dá)圖像

圖 2 顯示測線掌子面開挖后出露巖層為薄至中厚層狀大冶組灰?guī)r ,層間平直 ,大量粘土充填 ,巖體破碎 ,節(jié)理裂隙發(fā)育且較多被方解石充填 ,巖體濕潤。

圖 2雷達(dá)實測圖像

從圖 2 中可見 4～25 m 范圍內(nèi)雷達(dá)反射波較強 ,波形雜亂無章 , 存在明顯的異常 ,經(jīng)現(xiàn)場多次測試 ,重復(fù)性極好。該地段現(xiàn)場地質(zhì)情況較差 ,掌子面有大量泥質(zhì)粘土充填 ,且處于易出現(xiàn)溶蝕的灰?guī)r地段 ,而前方異常區(qū)的范圍較大 ,結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)情況和雷達(dá)反射波圖像 ,推斷掌子面前方出現(xiàn)溶洞的可能性極高。圖 2 所示異常區(qū)內(nèi)波形雜亂 ,相對介電常數(shù)不穩(wěn)定 ,推斷該溶洞可能為充填型溶洞 ,且充填物質(zhì)不均勻。施工單位及時采取了短進尺、強支護等避險措施 ,在后期的開挖中也驗證了推斷結(jié)果 ,避免了事故的發(fā)生。 2. 2 　裂隙發(fā)育的雷達(dá)圖像

圖 3 顯示掌子面開挖后出露巖層為中薄 - 厚層狀灰?guī)r ,層間泥質(zhì)充填 ,底部巖體較破碎 ,節(jié)理、裂隙發(fā)育 ,拱頂處巖體完整性相對較好 ,掌子面滲水 ,巖體濕 潤程度較高。

圖 3 雷達(dá)實測圖像

此次探測深度約為 35 m ,從圖 3 中可以明顯看出2～20 m 范圍內(nèi) ,反射波同相軸錯斷 ,波形較雜亂 ,反射界面不連續(xù) ,局部雷達(dá)波振幅較強 ,推斷該處節(jié)理、裂隙發(fā)育 ,巖體較破碎 ,有泥質(zhì)充填現(xiàn)象 ,且局部巖體的濕潤程度較高(即相對介電常數(shù)變化較大) ,導(dǎo)致反射波振幅增大。解釋結(jié)果與現(xiàn)場掌子面出露情況相符 ,并且在進一步的隧道開挖中也得到了較好的驗證。 3 　結(jié)語

超前預(yù)報應(yīng)以現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查、鉆孔資料和理論分析為手段重點研究巖溶裂隙發(fā)育特征、規(guī)律及可能含大流量高壓地下水的構(gòu)造、裂隙發(fā)育規(guī)律，建立巖溶地下水流域單元識別，給出在隧洞涌水情況下潛在的流域襲奪或越流補給規(guī)律，預(yù)測潛在涌水點的分布與隧洞施工期和運營期涌水量及其動態(tài)變化。

雷達(dá)圖像具有多解性 ,在后期解釋時應(yīng)與測區(qū)實際的地質(zhì)情況相結(jié)合 ,注意排除圖像中的干擾因素 ,才能做出合理的推斷解釋 ,達(dá)到準(zhǔn)確預(yù)報的目的。在隧道開挖過程中 ,掌子面常常參差不齊 ,連續(xù)測量時雷達(dá)無法貼緊掌子面 ,對后期圖像會造成較大的干擾 ,造成解釋困難 ,在這種情況下最好選擇點測方式 ,如果選用連續(xù)測量方式 ,應(yīng)該盡量對掌子面進行清平。 參考文獻(xiàn)

[1] 薄會申. 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)實用手冊[ M ] . 北京:地質(zhì)出版社 ,2006.

地質(zhì)雷達(dá)范文第2篇

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，最高峰為洼地北東東側(cè)的1號峰，峰頂高程1104.10m，地形最大高差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，最大壓力5000kN，最大上拔力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(見表1)，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)，能比較準(zhǔn)確地探明臺址區(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(見圖2)，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(圖3)。

3.2GPR探測從1～3點+6m開始按逆時針方向進行(見圖4)，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(見圖5)。本次GPR探測特采用美國“地球物理測量系統(tǒng)公司”(GeophysicalSurveySystemsInc)先進的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，見圖6和圖7。

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準(zhǔn)確率為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。可見，精確劃分現(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)進行現(xiàn)場物性試驗，從而得到介質(zhì)更精確的相對介電常數(shù)。

地質(zhì)雷達(dá)范文第3篇

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（最大探測深度可達(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（最大探測深度可達(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)范文第4篇

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)雷達(dá) 隧道 質(zhì)量 檢測

F407.1

隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的日益加強完善，其中公路、鐵路等建設(shè)占據(jù)了重要地位。由于我家交通發(fā)展的不斷前進，在鐵路及公路的建設(shè)中隧道的修建越來越多，同時使用過程中隧道的結(jié)構(gòu)病害、質(zhì)量問題不斷地暴露出來，如混凝土掉塊、腐蝕、滲水、裂紋等，有些甚至使得結(jié)構(gòu)物坍塌，這一系列的質(zhì)量問題給運輸安全和交通質(zhì)量造成了巨大的影響。所以在公路及鐵路的建設(shè)中隧道的質(zhì)量檢測極其重要。由于我國的建設(shè)施工項目繁多，而傳統(tǒng)的檢測手段在運用中存在手段不健全、不完整、一點蓋面等問題，使得檢測剖面斷斷續(xù)續(xù)，無法得到連續(xù)的檢測圖，而且傳統(tǒng)方法比較復(fù)雜，在檢測完還需修補因此無法滿足國家迅速發(fā)展的需求。相比傳統(tǒng)方法地質(zhì)雷達(dá)的檢測方法是運用高科技的手段，具有較高的分辨率及準(zhǔn)確率，能連續(xù)、快速、高效地完成檢測，滿足工程建設(shè)的需要。

1地質(zhì)雷達(dá)工作原理及應(yīng)用

1.1原理

地質(zhì)雷達(dá)的工作原理是運用高頻電磁脈的沖波反射來進行探測，是一種電磁波探測技術(shù)。它利用電磁波信號的運動特點使其在物體內(nèi)傳播進行探測，一般應(yīng)用于較大區(qū)域、復(fù)雜對象、精度要求適中以及速度較快的檢測情況中。地質(zhì)雷達(dá)主要由控制主機及天線兩個設(shè)備組成。主機是用來控制及提供信號，天線則是用來發(fā)射以及接收高頻電磁波信號。通過天線發(fā)射電磁波，由于它在有耗介質(zhì)里具有傳播的特性，因此當(dāng)它遇到不勻界面時部分電磁波會反射回來，而被測介質(zhì)介電常數(shù)決定其反射系數(shù)。在介質(zhì)里傳播時，波形根據(jù)介質(zhì)的介電性質(zhì)和幾何形態(tài)隨路徑以及電磁場強度而變化，通過天線接收反射回的電磁波并按特定的數(shù)據(jù)格式記錄儲存。然后運用處理軟件把電磁波的差異及變化，處理成能夠反映被探測物結(jié)構(gòu)、形態(tài)、構(gòu)造、尺寸大小、埋設(shè)物體及介質(zhì)體間界面的雷達(dá)圖像，實現(xiàn)探測、識別目標(biāo)物體的目的。

1.2應(yīng)用

20世紀(jì)初，隨著數(shù)據(jù)處及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，雷達(dá)的體積愈來愈小，起初需要肩扛手抬，而現(xiàn)在實現(xiàn)單人檢測及操作。功能從冰層厚度探測（較低頻率的工作信號)到現(xiàn)在的各領(lǐng)域廣泛運用，很大程度上的提高了它的技術(shù)指標(biāo)，如運用高頻率的天線對路面厚度進行檢測時，能達(dá)到毫米級的垂向分辨率，運用低頻率天線對深層目標(biāo)探測時，可實現(xiàn)幾十米的探測深度。

長久以來，勘探隱蔽工程是一項高難度同時能考驗工程技術(shù)人員工程項目。20世紀(jì)90年代，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)隨土木工程建設(shè)迅速發(fā)展而興起，其的無損檢測技術(shù)具有高精度、高效率、簡易、大面積覆蓋檢測、靈活方便的運用于野外工作等特點。它的這些特點使其成為快速、高效完成隱蔽工程探查的有效技術(shù)手段，得到工程技術(shù)人員的青睞。隨著不斷發(fā)展的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，其儀器的更新發(fā)展也得到不斷的深入，使其應(yīng)用范圍不斷的擴大。如今應(yīng)用最為廣泛的是勘察工程、文地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、檢測建筑結(jié)構(gòu)、地質(zhì)工程等領(lǐng)域。目前我國主要引進有加拿大EKKO及REMAC系列和美國SIR系列等信號的探地雷達(dá)，而型號不同的地質(zhì)雷達(dá)，其主要的用途及側(cè)重點也是不同的。

2地質(zhì)雷達(dá)在隧道檢測中的應(yīng)用

2.1檢測方法

在探測的布置方法地質(zhì)雷達(dá)較為靈活，可根據(jù)具體的情況布置測點和測線或者網(wǎng)格。測線及網(wǎng)格中點間距應(yīng)該根據(jù)工程的精度要求來進行選定，并根據(jù)具體的情況以及需要來靈活變換。如果是量大的勘探工程，應(yīng)該在開工前做好設(shè)計。使用地質(zhì)雷達(dá)能夠?qū)τ谒淼勒谱用娴捻數(shù)装?、左右邊及前方進行探測，而同一目標(biāo)則可以改變仰俯角或方位角來探測，在對資料地質(zhì)進行解釋時除了要根據(jù)波形特征判斷目標(biāo)的性質(zhì)，還應(yīng)改關(guān)注追蹤回波的橫向、縱向的變化及延續(xù)，對應(yīng)地展現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造的平面及剖面形態(tài)，特別是對大面積的地面進行勘探時，孤立且小的目標(biāo)于平面不易進行追蹤，此時運用橫向衰減對比的方法處理，找到幅度的突變點，也就是該目標(biāo)的位置。地質(zhì)雷達(dá)探測及解釋方法有橫向衰減對比、變面積、灰度、單點波形等；獲取傳播速度的方法則有公式計算、直達(dá)波、單孔測試、已知目的層探測、共中心點、經(jīng)驗數(shù)據(jù)等，運用時可根據(jù)工程探測的實際情況及儀器性能選擇適用的方法。

隧道工程的地質(zhì)勘察設(shè)計和施工前，必須對工作面前方和隧道周圍的地質(zhì)、水文情況進行詳細(xì)的勘探，以前，地質(zhì)的勘察技術(shù)均是使用鉆探的方式，不僅會耗費大量人力和時間，當(dāng)?shù)刭|(zhì)變化豐富，還會由于巖層的起伏不一產(chǎn)生巨大誤差，增大工程事故發(fā)生的概率。而運用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)進行勘查，則可較為準(zhǔn)確地對地質(zhì)情況進行預(yù)報、避免發(fā)生事故。隧道工程中地質(zhì)雷達(dá)通常是用來檢測溶洞、斷層情況，其最重要的任務(wù)和目的之一就是清楚勘測斷層內(nèi)的空間分布、產(chǎn)狀以及它規(guī)模情況。同時界面產(chǎn)狀、性質(zhì)、形狀及尺寸也是會影響回波幅值及形狀。例，在wiggle或單波形式下，其相對入射線是處在一種理想的產(chǎn)狀平整斷層面其波形通常較為尖細(xì)，而含水的裂隙帶抑或是破碎的斷層帶的波形會稍寬；溶洞或者是空洞的波形則會鈍且寬緩，其邊緣一般是不規(guī)則的，這是由于它的不規(guī)則外形無法集體反射而產(chǎn)生漫反射使時間延遲所造成的，也因為它的內(nèi)部沒有完全充填形成反射使得回波緊迭其后。于灰度圖的方式，如相對介質(zhì)中較大空洞的波長，因為空氣中波速會較快，而周圍介質(zhì)旅行時間由較短，使得正負(fù)反射波凸彎曲，類似于拋物線。不管采用哪種方發(fā)，相同物理性質(zhì)的反射波都將形成一組相似特征的組合波形。

2.2資料獲取及處理

檢測前準(zhǔn)備工作:（1）隧道的高度，量測隧道的拱頂、軌面間高度，而新建的線路應(yīng)量測拱頂、隧底間高度，為提供數(shù)據(jù)給檢測臺車的搭建。（2）標(biāo)記，按每5m的點距于兩側(cè)的邊墻上做明顯的標(biāo)記，并標(biāo)明隧道的里程。（3）搜集資料，了解并準(zhǔn)確記錄施工過程出現(xiàn)災(zāi)害的地質(zhì)位置和情況以及處理的方法。（4）記錄下隧道里小錨段、避車洞、電纜的準(zhǔn)確位置，對凝結(jié)水珠、隧底積水、砌表面潮濕的段落進行記錄，統(tǒng)計其位置及類型。（5）對可能會影響檢測臺車的障礙物制訂處理的方法，并調(diào)查了解附近有沒有影響雷達(dá)的干擾電磁源。

隧道檢測:在仰拱、拱頂、邊墻及拱腰位置設(shè)置6條檢測線。拱腰的測線需在拱腳的上方0.5到1.0米的位置，拱頂及仰拱的于正中布置，邊墻則在邊溝蓋板的上方1.5到2.0米的位置。通過測線的位置來確定檢測的臺車平臺的高度，通常是距上層平臺拱頂1.8至2.0米。完成所有工作之后，就可以進行測試。發(fā)射及接受天線要緊靠于檢測面，根據(jù)事先規(guī)劃好的測線的順序檢測。檢測所得數(shù)據(jù)經(jīng)過處理系統(tǒng)一系列的步驟進行處理后，最后得到雷達(dá)波型圖。分析判定雷達(dá)波型圖像，得到隧道的襯砌厚度、滲水及脫空等病害的分布資料，及結(jié)構(gòu)物中材料的分布狀況，從而達(dá)到對隧道質(zhì)量的監(jiān)控。

3.結(jié)束語

在隧道檢測的過程中運用地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)，能夠快速、有效地實現(xiàn)脫空范圍、襯砌開裂、襯砌厚度等探測，于施工方能夠及時有效地加固措施避免事故產(chǎn)生，為消除事故隱患提供了科學(xué)依據(jù)，保障了隧道的正常營運及安全使用。地質(zhì)雷達(dá)作為一項分辨率高、效率高無損的新檢測技術(shù)，其安全、快捷、方便的特性，使其在工程施工建設(shè)中起到了越來越重要的作用，同時隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展其發(fā)展?jié)摿σ彩遣豢晒懒康摹Ｎ覈烈M了地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備以來，對省內(nèi)外的幾十個隧道先后進行了質(zhì)量檢測，并都取得顯著成。另外，將地質(zhì)雷達(dá)運用于隧道的質(zhì)量檢測，需有豐富的經(jīng)驗知識及技術(shù)要求，要正確掌握這些技能同要求，并且積累有一定的實際經(jīng)驗，才能使地質(zhì)雷達(dá)的作用充分的發(fā)揮。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張萬里.暗挖隧道施工安全控制淺談[J].山西建筑.2011(01).

[2]王繼果，董祥，周峰.地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)優(yōu)化分析[J].四川建筑科學(xué)研究.2011(01).

地質(zhì)雷達(dá)范文第5篇

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)埋地管道缺陷探查

中圖分類號： F407 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

1地質(zhì)雷達(dá)探查技術(shù)簡介

地質(zhì)雷達(dá)(Ground Penetrating Radar,簡稱GPR) 也稱探地雷達(dá)，是一種新興的地下探測與混凝土建筑物無損探查設(shè)備，它是利用寬頻帶高頻電磁波信號探測介質(zhì)結(jié)構(gòu)分布的非破壞性的探測儀器，是目前國內(nèi)外用于測量混凝土內(nèi)部缺陷最先進、最便捷的儀器之一，天線屏蔽干擾小，探測范圍廣，分辨率高，具有實時數(shù)據(jù)處理和信號增強，可進行連續(xù)透視掃描，現(xiàn)場實時顯示二維彩色圖像。地質(zhì)雷達(dá)工作示意圖見圖1。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)工作示意圖

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)(Ground Penetrating Radar Method)是利用雷達(dá)發(fā)射天線向建筑物發(fā)射高頻脈沖電磁波，由接收天線接收目的體的反射電磁波，探測目的體分布的一種勘測方法。其實際是利用介質(zhì)等電磁波的反射特性，對介質(zhì)內(nèi)部的構(gòu)造和缺陷(或其他不均勻體)進行探測。

地質(zhì)雷達(dá)通過雷達(dá)天線對隱蔽目標(biāo)體進行全斷面掃描的方式獲得斷面的掃描圖像，具體工作原理是：當(dāng)雷達(dá)系統(tǒng)利用天線向地下發(fā)射寬頻帶高頻電磁波，電磁波信號在介質(zhì)內(nèi)部傳播時遇到介電差異較大的介質(zhì)界面時，就會發(fā)生反射、透射和折射。兩種介質(zhì)的介電常數(shù)差異越大，反射的電磁波能量也越大；反射回的電磁波被與發(fā)射天線同步移動的接收天線接收后，由雷達(dá)主機精確記錄下反射回的電磁波的運動特征，再通過信號技術(shù)處理，形成全斷面的掃描圖，工程技術(shù)人員通過對雷達(dá)圖像的判讀，判斷出地下目標(biāo)物的實際結(jié)構(gòu)情況。地質(zhì)雷達(dá)工作原理示意圖見圖2。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)工作原理示意圖

電磁波的傳播取決于介質(zhì)的電性，介質(zhì)的電性主要有電導(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，在電導(dǎo)率適中的情況下，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，都會產(chǎn)生回波?；灸繕?biāo)體探測原理見圖3。

圖3 基本目標(biāo)體探測原理示意圖

2地質(zhì)雷達(dá)探查實例簡介

（1）探查部位

探查部位為某引水工程玻璃鋼夾砂管道。對存在滲漏、管道底板起鼓、裂縫等缺陷的問題管道，采用數(shù)字地質(zhì)雷達(dá)進行管道脫空探查、管材內(nèi)部及管材與基礎(chǔ)結(jié)合面探查。

（2）探查設(shè)備及人員安排

地質(zhì)雷達(dá)探查采用瑞典RAMAC/GPR ProEx型數(shù)字地質(zhì)雷達(dá)，配備500 MHz、800 MHz和1.6 GHz屏蔽天線，探查深度分別為3m、1.2m、0.3m?，F(xiàn)場探查工作方式為連續(xù)探測，采用距離觸發(fā)模式?，F(xiàn)場探查時安排3人，1人負(fù)責(zé)主機操作，1人負(fù)責(zé)操作天線，1人負(fù)責(zé)現(xiàn)場照明。

3地質(zhì)雷達(dá)探查結(jié)果分析

（1）管道基礎(chǔ)缺陷雷達(dá)圖像

該管道基礎(chǔ)不密實，存在局部脫空、典型裂隙、管底孔洞等基礎(chǔ)缺陷。

現(xiàn)場對地質(zhì)雷達(dá)探查發(fā)現(xiàn)的管底脫空的管道進行了敲擊驗證，敲擊驗證表明，地質(zhì)雷達(dá)判斷有脫空的管道底板敲擊有空鼓聲，但范圍均不大，寬度均小于0.5m，沿管線并不連續(xù)，有間隔，顯示脫空范圍均不大，目前尚不構(gòu)成危害。管道承插口部位雷達(dá)圖像全部異常，與承插口之間的縫隙有關(guān)?？p隙的兩界面反射信號強，時程差小，因此在承插口部位下部基礎(chǔ)仍有強反射界面信號，但不表示承插口部位下部基礎(chǔ)不密實。見圖4。

管底基礎(chǔ)2m深范圍內(nèi)雷達(dá)圖像明顯異常，出現(xiàn)連續(xù)、多次強反射信號，推定為原管道基礎(chǔ)問題。鑒于同相軸呈平弧形，時程差較小，顯示基礎(chǔ)內(nèi)有層間水平裂隙，可能是該管段基礎(chǔ)換填采用了塊石，由塊石層間縫隙造成，也不排除原基礎(chǔ)為富水不密實區(qū)域。見圖5。

深度0.5m至1.0m存在典型基礎(chǔ)裂隙，該管段基礎(chǔ)不密實。見圖6。

深度1.5m范圍內(nèi)圖像異常，推斷管底部存在空洞。見圖7。

圖4 管道基礎(chǔ)局部脫空雷達(dá)圖像 圖5管道基礎(chǔ)不密實區(qū)域雷達(dá)圖像

圖6 管道基礎(chǔ)裂隙區(qū)雷達(dá)圖像 圖7管底孔洞雷達(dá)圖像

（2）管道鼓包和裂隙雷達(dá)圖像

玻璃鋼夾砂管與鋼管連接處，距離插口85cm，管身左腰位置有直徑25cm的鼓包，鼓包中間有環(huán)向裂縫，圖8為鼓包和裂隙處現(xiàn)場照片。鼓包處雷達(dá)圖像解釋：順?biāo)鞣较驕y線顯示，鼓包裂縫下游側(cè)深度0.1m至0.4m范圍內(nèi)存在典型的不密實區(qū)域，有基礎(chǔ)裂隙。環(huán)向測線顯示，沿鼓包裂縫深度0.15m至0.45m范圍內(nèi)存在典型的不密實區(qū)域。鑒于不密實區(qū)域較小，可對玻璃鋼夾砂管鼓包裂縫部位進行修補，不進行灌漿處理。圖9和圖10為鼓包和裂隙順?biāo)鞣较驕y線和環(huán)向測線雷達(dá)圖像。

圖8 鼓包和裂縫照片

圖9 鼓包和裂隙順?biāo)鞣较驕y線雷達(dá)圖像 圖10 鼓包和裂隙環(huán)向測線雷達(dá)圖像

（3）管道承插口滲漏圖像

承插口涌水較為嚴(yán)重，現(xiàn)場照片見圖11。承插口雷達(dá)圖像解釋：順?biāo)鞣较蚶走_(dá)圖像顯示，測線4.6m到5.3m段的70 cm長度為承插口段，深度0.1m至0.6m區(qū)域為典型的不密實區(qū)域，黃線位置的波形圖顯示，深度0至0.2m范圍雷達(dá)波振幅接近為零，說明富含水。環(huán)向雷達(dá)圖像黃線位置的波形圖顯示，深度0至0.25m范圍內(nèi)部沒有振幅，說明富含水。表明該承插口滲漏部位已形成滲漏通道，通道寬度為60cm，深度20～25cm。建議立即進行灌漿處理，封閉滲漏通道。圖12和圖13為承插口順?biāo)鞣较驕y線和環(huán)向測線雷達(dá)圖像。

圖11 承插口滲漏照片

圖12 承插口順?biāo)鞣较驕y線雷達(dá)圖像 圖13 承插口環(huán)向測線雷達(dá)圖像

（4）探查結(jié)論

雷達(dá)探查圖像顯示，該管道基礎(chǔ)不密實，存在局部脫空，敲擊驗證有空鼓聲，寬度均小于0.5m，單節(jié)管道沿管線方向脫空不連續(xù)，有間隔，顯示脫空范圍均不大，目前尚不構(gòu)成危害。

管道存在鼓包和裂隙，該部位雷達(dá)探查顯示，不密實區(qū)域較小，可對玻璃鋼夾砂管鼓包裂縫部位進行修補，不進行灌漿處理。

承插口滲漏部位已形成滲漏通道，通道寬度60cm，深度20cm，需在恢復(fù)通水前進行灌漿處理，封閉滲漏通道。

4 結(jié)語

此次實際工程地質(zhì)雷達(dá)探查結(jié)果證明，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是探查埋地管道缺陷的可靠方法，對于存在滲漏、管道底板起鼓、裂縫等缺陷的問題管道，可以采用數(shù)字地質(zhì)雷達(dá)進行管道基礎(chǔ)脫空探查、管材內(nèi)部及管材與基礎(chǔ)結(jié)合面探查，該方法可實現(xiàn)埋地管道缺陷的快速無損診斷。

參考文獻(xiàn)

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