雷达探测法在隧道衬砌检测中的应用
地质雷达在隧道衬砌检测中应用
地质雷达在隧道衬砌检测中的应用摘要：采用新奥法施工的山岭隧道中，围岩本身和初期支护一起作为隧道的主要受力结构，二次混凝土衬砌则主要是起安全储备作用，因此初期支护背后有无脱空或背后空洞的位置形态以及二次衬砌混凝土的实际厚度对于隧道的安全和质量起着至关重要的作用。
本文通过地质雷达在蔡大岭隧道初期支护及二次衬砌检测中的应用，介绍了地质雷达的原理、方法、参数的设置、及雷达剖面图的分析，结果表明地质雷达在检测隧道衬砌中的质量缺陷具有定位准确，快速，无损等优点。
关键词：隧道；衬砌；地质雷达；检测the application of the geological radar in tunnel lining detectionabstract: it is much important that concerning over detecting the thickness of primary lining concrete, the position and shape of cavity behind tunnel lining, for the primary bearing carrier are primary shotcrete and rock bolts, and the secondary concrete lining acts as safety margin, in tunnels constructed with mine tunneling method. it is convenient for taking measures by detecting primary lining, to achieve effective quality-control of construction. this paper mainly introduces the application of radar method in detecting primary support and secondary concrete lining incai-daling tunnel. the result shows that there are advantages, using radar to detect the defect in tunnel lining, which are swift, lossless and precisely locating, researching from the theory, method, setup of radar and the analysis of radar profile map.key words: tunnel, primary lining, geological radar, detection1．前言隧道因其特有的结构和功能要求，往往施工难度大，容易出现初期支护背后脱空，二次衬砌混凝土厚度不足等问题，给施工和运营造成相当大的危害。
地质雷达在铁路隧道无损检测中的应用和分析
地质雷达在铁路隧道无损检测中的应用和分析摘要：针对铁路隧道施工中可能出现的质量问题,利用地质雷达术进行隧道工程质量检测。
岩土工程介质的电磁学特性决定了应用地质雷达的效果,介质的电磁学性质可用介电数、磁导率和电导率3 个参数来表征。
地质雷达技术探测是一种利用广谱电磁波确定不同介质分布的探测方法。
针对铁路隧道,给出地质雷达在无损检测应用中的工作方法,包括测线布置、采集参数设定、现场检测和后期资料处理解释。
通过对现场数据处理分析,可以精确探测衬砌厚度,确定钢筋及钢架的分布位置及数量,查明衬砌背后特别是拱顶存在的空洞和回填不密实区域。
使用地质雷达对隧道混凝土衬砌结构进行检测,实践证明技术方法是切实可行的。
关键词：地质雷达;无损检测;隧道;混凝土衬砌;工程质量地质雷达(GroundPenetratingRadar,GPR)技术是一种基于电磁波反射原理,用于浅层地质构造探测和工程质量检测的地球物理方法。
地质雷达技术可用于场地勘察[1]和工程质量检测(包括隐蔽工程结构物)两大主要领域[2-4]。
场地勘察包括：工程场地勘察、铁路与公路路基状态探查、基岩风化层探查、地下水探查、地下溶洞和人工洞室探测等。
工程质量检测包括：铁路和公路隧道衬砌、高速公路路面及路基、机场跑道等质量检测和工程结构检测。
针对隧道混凝土衬砌常见的质量问题：衬砌背后回填不密实、衬砌厚度不足、渗漏水、局部裂缝和钢筋布置不足等,利用地质雷达技术进行隧道无损检测,可以达到如下目的：1)探测隧道衬砌背后可能存在的空洞、回填不密实点的位置及范围;2)探测混凝土初衬和二次衬砌厚度;3)探测混凝土衬砌内钢筋及钢格栅的分布;4)探测二次衬砌混凝土内裂缝;5)探测层间积水。
1 探测基本理论1.1 岩土工程介质的电磁学特性雷达探测的基本原理：使用电磁波穿透工程介质,当存在电磁波阻抗差异界面时,电磁波发生反射,根据反射波的走时及介质的电磁学性质确定介质结构。
介质的电磁学性质可用介电常数、磁导率和电导率三个参数来表征。
谈地质雷达在隧道衬砌检测中的应用
其 中衬 砌的质 量是较 为重要 的影响 因素 。衬砌混 凝土在施 工 中会出现 密实 度不 够 ， 厚度 不达 标 ， 脱空 等现 象 ， 些都 这
内部 孔隙 、空洞 等也会造成 信号 的改 变 。地质雷 达就 是利
用这个 原理 来探测 衬砌 的质 量 。电磁波 在发射和 反射 中的
会影 响隧道 的正 常使 用 和后 期施 工 。因此 ， 在施 工 中需要
【 文献标志码】 Ａ
【 文章编号】 ０ ７９ ６ （０ ０ －１４０ １０．４ ７２ １） ４０ ５ －３ １
进行 传播 ，当遇 到介质改 变时就 会发 生反射 ，这些反 射波
１ 引言
隧 道 施工 的过 程 中质量 控制 会 受到 诸 多 因素的 影 响 ，
被天 线接收 ，并传 回主机 ，主机 则对 其进行数 字转化 和记 录 、 储 。而造 成反 射的 除了 岩层 的裂 隙 外 ， 砌的边 界 、 存 衬
度 和 介质 的 相 对介 电常数 相 关 ，介 电常数 增 加 而 速度 降 低 ，且这个 规律 在非磁 介质 中适 用 。而岩层 和混凝 土衬砌 都是 非磁介 质 。此时 ， 雷达 的波速 可以 利用公式 ：
＝ 一 一
【 作者简介】蒙军（ ８￣， 广西横县人， １ ３） ９ 男， 助理工程师， 从事公路桥梁隧
Ｍ ＥＮ Ｇ ｕｎ Ｊ
（ ａｇ ｈｕＣ ｅｇｎＤｅｅｔ ｎ ｆ ｇｕ ｎ Ｂｉｇｓｎ ｕ ｕｌＣ ． Ｔ ， ａｇｈ ｕ５ ０ ０ ， ｈｎ） Ｇ ｎ ｚ ｏ ｈｎ ａ ｔｃｉ ｏ Ｈｉｈ ａｇ ｒ ｅａ ｄＴ ｎ ｅ ｏ， Ｄ． ｎ ｚ ｏ １４ ２Ｃ ｉａ ｏ ｄ ｓ Ｌ Ｇｕ
【 摘
要】 随着交通基础 建设规模 不断扩展 ， 公路 工程施工 中的隧道工程也 随之增加， 隧道 工程的质量要求也越来越 高。在这 对
地质雷达在铁路隧道检测中的应用
地质雷达在铁路隧道检测中的应用摘要：介绍了地质雷达的工作原理，及数据处理和解释，并结合实际工程实例，对隧道衬砌有质量缺陷的雷达特征进行了分析。
关键词：地质雷达；无损检测；电磁波速中图分类号：文献标识号：a 文章编号：2306-1499（2013）02- 随着国家铁路交通的不断发展，隧道的数量也在逐年增加，同时在运营过程中暴露出来的隧道病害也在连连告急。
这就需要一种高效的能够对隧道衬砌质量进行全面快速的检测方法来适应这种发展，使隧道病害能够提前得到治理。
地质雷达检测方法可以对隧道衬砌混凝土厚度、密实性、脱空等进行快速检测，它不仅克服了传统上以点盖面的只靠目测和打孔抽查来对隧道质量进行不全面检测，而且是一种采用高科技手段，以其高分辨率和高准确率、能快速、高效的进行无损检测的方法，在隧道检测中得到广泛的应用。
1.地质雷达原理地质雷达是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，由地表通过发射天线向地层发射电磁波，当电磁波在介质中传播时，遇到具有电性、物性差异的介质（如空洞、分界面等）时便会形成反射界面而发生反射，电磁波反射回地面由接收天线接收，根据电磁波的传播时间、波形特征可以确定地层中介质（目标体）的空间位置、几何形态等。
电磁波的传播取决于物体的电性，物体的电性主要有电导率μ和介电常数ε，前者主要影响电磁波的穿透（探测）深度，在电导率适中的情况下，后者决定电磁波在该物体中的传播速度，因此，所谓电性介面也就是电磁波传播的速度介面。
不同的地质体（物体）具有不同的电性，因此，在不同电性的地质体的分界面上，都会产生回波。
图1中t为发射天线，r为接收天线，电磁波在地下介质中遇到目标体和分界面时发生反射，信号返回地面由天线r接收并记录，通过主机的回放处理，就可以得到雷达记录的回波曲线（如图2所示）。
当地下介质中的波速v（m/ns）为已知时可根据精确测得的走时t（单位为ns ），可求出反射物的深度（m）。
式中：v为地下介质中的电磁波速；为介质的相对介电常数；c 为光速3*108m/s。
雷达技术在公路隧道衬砌质量检测中的应用
雷达技术在公路隧道衬砌质量检测 中的应用
杨 永 全
（ 云南联合铁路工程股份 有限公 司 ）
【 摘 要】 在地质 构造 复杂多变、沟谷切 割强烈，地质灾害严
重的地 区修建 高等级公路 ，由于公路 隧道具 有环保 、耕保 、径捷 、 美观等特点 而被公路设计部 门所采 用，同时，也 因其 具有施 工难度 大 、安全风 险大 、投资相对 高等 因素被 列入公路 工程 的控 制性 工程 之一 。本文 笔者通过 多年 实践 工作 经验得 出采用雷达技 术检 测公路 隧道衬砌质量 ，检测记 录图象清晰、直观、信 息丰富 ，结合数据后 处理软件 、实际的施 工工艺和地质 情况作综合 分析 计算，检测结果 精度 高、质量可 靠、工作 效率高，检 测方法技 术完全满足 《 公路 工 程质量检验评定标准 》的要求 。
扫 描 率 三 者 的 关 系 为 ： 发射脉 冲频率 ＝ × 主
２ ． ２ ． ６增益选择原则 ：在不知探测 目标埋深时 ，增益选择成指 数增益 ，以抵消 电磁波随深度作指数衰减的影响 ；若大致知晓 目标 体深度时 ，在该深度处的增益应选择 大一些 。 ２ ． ３ 探测方法 首先根据剖面布设原则布设剖 面，并在 剖面 上每 ５ ～１ ０米作好 里程标记 ，便于观测记录和确认异常位置 ，以提高探测解释精度 。 同时作好选择合适的天线频率、观测时窗、采样 间隔 、移动速度等 参数 的设置 ，采用连续扫描探测法或指数增益检测法沿剖面探测 ， 获取实时彩色显示剖面 图像 。探测过程 中注意标记位置 的一致 ，便 于异常位置与实地位置的对应。 特征波是指强振幅，可长距离连续追踪 ，且波 形稳定 的反射波 。 它们一般是不 同介质分界面 的有效波 ，特征 明显 ，易于识别、时间 剖面 的主要特征 囚表 现如 下。雷达 反射波 同相轴 发生明显错动 。破 碎带风 化裂 缝、含水 量变化造成 正常地层 发生突变，导致两侧地层 或土壤 层性 质发生变 化，表现在地 质雷 达时间剖 面上为地下地层界 面上 的雷达反射波 同相轴 明显错动， 且断层或土壤层性质变化越大 ， 这一特征越 明显。雷达反射波同相轴的局部缺失 。地下裂缝、地下 性质突变和 风化发育程度 往往是不均衡 的， 由于其对雷达反射波的 吸收和衰减 作用，往往在 裂缝、裂隙的发育部位造成可连续追踪对 ｂ Ｅ 的雷达反 射波同相轴局部缺失，而缺失的范围与裂缝横 向发育范 围和土壤性 质突变有 关。雷达反射波波 形发生畸变 。由于土壤 中的 各种成分含量及盐碱性质对雷达波具有 电磁衰减 、吸收作用 ，这种 作用在改变雷达波波形的 同时造成雷达波局部频率下 降，这也是探 地雷达在时间剖面上识别不 同性质边界的一个重要标志 。不 同介质 的结构特征不 同， 内部反射波的高 、低频率特征也 明显不 同，这可
探地雷达在水利工程隧道衬砌脱空质量检测中的应用何红斌
探地雷达在水利工程隧道衬砌脱空质量检测中的应用何红斌发布时间：2023-05-07T07:51:19.360Z 来源：《工程管理前沿》2023年5期作者：何红斌[导读] 水工隧洞是水利水电工程中在山体或地下开挖的,用于输水､发电､灌溉､发电､泄洪､导流､放空､排沙等具有封闭断面的过水通道｡隧洞混凝土衬砌需承受围岩压力及内水压力,如水工隧洞常处于地下水位以下且围岩渗透性好,则还需承受较大的外水压力｡中国水电十五局一公司陕西咸阳712100摘要：水工隧洞是水利水电工程中在山体或地下开挖的,用于输水､发电､灌溉､发电､泄洪､导流､放空､排沙等具有封闭断面的过水通道｡隧洞混凝土衬砌需承受围岩压力及内水压力,如水工隧洞常处于地下水位以下且围岩渗透性好,则还需承受较大的外水压力｡水工隧洞一般具有断面小､洞线长的特点,其施工工序多,干扰大,施工条件差,隧洞混凝土衬砌往往存在厚度不足､围岩与衬砌混凝土接触面有脱空､混凝土衬砌后注浆回填不密实､缺少钢筋等质量缺陷,这些质量缺陷会使衬砌混凝土与围岩不能共同均匀承受外力,恶化了衬砌混凝土的受力条件和耐久性,衬砌混凝土实际承载能力和使用年限可能达不到设计要求,这将对水工隧洞的后期运行带来严重的危害｡采用探地雷达法对水工隧洞混凝土衬砌厚度､脱空､回填不密实､钢筋分布等情况进行无损检测,可有效､准确､及时地发现水工隧洞的混凝土衬砌质量缺陷,并能对此类质量问题的性质及规模做出评价,为水工隧洞混凝土衬砌后的病害处理提供有力依据｡本文通过对水利工程隧道开展L1､L3及L5探地雷达剖面测量工作,以此检测隧道衬砌脱空情况,结果表明：隧道衬砌如果存在脱空,则在剖面探测结果存在强反射相位｡后经钻探验证,探底雷达在隧道衬砌脱空质量检测中效果明显,为后期工程修复提供了依据｡关键词：探地雷达技术;地下结构;水利工程;衬砌脱空质量检测1探地雷达的工作原理和应用1.1 探地雷达的探测原理基于电磁波遇到不同的介质会发生反射和透射的原理,探地雷达发射天线向地下发射电磁波,遇到管线发生反射和透射,反射回地面的信号被接收天线接收,透射信号向下传播,直到信号能量耗尽[4,6]｡根据反射信号的走时和强度,经过数据处理可以确定地下管线的材质､管径､埋深等信息｡1.2探地雷达的探测方法探地雷达根据工作方式可以分为以下3类：A-scan､B-scan､C-scan｡其中A-scan即为连续采集模式,发射天线和接收天线位置固定,采集数据对应地面某一点的地下情况;B-scan即为沿着剖面线采集的方式,发射天线和接收天线相对位置固定,同时沿着某一设定好的测线进行探测,采集的数据对应测线下剖面的地下情况,常见的“推车”工作方式即为该工作方式;C-scan即为在地面布置一定间距的测线,在每条测线上进行B-scan测量,采集数据对应地下三维情况｡2探地雷达检测隧道衬砌脱空的基本原理探地雷达方法是利用高频无线电辐射相关仪器实现高频无线电发射与收集[4-5],高频无线电通过发送天线直接射向地底介质表面,高频无线电在经过地底介质表面后反射,再由收集天线受到反映回去的无线电,从而实现监测介质表面构造的目的(见图1)｡图1探地雷达原理示意自然界中每一类物体其自身的电磁特性都具有一定的差异性,即使本是同一种物质,其电磁特性也会因为其本身湿度的不同､自身空隙度､含杂质百分量的不同导致其电磁特性也具有一定的差异｡电磁性质具有一定差异,其根本原因是介电常数的不同(见表1)｡该种电磁性质的差异决定了在不同介质中,电磁波的传播速度是不一样的｡高频电磁波在地下介质内的传播过程中,经过不同的地下介质(如裂缝､不密实区､空洞､材质不同等),电磁波将会发生反射,通过接收器会接收到反射回地面的电磁波｡由于介质电磁性具有差异,接收的电磁波波形也会产生不同,从而可以根据波形趋势的差异､电磁波强度的强弱等信息推断地下介质的相对空间位置分布､结构差异､电性特征差异及几何形态的不同｡表1几种介质的电磁特性参数介质相对介电常数电磁波速度空气10.3干砂 2.60.15含砾岩土层150.06混凝土4-110.12花岗岩4-70.13砂岩8-90.9钢筋∞∞3检测仪器和检测方法3.1检测仪器针对此次隧道衬砌的测试状况,主要从清晰度､穿透力和安全稳定性三大主要方面综合考虑[6],本次测试将采用SIR-30E地质雷达,该地质雷达由劳雷(北京)仪器有限公司所生产｡工程主要目的是检测围岩和衬砌间是否存在空洞或空隙,因此,选择天线参数为400M天线,因为400M天线其具有强的穿透特性,可以有效达到预期目的｡时窗参数设置为20ns,采样点数设置为1024点/道,介电常数为7｡数据的采集方式为采用连续测量方式进行｡采集数据开始之前应当充分做好准备工作,保证采集工作的顺利开展,用皮尺丈量隧洞指定桩号段并做好标记,调试雷达时间剖面上各测点的高度与隧洞里程数一致,同时为确保测量定位准确性防止测量定位产生偏离,应当在隧洞衬砌表层绘好里程标志｡同时整合内业资源,标识里程桩号,根据标注和录入的首末标识工作中间核查的里程数,在雷达时间剖面上标识里程桩号｡3.2测线布置对发电引水系统上平洞段指定位置进行检测,沿隧道纵向布置3条测线,L1测线位于拱顶,L3右拱测线位于拱顶右侧60°处,L5位于右拱腰线｡3.3数据处理流程探地雷达资料分析与解释首先需要进行预处理,并且对处理后的数据进行分析和解释,实现探地雷达数据分析与解释首先对数据进行采集,确保采集到数据的准确性后进行数据传输,将得到的数据进行文件分类编辑后进行数据的预处理,对于数据预处理,简单得出零线设定､各种滤波､偏移以及各种变换,在以预处理后的数据进行分层处理与预期效果对比是否达到设计要求,而在分层处理后得到的数据后可计算出介质的介电常数,从而计算出电磁波在介质中的传播速度,以图2探地雷达数据处理流程示意此对不同介质进行参数分析判断是否达到预期的处理效果｡如果与预期的设计要求误差过大处理效果不理想,则应对预处理得到的数据再次进行校正来减小误差,随即对校正后的数据重新进行分层处理得出相关参数｡分层处理后的数据及相关参数如果达到预期处理效果后即可进行图形分析编辑,将分析编辑得到的图形再加以修饰注释后即可输出结果(见图2)｡数据处理分析主要是为了压制规则及避免不可控制因素引起随机干扰,从而达到使反射波尽可能以高的分辨率显示在探地雷达图像剖面上｡探地雷达所接收的是来自地下不同电性界面的反射波,其正确解释取决于检测参数选择合理､数据处理得当､模拟实验类比和读图经验等因素[7]｡数据处理工作主要使用的软件为工程Radan7专用软件,其处理工作内容主要包括距离归一化､确定速度和水平､垂直滤波｡1)距离归一化因为在实际探测过程中不可能保证天线移动速度进行匀速扫描,不匀速扫描导致探地雷达天线在工作中每米扫描的线数不同,为减少该误差对探测工作的影响,使用标记功能首先测算出天线移动的距离,一般情况是每2m进行1次标记,数据在后期处理中可以先选择每米扫描数,在该段距离内补充或删掉部分扫描线,使得测线内的扫描线条数相同均匀,以此来减少扫描时的误差｡2)确定波速地质雷达接收记录的是电磁波射出和反射回来的双程走时,此时就需要根据电磁波波速计算出目标体的位置,波速计算一般通过公式v=c/s进行计算(其中：v为电磁波波速;c为真空中电磁波波速;s为相对介电常数)｡3)水平和垂直滤波雷达资料中水准信号的发育现象往往发生在雷达设备本身,通常条件下水平信号是很难避免的,在一些实际案例中一般会将天线对着天空,但接收器依旧会接收记录到反射波,可见该方法并不有效,从而可以得出该反射波并不是来自天空,而是由控制器､数据线､天线的相互作用而形成的｡水平滤波是因为水平波的特点是时间相等,在滤波这一过程中,一般消除水平波的方法是将相邻的一定数量的扫描线求平均与个别扫描线相比较｡在水平滤波中,选择的扫描行数通常和水准滤波器作用成负相关,一般条件下表现在选择的扫描行数越大,对水准滤波器作用也越小,因此,消除水平信号的作用就更显著｡同时水平滤波扫描线并不能选取的太少,否则就很容易由于滤去水平信号的作用过于明显,而产生滤去的缓变界面｡所以,在采用水平滤波时,应注意依据对象情况不断的加以调节,以保证水平滤波效果最佳[8]｡垂直滤波的主要目的是为了减少杂散波对所接受电磁波的影响,与水平滤波不同,其杂散波并不是由天线本身所产生的,而是直接来自于外源,其频段范围也不在雷达天线所选择的频段之内｡在一般情况下使用垂直滤波主要是为分辨不同的地质体,并且选择不同的频段｡但是此时垂直滤波由于是一个特殊变换,会对处理结果产生一些影响,最常见的情形就是会产生很大的失真,而且一般频段范围越窄失真就越大,所以需要在使用中特别需要注意选择方式和参数｡但在通常情况中滤波处理改善效应并不明显,因为雷达天线的发送和接收都设置好了带宽,而雷达信号本身也已过了滤波｡混凝土密实性也对电性具有很大影响,混凝土密实电性差异很小,从而反射界面不明显,致使电磁波反射信号幅度通常很微弱,甚至没有界面反射功能;混凝土的不密实电性变化大,通常只在衬砌表面上出现较强反射信号,同时在反射波的同向轴形成绕射弧形,但分布并不连续,也比较离散[9-10]｡在出现孔洞时会在衬砌表面出现强烈的反射信号,三振变相明显,同时在孔洞下面也出现了强烈的反射界面信号,两个信号时程相差很大｡钢架在雷达图像上,呈分散的月牙形强反射信号;钢筋或钢筋网则形成连续的小双曲线形反射信号｡图2探地雷达数据处理流程示意4检测结果分析与验证对沥青路面面层产生裂缝的位置处采用三维探地雷达进行裂缝探测，通常使用保持雷达参数不变沿原测线对裂缝情况再次进行检测的方法进行测试。
多频率地质雷达在隧道二次衬砌检测中的应用
技术应用多频率地质雷达在隧道二次衬砌检测中的应用郑荣政（中国铁路设计集团有限公司土建工程设计研究院，天津300308）摘要：隧道衬砌质量的优劣将直接决定隧道运营期的安全稳定，应用地质雷达对隧道二次衬砌进行无损检测已较为普遍且技术日臻成熟。
地质雷达检测中采用单一频率往往会对缺陷识别、缺陷细节等信息产生漏判、误判。
通过组合应用900MHz和400MHz天线对隧道二次衬砌进行无损检测，并对检测结果进行综合研判，结果表明，在较深范围内可获取更为全面的缺陷细节、缺陷分布等信息，明显减少无损检测漏判、误判现象，可提高无损检测质量缺陷判识的准确性，对保证隧道工程质量起到较好作用。
关键词：地质雷达；隧道；二次衬砌；无损检测中图分类号：U270文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）06-0127-06 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.06.1270引言截至2020年底，我国投入运营的铁路隧道里程约19630km。
其中在西南山区，铁路隧道建设比重较大，针对铁路隧道的安全稳定性分析，隧道二次衬砌的优劣已经成为隧道建设过程中质量控制的关键环节，合理评估隧道二次衬砌的质量对提升隧道施工质量、保障工程质量验收和保证铁路运营安全发挥着重大作用。
地质雷达检测是一种在不损伤隧道结构的前提下，在隧道不同位置布置测线，通过电磁波反馈进行信息采集处理从而对隧道衬砌质量及其内部病害进行探查的方法。
由于地质雷达检测具有高效、经济、操作方便、直观等特点，目前在隧道结构病害检测及服役期质量筛查分析中得到了广泛应用［1-4］。
地质雷达检测中，天线频率与检测的缺陷分辨率及探查范围大小有直接关系。
在工程应用中，往往采用某一特定频率进行隧道衬砌无损检测，假如不考虑物探解译方法对检测结果的影响，无损检测工作难免存在误判、漏判情基金项目：中国铁路设计集团有限公司科技研究开发计划项目（2021A240608）作者简介：郑荣政（1986—），男，工程师，硕士。
雷达探测在地铁隧道结构病害检测中的应用
雷达探测在地铁隧道结构病害检测中的应用******************摘要：随着我国城市人口总量的不断上升，大型城市、超大型城市的增多，轨道交通的建设规模也随之壮大起来。
截至2021年9月30日，我国城轨交通运行线路总长度增长至8553.4公里，其中地铁线路长度6737.7公里。
地铁由于其特殊的地下运行方式，在大大缓解了城市地面交通压力的同时，其工程施工、结构维护也受到地质条件、技术条件、经济条件等多方面因素的限制，而地铁盾构隧道管片衬砌作为地铁盾构隧道土建工程的最后一道工序，是盾构法施工隧道的永久性衬砌结构，承担着抵抗地下土层压力、结构自重等功能作用，是地铁隧道结构的最后一道屏障，所以盾构隧道管片质量直接关系到地铁隧道的整体质量和安全，影响地铁隧道的防水性能及耐久性能。
近些年来，地铁盾构隧道因隧道管片衬砌开裂、掉块、渗漏水和道床脱空等问题导致地铁运营线路减速、降速问题时有发生，给地铁线路的安全运营带来巨大的潜在威胁。
为了解决地铁盾构隧道结构病害问题，业内发展了多种可以用于解决盾构隧道管片衬砌结构病害的检测技术。
本文结合典型案例,介绍了雷达探测技术在地铁盾构隧道结构病害治理中的应用。
关键词：雷达探测、盾构隧道衬砌、渗漏水、病害检测；引言：雷达探测法是一种具有快捷、无损等优点的工程检测技术，其依据不同介质间介电常数的差异，对探测区发射高频电磁波，通过对反射波的波形、振幅和双程走时等参数进行分析，推测地下目标体的空间分布特征。
在辨识结构病害方面，雷达探测法优于传统的观察法和钻孔取芯法。
近年来，国内学者在雷达探测的应用方面进行了一些相应的研究：将雷达探测法应用于地铁盾构隧道管片结构裂缝检测及盾构隧道整体道床后方脱空状态检测；分析与总结了地质雷达法在盾构隧道结构病害检测中应用的一些经验；针对雷达探测在地铁盾构隧道结构病害检测应用中遇到的常见问题，进行了相应的分析。
1地质雷达基本原理地质雷达是利用高频电磁脉冲波的反射来探测目标体，是通过对电磁波在地下介质中传播规律的研究与波场特点的分析，来查明介质结构、属性、几何形态及其空间分布特征。
地质雷达技术在公路隧道质量检测中的应用
地质雷达技术在公路隧道质量检测中的应用摘要：目前公路隧道工程中，常常出现衬砌背后空洞、衬砌厚度不足等质量缺陷。
本论述以某公路隧道建设工程为例，通过对隧道部分段落的隧道衬砌进行地质雷达无损检测，波形图数据处理分析，及时发现隧道施工过程中容易出现的质量缺陷，加强隧道施工过程质量管控，为后续施工提供数据支撑，达到消除隧道质量隐患和提升隧道施工质量的目标。
关键词：地质雷达；衬砌；无损检测；电磁波1.地质雷达检测原理及应用条件地质雷达检测的基本原理是采用电磁波探测技术，利用电磁波在不同介质中传播所产生的反射现象和数据差异来分析具体的地质情况，如图1所示。
从原理上讲，地质雷达类似于声纳设备，发射机发射脉冲电磁波讯号，该电磁波讯号在岩层、土壤等介质中传播，在传播过程中遇到与所检测的岩层、土壤等不同介质的物体时会发生反射，接收机拾取所反射的信号，记录它并在相配套的计算机软件中显示为不规律的波形图像，根据所显示的波形图像可判断地下物体的位置和距离，用于检测各种地下构筑物。
图1 地质雷达工作原理地质雷达发射电磁波所造成的反射是由电磁波传播介质中电阻抗的变化产生的，在地质雷达频率范围内，地下介质的电阻抗变化主要由相对介电常数的变化决定，反射系数R如式1所示：式中：e1、e2分别为相对介电常数。
由式1可以看出，信号反射的强弱主要取决于不同介质的相对介电常数差值，差值越大，信号反射越明显。
在隧道检测中，一般检测的介质主要由围岩、混凝土、空气、水构成，有关介质的介电常数值见表1所列。
表1 不同介质的相对介电常数2.隧道质量检测应用实例2.1 工程概况该隧道分离式设计，间距约30 m。
右线进口桩号为K119+730，出口桩号为K120+685，全长955 m；均属中隧道。
隧址区属构造剥蚀中低山地貌单元，山体形态多浑圆状，山脊较宽，洞室埋深较大，岩性主要为中风化板岩，岩体节理裂隙较发育，岩体较破碎，稳定性较差，顶部无支护可能会发生掉块、坍塌现象，施工时洞室会有渗水、滴水现象。
探地雷达在隧道衬砌缺陷检测中的应用
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地质雷达在公路隧道衬砌质量检测中的应用探究
地质雷达在公路隧道衬砌质量检测中的应用探究摘要：隧道衬砌对于公路隧道运营安全有着重要的价值，公路隧道衬砌质量检测对于保障公路隧道质量至关重要。
地质雷达由于具备高效率、抗干扰能力强以及无损线等特点，被广泛应用于隧道衬砌质量检测之中。
本文阐述了地质雷达的检测原理，分析了地质雷达在公路隧道衬砌质量检测中的常见问题以及影响因素，并提出了衬砌检测中运用地质雷达的具体运用。
关键词：公路隧道；地质雷达；衬砌检测引言：在经济不断迅速发展的影响下，推动了运输行业发展，也促进了公路工程建设数量的增加。
在公路施工环节，运用地质雷达技术对工程质量进行检测，能够实现实时监控，及时将问题与隐患有效解决，将施工质量有效提高上去。
在公路隧道工程之中运用地质雷达，能够对衬砌与围岩情况进行透彻了解，并对隧道各深度进行扫描工作，进一步得到清晰图像，为工程顺利展开奠定坚实基础。
1.地质雷达的检测原理当地质雷达系统向地下发射宽频带高频电磁波之后，电磁波信号传播于介质内部的过程中，如果遇到具有相对较大介电差异的介质界面，会发生折射、投射以及反射现象，接收天线接收到反射回来的电磁波之后，雷达主机能够将其运动特征准确地记录下来，运用信号技术进行处理，能够得到垂直二维剖面的具体图像，其具体的工作原理如图1所示[1]。
图1 地质雷达的工作原理在检测过程中，由于介质不同，电磁波传播速度也并不相同，可以根据下述公式进行计算：其中，C表示真空条件下电磁波传播速度，其数值为0.3m/ns；表示相介质常数。
1.地质雷达在公路隧道衬砌质量检测中的问题在检测隧道的过程中，应确保地质雷达检测的精准度，才可以将隧道衬砌情况确定下来。
在实际运用地质雷达的过程中，仍存在一些问题，如电磁波传播速度、探测衬砌脱空区、钢筋多次反射以及钢筋直径探测等方面的问题，给衬砌质量检测工作带来严重影响。
（一）电磁波传播速度电磁波传播速度值精确度会对检测衬砌厚度结果产生直接影响，应对电磁波实际传播速度展开反复校准以及复核。
地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用研究
地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用研究发布时间：2023-02-17T02:25:15.705Z 来源：《工程建设标准化》2022年第19期作者：李世鹏[导读] 地质雷达利用电磁波在介电常数差异界面产生发射的特点，通过分析反射电磁波相位、振幅和同相轴特征，可有效识别被测介质内部存在的缺陷李世鹏41012619771020****摘要：地质雷达利用电磁波在介电常数差异界面产生发射的特点，通过分析反射电磁波相位、振幅和同相轴特征，可有效识别被测介质内部存在的缺陷。
本文以地质雷达检测隧道衬砌质量的原理分析作为切入点，针对地质雷达工作中的参数选择进行了探讨，从信号处理、二次衬砌厚度数值确定等方面研究了地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用，以便为今后该技术的广泛应用提供借鉴。
关键词：地质雷达；隧道衬砌；质量检测 1.地质雷达应用于隧道衬砌质量检测中的参数选择 1.1天线中心频率的选择使用地质雷达针对隧道衬砌工程质量进行检测的过程中，需要优先考虑的是天线的中心频率数值，这对于后续的工程检测数据以及图像精准度有着十分重要的影响。
天线中心频率数值的选择需要综合考虑分辨率和检测工程深度要求两个因素。
一般而言，地质雷达垂向分辨率极限数值是1/4波长。
换言之，在天线中心频率数值越高的前提下，其分辨率也会有所提升，但电磁波衰竭速度也会有所加快，继而导致其检测深度有所降低。
在这种情况下，天线中心频率选择的原则是优先保障检测深度符合工程要求，随后考虑选用分辨率相对较高的天线。
1.2天线移动速度选择针对隧道衬砌工程质量使用地质雷达进行检测的过程中，一般都是选择连续测量的方式。
如此一来，天线在连续移动的过程中，速度数值对于衬砌工程质量数据的采集都会产生一定程度的影响。
简单而言，地质雷达天线的移动速度和选定的采样率以及道间距（空间采样间隔）之间有着最为直接的联系，为了确保工程数据采样之后的信号能够全面反映原始信号中的信息，避免出现空间假象的情况。
地质雷达在隧道衬砌渗漏水病害检测中的应用
地质雷达在隧道衬砌渗漏水病害检测中的应用摘要：随着我国公路隧道数量快速增长，隧道病害问题也越来越受到关注。
因隧道自身结构材质原因、施工质量、管理养护及周围的地质水文环境影响，隧道会发生各类病害。
公路隧道常使用内外层先后施工的复合式衬砌结构，易发生衬砌脱空、不密实和厚度不足等病害。
当地下水发育时，易产生渗漏水病害，直接导致冻融胀裂、腐蚀钢筋、堵塞排水管等危害，影响公路隧道的行车安全及使用寿命。
关键词：地质雷达；隧道衬砌；渗漏水病害；检测；引言在隧道施工的过程中，常常会遇到溶洞、断层、破碎带等不良的地质状况，造成围岩失稳坍塌、突水突泥等灾害事故的发生，危害人民的生命财产安全和工程施工进度。
并保证隧道施工的顺利安全进行，在施工的同时进行地质超前预报已经成为必不可少的技术环节，以便针对性地进行支护设计和施工方案修正，保证隧道开挖面的稳定，防止造成坍塌等涉险事故。
1地质雷达探测原理地质雷达（Ground Penetrating Radar简称GPR）方法是一种用于确定前方介质分布的广谱（1MHz~2.5GHz）电磁波，相对普通电磁波探测仪器拥有更好的探测能力。
地质雷达拥有数据采集范围广、分辨率高、能够连续扫描成像、可进行实时处理、快速高效、无损等特点，随着其在地下空洞、管线、埋设物探测、公路地基、钢筋结构检测等方面的逐步应用且取得了较好的效果，使其成为了一种众所认可的新兴地下探测技术。
地质雷达的工作原理是基于高频电磁波理论，即在进行探测时由地面通过发射天线向地下发射宽频带短脉冲的电磁波。
当高频电磁波在地下介质中传播时，遇到不同介电性质、几何形态的介质，其路径、频率和波形等都将会发生变化。
在进行道路隐患的探测中，若存在空洞等病害，就会存在、目标区与周围区段存在较大介电常数的差异，导致了电磁波的传播速度在不同区域段的显著差异，在地质雷达剖面图像上即表现为波形紊乱，同相轴不连续。
地下介质可以说是一个复杂的滤波器，不同的介质对电磁波的吸收程度也不尽相同，因此地质雷达由发射天线发出去的电磁波在经过一系列的反射、折射，绕射等过程到达接收天线时，将携带着地下介质的综合信息，通过分析其接收到的电磁波波形、振幅、同相轴和几何形态等信息，结合实际的工程资料，便可以出较为准确的判定出病害的类型、位置以及范围等。
地质雷达在隧道检测中的应用
地质雷达在隧道检测中的应用【摘要】现阶段，隧道的无损检测技术主要是依靠地质雷达来实现，这也是我国普遍使用的隧道检测方法。
地质雷达可以对衬砌厚度、密实度以及质量等多方面进行检测，其中还包括对隧道工程中混凝土的钢筋分布、密实度及背后脱空情况等。
本文首先对地质雷达检测原理进行阐述，然后介绍了地质雷达检测的几项简单步骤，最后详细介绍了地质雷达在隧道检测中的实际应用。
【关键词】隧道检测；地质雷达；应用前言由于经济的快速发展，公路和铁路技术飞速进步，隧道现目前成为一种较为常见的通行方式之一，因此在隧道工程上要严格进行质量检测。
地质雷达检测技术现在在隧道工程中应用广泛，其突出优势主要表现在高分辨率、高准确性、现场检测方便等。
因为每条隧道的地质环境、施工环境以及运行情况的不同，每座隧道的设计也会有所不同，很多隧道的施工难度较大，质量问题出现频率也较为频繁，因此需要详细的地质雷达检测技术以及应用手法，其对我国的隧道工程有着重要意义。
一、地质雷达法检测原理地质雷达主要是由控制器、发射和接收天线组成，利用地表以下不同介质的电性差异，向地下发射高频电磁波，对介质内部构造或缺陷（或其他不均匀体）进行探测。
其工作过程，遇到不同的电性界面，一部分电磁波会发生部分折射，透过界面继续传播；而另一部分发生折射，被折射回地表，由地质雷达的接受天线接收，接收记录在主机，此时便记录下了电磁波返回的时间。
实际上在电磁波传播过程中会发生多次的反射或折射，只要能量还没有吸收完全，每次遇到不同的地质界面就会发生不同程度的折射和反射现象，只有能量被完全吸收，电磁波才会消失。
电磁波在不同介质的传播过程中，其路径、电磁场强度、波速和波幅都会因为介质的变化而改变电波频率，将发出、返回的电磁波以及时差等相关的数据与反射天线和接收天线位置来对目标体的位置进行计算[1]。
地质雷达工作原理（如图1所示），图中R=接收天线，T=发射天线，两者之间的距离为X（X一般较小，发射和接收天线合二为一，即X=0）；H则是反射点e的深度。
探地雷达在隧道衬砌质量检测中的应用
混 凝 土 沥 青
２ 探 测 方 法 研 究
２ １ 天线 频 率的选 择 ．
ｙ ：
二
Ｃ
： — —＝
雷达 天 线 根 据探 测 目标 ， 按下 式 计算 天线 中 可
心频 率 厂 ｆ一 １ ０ Ｘ ￡ ５／
＋
、 ￡ ／
式 中 ， 反 射 系数 ； 为 速 度 ； 相对 介 电常数 ； ｙ为 ｅ为 ｃ
第２ ７卷
第 ４期
由于混凝 土 、 围岩与 空气 的 电性 差 异较大 ， 电 当
磁 波在 混凝 土与 空气 、 空气 与 围岩 中传播 时 ， 产生 会 强反 射界 面 ， 上下 ２个 界 面 ２次反 射 ， 在雷达 剖 面 图
３ 应 用 实 例
３ １ 工 程 概 况 ．
上 就会 呈现 “ 曲线 ” 反 射 异 常 ， 就 说 明存 在空 双 状 这
式 中 ， 为 空 间分 辨 率 （ ； Ｘ ｍ） ｅ为介 质 的相 对介 电 常
数。 ２ ２ 时窗 Ｗ 的选 择 ．
ｄｍ
一 １ ．３ ×
—
ａｘ
式 中 ， … 为 主要 探 测 深 度 （ ； 为 介 质 中 电磁 波 ｄ ｍ） 的传 播 速度 （ ｎ ） ｍ／ ｓ 。 ２ ３ 采样 率的选 择 ．
维普资讯
２０ ０６年
第２ ７卷
第 ４期
探 地 雷 达 在 隧 道 衬 砌 质 量 检 测 中 的 应 用
汜 范 忠
（ 中铁 十三局集 团第 五工 程有 限公 司 ）
摘 要 ： 受诸多因素影响， 隧道衬砌混凝土可能会出现不够密实、 不够厚等工程质量问题。 为了及时发现隧道衬砌
果交 界处 贴合 不好 ， 存 在空 隙 ， 或 亦会 导致 雷达 剖面
隧道衬砌质量检测与雷达探测技术应用
隧道衬砌质量检测与雷达探测技术应用隧道施工中的地质、水文情况复杂，不可预见因素较多，且其主体部分为隐蔽工程，工程质量检测较为困难。
衬砌施工质量的检测是隧道工程质量控制的重要环节。
衬砌施工完成后，以常规手段无法进行检验，开挖检测又会对防水、支护系统造成损伤。
探地雷达可以透视隧道衬砌与岩层，测出施工质量检验所需的数据。
目前，该项技术在一些隧道工程中进行了实际应用，取得了较为理想的效果。
一、隧道衬砌施工中最为常见的质量缺陷１．空洞。
一是在开挖中，由于发生超挖、洞顶洞壁塌落等问题，造成围岩表面的凹陷。
按规定应以混凝土进行回填，但有时施工单位为了节省材料和人工，用片石、竹片等填塞，表面再喷以喷射混凝土，由于回填不密实而形成空洞。
二是在二次衬砌模筑混凝土施工时，由于初衬表面凸凹不平和防水板不密贴的影响，会形成空洞。
尤其在拱顶部位，由于混凝土在浇筑中振捣坍落，往往容易出现空洞。
空洞的出现会造成衬砌结构不能有效密贴围岩形成共同承载的结构，从而加大衬砌结构的荷载。
在地下水发育的地区，空洞中存水还会对衬砌结构形成侵蚀，在寒冷地区会造成冻害。
２．锚杆、钢拱架缺失。
由于施工人员疏忽或为降低造价擅自减少锚杆、钢拱架的用量。
其危害是降低了支护、衬砌结构的承载能力，容易发生塌方等事故，并且给业主造成经济损失。
３．衬砌厚度不足。
由于开挖施工中存在欠挖现象，或围岩松动变形较大，超过了预留量，将造成隧道断面尺寸减小。
为保证隧道衬砌完工后的净空，施工单位往往会减小衬砌的厚度。
衬砌厚度不足会影响其承载能力，并且导致防渗水、抗冻能力的降低。
４．模筑混凝土质量缺陷。
包括混凝土拌和、运输及浇筑振捣施工不当造成的蜂窝、离析、混凝土不密实|来源|考试|大|等质量缺陷。
还有由于围岩松动变形等原因造成的衬砌裂缝等。
这些质量缺陷会降低衬砌结构的承载能力，并且引发钢筋锈蚀、漏水等病害。
上述衬砌施工质量缺陷如果不能被及时发现并进行处理，都会给隧道的运营埋下安全隐患，产生病害，增加养护工作困难，降低隧道的使用性能，减少使用寿命。
地质雷达法在公路隧道衬砌质量无损检测中的应用与探讨
地质雷达法在公路隧道衬砌质量无损检测中的应用与探讨发布时间：2022-12-27T07:17:31.871Z 来源：《工程建设标准化》2022年16期8月作者：何欣洪[导读] 在当前科技快速发展中，在公路隧道衬砌质量检测中，相关人员通过采用地质雷达方式完成检测工作何欣洪四川公路工程咨询监理有限公司四川成都610000摘要：在当前科技快速发展中，在公路隧道衬砌质量检测中，相关人员通过采用地质雷达方式完成检测工作，并且地质雷达检测技术作为一个广泛在隧道中应用的检测方式，可以促进隧道衬砌结构检测水平的提升，保证检测结果精度，适合应用在隧道工程混凝土厚度、强度、钢筋使用情况等检测中。
基于此，本文就结合地质雷达工作原理，重点分析地质雷达法在公路隧道衬砌质量无损检测中的应用，具体内容如下。
关键词：地质雷达法；公路隧道；衬砌质量；无损检测在实际中，社会经济发展水平提高，带动公路工程行业稳定发展。
当前，隧道工程成为了交通行业中重要通行方式。
在隧道工程施工建设中，应加强隧道质量检测，其检测结果将会给后期改善隧道工程施工质量和提升施工效率提供技术咨询建议。
通常情况下，相关人员在隧道质量检测中，采用的方式为地质雷达检测技术，该技术展现出高效率、无损性等特点，能够及时找到隧道工程中存在的质量问题。
并且，因为不同隧道工程所处环境、地质情况各不相同，施工难度大，在实际施工中，应做好隧道衬砌结构质量检测工作，便于后续施工工作的有序进行，减少施工问题出现，保证隧道工程顺利完成。
一、地质雷达工作原理现阶段，地质雷达通常由主机、信号天线、配套处理软件等部分组成，其中，主机的职责在于向雷达传递高频波信号，天线的作用负责接收和传递信号。
在隧道衬砌数据采集中，电磁波通过天线进行传递，在隧道衬砌和岩层之间传播，如果在传递中含有介质，则会发生反射反应，这些反射的电磁波将会被天线接收，传递到主机中，主机根据获得的电磁波信号完成数字化转换和记录。
探地雷达在隧道二次衬砌质量检测中的应用
探地雷达在隧道二次衬砌质量检测中的应用摘要：本文介绍了应用探地雷达检测隧道衬砌质量的基本原理，结合广西某隧道的工程实例，讲述了探地雷达利用高频电磁脉冲探测隧道二次衬砌的空洞、不密实等缺陷的情况。
关键词：探地雷达；隧道；二次衬砌1 引言隧道施工过程中，二次衬砌的质量好坏决定隧道在竣工后的运营状态。
在二次衬砌的质量控制过程中，极易出现二衬脱空或不密实及二衬厚度不足等情况。
探地雷达是一种高效率、低成本、高分辨率的地球物理方法。
利用探地雷达无损检测技术可快速有效地检测出隧道二次衬砌中存在的缺陷，极大提高了隧道工程的质量。
2 探地雷达工作原理及方法探地雷达利用高频电磁脉冲波的反射来探测目标体，它通过发射天线向地下或目标体发射高频带短脉冲电磁波，经过地下地层或目标体反射后返回地面，被接收天线所接收。
因此，根据接收到波的旅行时间、幅度与波形等资料，可探测地下介质或目标体的结构、构造及目标体的埋藏深度等。
探地雷达接收到的信号通过模数转换处理后送到计算机，经过滤波、增益恢复一系列数据处理后形成探地雷达探测图像。
探地雷达图像是资料解释的基本图件，只要目标体与周边介质中存在电性差异，就可以在探地雷达图像剖面中反映出来，通过同相轴追踪可以测定目标体的反射波旅行时T。
根据地下介质的电磁波速度V和反射波旅行时T，由式（2-1）可计算目标层的深度h：（2-1）其中：h为目的层的深度；x为发射天线与接收天线间的距离；V为介质中的电磁波速度。
探地雷达的工作前提是探测对象与周围介质间存在着明显的电性差异，雷达波在介质中的传播速度V与介质的电磁性参数有（2-2）式近似关系：（2-2）其中：V为介质中的电磁波速度；为真空中的光速（m/ns）；为介质的相对介电常数；为介质的导磁率。
雷达波反射脉冲信号的强度与界面的反射系数和穿透介质的吸收程度有关。
垂直界面入射的反射系数R的模值与幅角，分别由（2-3）和（2-4）关系式表示：（2-3）（2-4）其中为介质的导磁系数；为介质的相对介电常数；为介质的电导率；下标1和2分别表示为入射介质和透射介质。
探地雷达在隧道衬砌质量检测中的应用
５ ４・
北 方 交 通
２ １ ００
探 地 雷 达 在 隧 道 衬 砌 质 量检 测 中 的应 用
李振 平
（ 辽宁大通公路工程有 限公司 ， 阳 沈 摘 １０ ７ ） １０ ９
要： 介绍 了探地 雷达检测 的基本原理及在 隧道衬砌检测 中的方 法、 步骤 ， 并对提 高数 据采集质量、 处理 效
３ 探地雷 达数据 采集
３ １ 测线布 置 ．
探地 雷达测 线 布 置方 式 通 常有 三种 （ 图 １ ， 见 ）
一
（Ｏ ～１ ｚ 以宽频带短 脉 冲的形 式 由地 面通过 发 １。 ＯＨ ）
射天线送 人介质 内部 ， 目标体 的反射后 回到表 面 ， 经
般采用 五 线 式 ， 体 应 视 建 设 单 位 的要 求 而定 。 具
缺 陷的 目的 。 探 地 雷达 能 够检 测 衬砌 混凝 土厚 度 、 钢筋 或 钢
（ ） 达 数 据 文 件 的测 量 长 度 控 制 在 １０～ ３雷 ０
２０ ０ ｍ为宜 ， 主要也是 控制其 与实 际距 离 的误差 。
（） ４ 一定 要对协 助测 量 的工 人进行 简 单 的现 场 培训 ， 举天线 的工 人 要保 证 天线 在 衬砌 表 面 平 负责 稳 前进 ， 要倾斜 ； 不 负责 固定 测量轮 的工人 要保证 测 量 轮与衬砌 表面接触 良好 ， 能够正 常计 数 ； 负责安 全 的工人一定 要保护好 其他工 作人员 和 自己的安全 。
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1概述
在隧道衬砌病害检测中，最关心的问题是衬砌厚度、裂损部位、衬砌背后空洞空隙的分布、混凝土结构完整性、钢筋分布等。
它们是用以判断工程施工是否达到设计要求的重要依据。
在隧道检测中，对隧道衬砌厚度检测要求很高。
常规的取芯只能获得点上的资料，无法满足整体要求，而地质雷达能对隧道剖面进行连续扫描，因而在隧道检测中得到广泛的应用。
2地质雷达的工作原理地质雷达
(Ground Penetrating
Radar ，简称GPR)是一种高分辨率探测技
术，可以对浅层地质问题进行详细填图，也可以对地下浅埋目的体进行无损检查。
它是利用超高频脉冲电磁波(偶极子)
来探
测地下介质分布的一种地球物理方法。
地质雷达的工作原理参见图1，它主要通过特殊的天线(T)，以尽可能无损失地将高频电磁脉冲能量耦合到地下。
当地下介质存在因岩石的物理或化学性质变化引起的电性差异时,一部分脉冲电磁波的能量会被反射并被接受天线(R)记录下来。
若已知电磁波
在地下介质中的介电常数或传播速度,根据反射波的双程旅行时间，就可以得到地下岩性界面的深度,同时对返回电磁波的时频特征和振幅特征进行分析,便能了解到地下
地质特征信息。
电磁脉冲反射信号的强度与界面的反射系数和穿透介质的波吸收程度有关。
一般介质的电性差异大,则反射系数大,因而反射波的能量也大。
这就是地质雷达探测的前提条件。
计算接收功率的公式为：
P R =[P T G 2λ03RSL/(4π3)H 4]RSLe -4αR 式中:P T 、P R —发射、接收功率
G —天线增益
R 、S 、T —地下目标体的反射率、散射面
截面和深度
α—土壤衰减率
雷达探测法在隧道衬砌检测中的应用
林先俊
（郑州铁路局科研所
河南郑州450052）
摘要:本文以陕西某铁路隧道的实际检测结果为例，通过对不同介质的雷达波组特征进行了图像解释，分析其结果并与实际情况进行了比较，体现出地质雷达应用的优越性。
关键词:地质雷达；隧道衬砌；检测；图像解释
；；；；；；；
；；；；；；；
图1
地质雷达工作原理图
L—雷达波从发射到接收过程的散射损耗
λ0—介质中雷达波的波长
从上式中可以看出,地质雷达接收到的信号的大小与天线频率、地层的衰减、目标体的深度和反射特征等均有关系。
在仪器性能和地下介质一定的情况下,探测深度取决于工作频率和地层的衰减系数。
一般而言，天线频率越高,则探测深度越浅,分辨率越高。
反之，天线频率越低,则探测深度越深,分辨率越低。
3地质雷达的数据处理
地质雷达的数据处理目标是压制随机的和规则的干扰，以最大可能的分辨率在地质雷达图像剖面上显示反射波，提取反射波的各种有用的参数（包括电磁波速度、振幅和波形等）来帮助解释。
地质雷达的数据处理过程共有五个步骤：第一，对原始数据做维滤波处理，去除直流漂移；第二，进行静校正，找出直达波、移动开始时间；第三，控制增益处理，将深部信号进行放大；第四，进行二维滤波，抽取平均道，去除图像中的水平部分；第五，进行维滤波，切除过高频率和过低频率的信号。
4工程实例
4.1工程概况
位于陕西省延安市甘泉县北某铁路双线隧道，全长3397m，隧道最大埋深163m，最小埋深约12m。
围岩主要地质情况为水平层状页岩加砂岩，拱部以薄层页岩为主，局部地段为炭质页岩，墙部以中、薄层页岩加砂岩为主，层理发育，节理裂隙较发育，岩体较破碎，岩质较软，层间结合差，局部地段拱部渗水，易坍塌。
除明洞结构外，其余衬砌均按照新奥法原理设计，采用复合式衬砌，以锚杆、喷射混凝土或钢筋网喷射混凝土、钢拱架为初期支护，衬砌采用模筑混凝土。
在初期支护和衬砌之间，设PVC防水卷材外加无纺布，作为防水层。
4.2探测方法与技术
（1）检测方法
对此隧道，地质雷达探测共布置了6条测线，即在拱顶、左拱脚、右拱脚、左边墙、右边墙和底板各布一条测线，测点密度为100scan/m，参见图2。
（2）天线选择
本次勘查目标体深度为5m。
为排除场地高压线的干扰，根据本场区的地质条件以及探测目的和临场试验，探测采用主频率为500MHz的屏蔽天线。
（3）数据采集方式
屏蔽天线采用连续采集数据方式。
4.3地质雷达图像的解释
图3为初期支护衬砌施工结束后的钢拱架数量的雷达检测图像。
钢拱架间距为1.2m，排列整齐，呈抛物线形式。
可以很清晰的数出钢拱架的数量，探测结果的数量与现场人员目测数量基本吻合，12m范围内钢拱架的数量仅相差1根，故雷达检测的钢拱架数量的准确率已达到95%以上。
所以借助地质雷达检测可发现在施工中所造成的质量问题。
图2隧道衬砌探地雷达测线位置
示意图（“△”为测线位置）
图3
隧道钢架分布图
图4是地质雷达天线采集通过钢筋混凝土二衬时的信号。
从图中可以看出，发射天线发出电磁波,遇到衬砌中的钢筋，介电
常数有了变化并产生反射，从而判断钢筋在隧道二衬布置的位置，继而通过钢筋位置推断二衬厚度。
图5为雷达天线采集通过隧道不密实部分时的信号。
电磁波在混凝土、空气、水中波速差异很大。
通过反射的信号可以看
出不同介质间的界限。
由此判断，该段隧道衬砌在施工中存在缺陷。
对地质雷达勘查发现的缺陷目标，如
图4隧道钢筋分布图
果条件许可，进行开挖验证是最直接的验证探测结果的方法。
图6是根据图5的剖面图中不密实情况开挖出的隧道衬砌取样
照片，证明了地质雷达探测发现衬砌不密实情况。
5结论
图5隧道不密实部分分布图
图6
隧道衬砌现场取样
5.1地质雷达作为一种快速、高效探测技术，能对隧道状况进行全面检测，并能通过数据分析软件分析数据，科学地表明隧道衬砌的情况。
检测结果与实际情况基本相符合。
5.2地质雷达在衬砌内部的钢筋位置和数量的检测中具有良好的效果，能够清晰地分辨出二衬内第一层钢筋分布情况，但对初支钢架的检测上效果不佳。
在解决钢筋干扰的问题上仍有待做进一步研究，以便于提高检测精度。
5.3地质雷达图像解释是地质雷达法探测的目的。
地质雷达所采集到的数据和形成的图像经过数字处理后，仍然是雷达回波波形信息，需要由专业技术人员根据波形的各个特征进行波幅、波长、波形及同相轴的分析，才能最终将雷达波形剖面图转化成整个探测区的解释结果图。
除了要具备必须的电磁学和介质电磁性质知识外，雷达波形信号的正确解释还需要非常丰富的探测经验，并对各类反射物体的波形特征有全面的了解。
目前，对隧道的缺陷雷达图像解释还处于研究探索阶段，还没有成熟的解释方法。
5.4雷达法在隧道衬砌间的空洞缺陷探测中已有了广泛的应用。
但现有检测结果表明,在空洞缺陷的定位、尺寸以及形状的辨别、表层钢筋多次反射的影响、钢筋直径的雷达探测上还有一定的困难,还需要不断深入研究加以完善。
参考文献
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航空运输方式的服务质量特性决定了航空运输可以适应人们在长距离旅行时对时间、舒适性的要求以及快速货物运输需求。
近年来，我国航空运输发展迅速，民航航线总数和里程年均递增率为9.57％和12.97％。
我国的民航运输仍处于高速发展时期，除了客货运量每年增长速度保持在18％以上外，民航机场、民用飞机等均保持较高的发展速度。
航空运输的快速发展对提高运输企业服务质量起到了极大的推动作用。
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资料来源：《运输经济学导论》
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