地质雷达无损探测技术在隧道检测中的应用研究

发表时间：2018-06-04T11:18:31.263Z 来源：《基层建设》2018年第9期作者：李乐乐1，2 韩劲龙1，2 陈永祥1 周国辉1

[导读] 摘要：随着我国交通事业的快速发展，各类隧道工程的建设也越来越多，其中的质量检测是隧道工程建设中非常关键问题，地质雷达检测技术被广泛应用于工隧道工程检测中。

武汉港湾工程质量检测有限公司湖北武汉 430040;2、海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室湖北武汉 430040 摘要：随着我国交通事业的快速发展，各类隧道工程的建设也越来越多，其中的质量检测是隧道工程建设中非常关键问题，地质雷达检测技术被广泛应用于工隧道工程检测中。因此，本文对质雷达无损探测技术在隧道检测中的应用进行来了研究。

关键词：地质雷达；无损探测；隧道检测

地质雷达是一种快速无损的地球物理探测技术。在1910年，德国科学家首先提出了利用电磁波探测地下目标体分布特征的理论。自从1970年美国地球物理探测仪器公司生产出第一台商业性质的地质雷达后，岩土工程地质勘察的某些领域才逐步开始实现真正的无损、快速地质雷达探测。上世纪八十年代中后期，世界上掀起了研制地质雷达的高潮，如德国、英国、瑞典、意大利、日本、俄罗斯、挪威和加拿大等国纷纷开始研制地质雷达。随后十几年间，地质雷达不断得到发展和完善，并以其高分辨率，无损性，高效率，设备轻便，操作简

单，从数据采集到图像处理实现一体化，可实时输出现场剖面记录图，以及抗干扰能力强，可在各种噪声环境下工作等优势，在各种地球物理方法中脱颖而出，很快成为岩土工程勘探和监测的主要手段，并广泛地应用于公路、铁路质量检测，城市基础设施探测，隧道检测，堤坝、库岸等水利水电工程探测，考古探测，环境检测等领域。

1地质雷达无损探测技术的概述

地质雷达无损探测方法利用雷达波通过结构、构造物反射回来的波形差异进行分析处理检测对象。一般运用于检测区域较大、检测对象复杂，要求检测精度适中，且检测速度较快的情况。

地质雷达应用脉冲电磁波探测隐蔽介质的分布。地质雷达的发射天线向隧道初期支护喷混凝土内发射高频宽带短脉冲电磁波，电磁波遇到具有不同介电特性的喷混凝土与围岩界面时有部分返回，接收天线接收反射波并记录反射波的旅行时间。当发射和接收天线沿物体表面逐点同步移动时，就能得到其内部介质的剖面图像。根据接收到波的旅行时间（双程走时）、幅度频率与波形变化资料，可以推断介质的内部结构以及目标体的深度、形状等特征参数（图1）。

脉冲波走时按式（1）进行计算：

公式（1）

式中：ｘ值在剖面探测中是固定的；ｖ值（m?ns-1）可以利用现成数据或测定获得，由上式可得目标体的深度值（ｍ）。

图1 反射探测原理图图2 检测结果与实际结构的对照图

隧道衬砌与围岩的相对介电常数的对比决定分层是否“可见”。当存在缺陷时，由于缺陷与良好衬砌或围岩间的介电常数的对比差异，也使得缺陷“可见”，详见图2所示。

2 检测方法

1）天线选择

频率高的天线发射雷达波主频高、分辨率高，精度较高，能量衰减较快，探测深度较浅；频率低的天线发射雷达波主频低、分辨率低，精度相对较低，能量衰减较慢，探测的深度较深。因此，选用天线时，根据隧道初期支护喷混凝土设计的厚度及检测要求来确定天线的频率，本次检测的天线频率为1000MHz。

2）检测

根据要求按图3设置五条测线，为了保证时间剖面上各测点的位置与实际检测里程的位置相对应，在隧道边墙上用红油漆每5m作一个标记，标注里程以供核对，由于雷达天线沿隧道纵向进行检测时，其测线不是真正意义上的直线，而是蛇形前进的，所以，即使是采用里程轮，也应对记录的里程与实际里程进行核对。

将天线连接好后，使天线在相应测线位置紧贴隧道壁面，一切准备就绪后，操作仪器，沿测线方向作连续剖面测量，当天线对齐某一标记时，由仪器操作员向仪器输入信号，在雷达记录中每5ｍ作一个标记，同时，应尽量使天线匀速移动。整理资料时，根据标记和记录的首末标及工作中间核查的里程，在雷达的时间剖面图上标明里程，以保证点位的准确。

图3 测线布置示意图

3）速度标定

雷达波速是计算衬砌厚度的最重要参数。因隧道衬砌的施工及用料情况不同，混凝土衬砌和喷射混凝土中雷达的传播波速有一定的变化范围，因此，现场实测雷达波速在衬砌中的走行速度是重要的数据参数。速度标定常用的2种方法是：已知厚度反求速度法和雷达宽角速