雷达检测技术
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［1］ 地质雷达在隧道衬砌质量检测与监测中的应用.宋明艺/王立国.工程地球物理学报. 第 6 卷第 4 期.2009 年 8 月 ［2］ 地质雷达无损探测技术在隧道检测中的应用.李星平/石爱赣. 山西建筑. 第 34 卷第 1 期.2008 年 1 月 ［3］ 地质雷达在隧道工程检测中的应用.李二兵/谭跃虎/段建立.地下空间与工程学报.第 2 卷第 2 期.2006 年 4 月
地质雷达在隧道检测中的应用
摘要：本文简要介绍了采用地质雷达技术检测隧道施工质量的基本原理和方法，并对一 些典 型的隧道 检测的地 质雷达图 像做了 举例说明 ，这些图 像可直观 反映出 隧道衬砌 厚 度、空洞及破碎带的分布特征等，最后指出了地质雷达在隧道检测中发挥着重要的作用。
关键词：地质雷达，隧道检测，雷达图像，应用
ns。
4 数据的处理
地质雷达资料处理的主
要任务是利用雷达探测的基
本原理及电磁波在介质中的
传播规律和数字信号处理的
方法在计算机上对采集的雷
达数据进行有效处理,得到
记录中包含的与隧道结构信
息的位置、形态、结构和大
小等有关的信息,为后期的
反演解释提供依据。数据处
理的主要目的是抑制随机干
扰和有规律的干扰,最大限
度提高地质雷达的分辨能力,
提取电磁反射波的各种有用
参数,来解释不同介质的物
理特征,进而实现雷达信号
特征的识别。将野外测量数
据采用专业处理分析系统进
行资料处理、分析和解释,
图 4 数据处理流程图
流程如图 4 。背景去噪、滤
波叠加、反褶积等处理上有良好的效果。数据处理对文件进行预处理、增益调整、
2
滤波和成图等方法的处理,最终得到解释成果图。
1 引言
隧道作为公路工程的关键环节，加强其施工质量的检测具有重要的意义，但 由于隧道施工质量尤其是支护质量较难检测，易给通车后的营运和安全遗留下隐 患。隧道常见的问题有衬砌厚度不够、衬砌与围岩间存在脱空区、塌方回填不实 等。以上问题均会不同程度地降低衬砌的承压力，并影响隧道的稳定，严重时甚 至可造成拱部坍塌。如果这些问题能及时被发现，采取适当的加固措施，则可将 施工中存在的质量隐患排除在正常营运之前，确保以后隧道的正常使用。
筋距测试面的距离（背水面保护层厚度）；通过滤波处理，确定各里程段钢筋拱 架分布情况及背水面保护层厚度。
③衬砌混凝土缺陷及位置判识 由于衬砌混凝土与空气的相对介电常数的差异较大，所以探地雷达图像中表
现为振幅较强的界面反射信号（多次波），所以空洞的明显特征就是有强烈的多 次反射，波从相对介电常数大的物质（C20 混凝土为 8 左右）进入相对介电常数 小的物质（空气为 1）中时，根据波动原理，在上界面处会先叠加为负波，可在 雷达图像中准确拾取界面反射的双程旅时，根据公式求得缺陷的位置；衬砌不密 实可能是由于混凝土离析振捣造成的，从波形特征与空洞的反射相似，但反射很 弱；混凝土中有钢筋时也会产生反射，波从相对介电常数小的物质（C20 混凝土 为 8 左右）进入相对介电常数大的物质（钢筋为∞）中时，根据波动原理，在上 界面处会先叠加为正波。
地质雷达检测技术是一项应用于浅层探测的新技术，由于它具有无损、快速、 简易、精度高，并以实时成像的方式显示探测结果，分析、解释直观方便等突出 优点，我国在 20 世纪 90 年代开始应用于公路工程施工和养护质量的监控等工作 中，在隧道施工质量检测中也得到了广泛的应用。
2 地质雷达检测的基本原理
地质雷达(Geologic Radar)由两个主要部分组成，
即控制主机和天线。主机提供控制信号，由天线发射、
接收超高频电磁波。电磁波从天线发出，在衬砌和围
岩内传播，遇到衬砌边界、内部裂缝、空洞和围岩及
围岩内界面等都会发生反射，这些反射的电磁波又传
回天线，天线接收到这些反射信号，把它传到主机：
主机对这些反射信号进行全时程数字化记录，存储并
图 1 地质雷达
显示出来。反射界面距离越远，反射信号往返所需时
鱼鳞状，反射强，如图 8 所示。
图 6 预埋管异 ⑤ 偏移处理
偏移处理前后图像见图 8 所示。
图 7 钢筋（网）异常
图 8 偏移处理的雷达前后图像 ⑥ 隧道脱空
隧道衬砌与围岩间存在脱空区地图像如图 9 所示。
脱
空
层
图 9 隧道脱空探地雷达检测剖面图
⑦ 空洞异常 钢拱架后存在空洞时的雷达图像如图 10 所示。
层同相轴错断，如图 5 所示。
图 5 消防洞异常
图 6 钢拱架异常
② 钢拱架异常
钢拱架异常：为清晰的弧形，与预埋管异常相似，如图 6 所示。
③ 预埋管异常
预埋管异常：窄而长的弧形反射，反射强烈且形状一致，如图 7 所示。
Fra Baidu bibliotek
3
④ 钢筋（网）异常 钢筋(网)异常：本为锐弧形，受钢筋大小及反射、雷达分辨率的影响，呈现
⑧ 不密实异常 道衬砌层中存在不密实异常的雷达图像如图 11 所示。
4
图 10 空洞异常
隧
图 11 不密实异常
7 结束语
① 通过地质雷达图像识别异常,这是一个经验积累的过程,一方面基于地质雷 达图像的正演结果,另一方面由工程实践成果获得。只有获得高质量的地质雷达 图像并能正确的识别异常,才能获得可靠、准确的地质解释结果。
5
② 用地质雷达方法进行隧道检测并对测试资料进行分析处理后, 可以确定衬 砌厚度、围岩与衬砌内的缺陷（如脱空、富水等），探测钢筋和钢拱架等构件的 位置，并具有高效、无损、精度高等优点。
③ 通过对隧道衬砌的检测,使工程的质量得到更好的监控,及时对隧道衬砌存 在的缺陷进行处理,从而预防质量事故的发生。
参考文献
5 资料的解释
资料的解释原则有以下几点： ①二衬砌界面的判识
在探地雷达图像的上部，一般振幅较强，同轴同相比较连续的第一组波形为 衬砌界面反射信号。界面判识后输入正常的介电常数值，即可由计算机自动计算 出衬砌厚度值。
②钢拱架位置及判识 在地质雷达图像中，电磁波遇到钢筋时产生极强的反射，反射波的位置为钢
间越长；反射界面越平整、面积越大和两侧的物性差
异越大，反射的信号越
强。通过记录到的反射波
的走时和强度数据，可以
判定反射界面的位置和
两侧介质的性质，从中得
到衬砌厚度、劈裂、空洞
的位置和形态、围岩结构
状态等参数，达到高分辨
无损检测的目的。
3 数据的采集
当使用地质雷达进行检测时，
发射和接收天线与隧道衬砌表面密
贴，沿测线滑动，由雷达仪主机高
发射雷达脉冲，进行快速连续采集。
雷达每秒发射 64 个脉冲，每米测线
约有测点 40 个～60 个。雷达时间
剖面上各测点的位置和隧道里程相
联系。为保证点位的准确，在隧道
壁上每 5 m 做一标志，标上里程。
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
图 3 地质雷达现场测线布置
中每 5 m 做一小标记，50 m 或 100m
的整数桩号打一个大标记。
内业整理资料时，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桩号。选择 900 MHz 和 500 MHz 天线，其他参数为：
1）采集方式：连续测量；
2）扫描点数：512；
3）增益方式：自动；
4）900 MHz 天线的时间窗(记录长度)为 15 rls ，500 MHz 天线的时间窗为 50
对于复合衬砌隧道,当第一次衬砌与第二次衬砌之间存在空隙时,界面上读取 的厚度值为隧道的二次衬砌厚度，若二者密贴良好，则为一、二次衬砌合值；对 于非复合衬砌隧道,该界面上读取的厚度值即为隧道的衬砌厚度值。
6 雷达检测的典型图象
① 消防洞异常 消防洞异常：强烈的多次反射，异常波形杂乱多次但宽度整齐而固定，在表
地质雷达在隧道检测中的应用
摘要：本文简要介绍了采用地质雷达技术检测隧道施工质量的基本原理和方法，并对一 些典 型的隧道 检测的地 质雷达图 像做了 举例说明 ，这些图 像可直观 反映出 隧道衬砌 厚 度、空洞及破碎带的分布特征等，最后指出了地质雷达在隧道检测中发挥着重要的作用。
关键词：地质雷达，隧道检测，雷达图像，应用
ns。
4 数据的处理
地质雷达资料处理的主
要任务是利用雷达探测的基
本原理及电磁波在介质中的
传播规律和数字信号处理的
方法在计算机上对采集的雷
达数据进行有效处理,得到
记录中包含的与隧道结构信
息的位置、形态、结构和大
小等有关的信息,为后期的
反演解释提供依据。数据处
理的主要目的是抑制随机干
扰和有规律的干扰,最大限
度提高地质雷达的分辨能力,
提取电磁反射波的各种有用
参数,来解释不同介质的物
理特征,进而实现雷达信号
特征的识别。将野外测量数
据采用专业处理分析系统进
行资料处理、分析和解释,
图 4 数据处理流程图
流程如图 4 。背景去噪、滤
波叠加、反褶积等处理上有良好的效果。数据处理对文件进行预处理、增益调整、
2
滤波和成图等方法的处理,最终得到解释成果图。
1 引言
隧道作为公路工程的关键环节，加强其施工质量的检测具有重要的意义，但 由于隧道施工质量尤其是支护质量较难检测，易给通车后的营运和安全遗留下隐 患。隧道常见的问题有衬砌厚度不够、衬砌与围岩间存在脱空区、塌方回填不实 等。以上问题均会不同程度地降低衬砌的承压力，并影响隧道的稳定，严重时甚 至可造成拱部坍塌。如果这些问题能及时被发现，采取适当的加固措施，则可将 施工中存在的质量隐患排除在正常营运之前，确保以后隧道的正常使用。
筋距测试面的距离（背水面保护层厚度）；通过滤波处理，确定各里程段钢筋拱 架分布情况及背水面保护层厚度。
③衬砌混凝土缺陷及位置判识 由于衬砌混凝土与空气的相对介电常数的差异较大，所以探地雷达图像中表
现为振幅较强的界面反射信号（多次波），所以空洞的明显特征就是有强烈的多 次反射，波从相对介电常数大的物质（C20 混凝土为 8 左右）进入相对介电常数 小的物质（空气为 1）中时，根据波动原理，在上界面处会先叠加为负波，可在 雷达图像中准确拾取界面反射的双程旅时，根据公式求得缺陷的位置；衬砌不密 实可能是由于混凝土离析振捣造成的，从波形特征与空洞的反射相似，但反射很 弱；混凝土中有钢筋时也会产生反射，波从相对介电常数小的物质（C20 混凝土 为 8 左右）进入相对介电常数大的物质（钢筋为∞）中时，根据波动原理，在上 界面处会先叠加为正波。
地质雷达检测技术是一项应用于浅层探测的新技术，由于它具有无损、快速、 简易、精度高，并以实时成像的方式显示探测结果，分析、解释直观方便等突出 优点，我国在 20 世纪 90 年代开始应用于公路工程施工和养护质量的监控等工作 中，在隧道施工质量检测中也得到了广泛的应用。
2 地质雷达检测的基本原理
地质雷达(Geologic Radar)由两个主要部分组成，
即控制主机和天线。主机提供控制信号，由天线发射、
接收超高频电磁波。电磁波从天线发出，在衬砌和围
岩内传播，遇到衬砌边界、内部裂缝、空洞和围岩及
围岩内界面等都会发生反射，这些反射的电磁波又传
回天线，天线接收到这些反射信号，把它传到主机：
主机对这些反射信号进行全时程数字化记录，存储并
图 1 地质雷达
显示出来。反射界面距离越远，反射信号往返所需时
鱼鳞状，反射强，如图 8 所示。
图 6 预埋管异 ⑤ 偏移处理
偏移处理前后图像见图 8 所示。
图 7 钢筋（网）异常
图 8 偏移处理的雷达前后图像 ⑥ 隧道脱空
隧道衬砌与围岩间存在脱空区地图像如图 9 所示。
脱
空
层
图 9 隧道脱空探地雷达检测剖面图
⑦ 空洞异常 钢拱架后存在空洞时的雷达图像如图 10 所示。
层同相轴错断，如图 5 所示。
图 5 消防洞异常
图 6 钢拱架异常
② 钢拱架异常
钢拱架异常：为清晰的弧形，与预埋管异常相似，如图 6 所示。
③ 预埋管异常
预埋管异常：窄而长的弧形反射，反射强烈且形状一致，如图 7 所示。
Fra Baidu bibliotek
3
④ 钢筋（网）异常 钢筋(网)异常：本为锐弧形，受钢筋大小及反射、雷达分辨率的影响，呈现
⑧ 不密实异常 道衬砌层中存在不密实异常的雷达图像如图 11 所示。
4
图 10 空洞异常
隧
图 11 不密实异常
7 结束语
① 通过地质雷达图像识别异常,这是一个经验积累的过程,一方面基于地质雷 达图像的正演结果,另一方面由工程实践成果获得。只有获得高质量的地质雷达 图像并能正确的识别异常,才能获得可靠、准确的地质解释结果。
5
② 用地质雷达方法进行隧道检测并对测试资料进行分析处理后, 可以确定衬 砌厚度、围岩与衬砌内的缺陷（如脱空、富水等），探测钢筋和钢拱架等构件的 位置，并具有高效、无损、精度高等优点。
③ 通过对隧道衬砌的检测,使工程的质量得到更好的监控,及时对隧道衬砌存 在的缺陷进行处理,从而预防质量事故的发生。
参考文献
5 资料的解释
资料的解释原则有以下几点： ①二衬砌界面的判识
在探地雷达图像的上部，一般振幅较强，同轴同相比较连续的第一组波形为 衬砌界面反射信号。界面判识后输入正常的介电常数值，即可由计算机自动计算 出衬砌厚度值。
②钢拱架位置及判识 在地质雷达图像中，电磁波遇到钢筋时产生极强的反射，反射波的位置为钢
间越长；反射界面越平整、面积越大和两侧的物性差
异越大，反射的信号越
强。通过记录到的反射波
的走时和强度数据，可以
判定反射界面的位置和
两侧介质的性质，从中得
到衬砌厚度、劈裂、空洞
的位置和形态、围岩结构
状态等参数，达到高分辨
无损检测的目的。
3 数据的采集
当使用地质雷达进行检测时，
发射和接收天线与隧道衬砌表面密
贴，沿测线滑动，由雷达仪主机高
发射雷达脉冲，进行快速连续采集。
雷达每秒发射 64 个脉冲，每米测线
约有测点 40 个～60 个。雷达时间
剖面上各测点的位置和隧道里程相
联系。为保证点位的准确，在隧道
壁上每 5 m 做一标志，标上里程。
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
图 3 地质雷达现场测线布置
中每 5 m 做一小标记，50 m 或 100m
的整数桩号打一个大标记。
内业整理资料时，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桩号。选择 900 MHz 和 500 MHz 天线，其他参数为：
1）采集方式：连续测量；
2）扫描点数：512；
3）增益方式：自动；
4）900 MHz 天线的时间窗(记录长度)为 15 rls ，500 MHz 天线的时间窗为 50
对于复合衬砌隧道,当第一次衬砌与第二次衬砌之间存在空隙时,界面上读取 的厚度值为隧道的二次衬砌厚度，若二者密贴良好，则为一、二次衬砌合值；对 于非复合衬砌隧道,该界面上读取的厚度值即为隧道的衬砌厚度值。
6 雷达检测的典型图象
① 消防洞异常 消防洞异常：强烈的多次反射，异常波形杂乱多次但宽度整齐而固定，在表