探地雷達方法在水利工程隱蔽病害探測中的應用

探地雷達方法

在水利工程隱蔽病害探測中的應用謝昭暉陳義軍張輝匯報提綱探測方法和技術

35124應用工程實例8探地雷達圖像成果解釋9儀器設備引言

1、引言1）北京地鐵4號線、5號線、8號線二期、10號線一期和二期、14號線沿線的地下空洞、松散軟弱區(qū)和異常體探測（2004--2009）（2）北京市三環(huán)路等城市主干道路地下空洞、松散軟弱區(qū)綜合檢測工程（2004-2006）（3）建國60周年國慶長安街（五棵松-西單路口）地下管線綜合檢測（2009）（4）長安街（木樨地橋--大望橋）國慶閱兵道路工程綜合檢測（2009）

水利工程是國家基礎設施建設的重要項目之一，多年來，我國水利建設規(guī)模和速度都位于世界前列。一方面我國的特大型水利工程建設項目突飛猛進，如長江三峽、紅水河上的龍灘等特大型水利樞紐都即將建成，另一方面，隨著城市建設的日新月異，為城市供水或景觀美化的中小水利設施項目也特別多。水利工程中后期的施工階段質量控制、堤壩及其附屬設施的隱患病害探測和水利工程質量檢測（堤壩中孔洞、蟻穴、裂隙滲漏點探測等）十分重要，其對水利工程的施工進度和施工質量起到保證作用和改善促進作用。1、引言

水利工程質量的檢測的物探方法較多：有傳統(tǒng)的淺層地震勘探、直流電法、高密度電法、也有地震映像、表面波勘探等新技術。探測隱蔽病害時，探地雷達方法和上述物探方法相比具有分辨率高、效率高、不需震源或供電電源等的優(yōu)點。國內外工程技術人員利用探地雷達技術已嘗試解決了一些工程問題，如探測壩基的密實度、完好程度及洞穴、裂縫、陷落等嚴重隱患分布范圍，并取得較好的效果。1、引言匯報提綱探測方法技術

35124應用工程實例8探地雷達圖像成果解釋9儀器設備引言

2.1工作方法原理探地雷達技術主要是基于地下介質電性差異，通過發(fā)射天線向地下發(fā)射的高頻電磁波，通過高頻電磁波在地下傳播的途徑來分析地下情況（如圖1所示）。也就是說當電磁波遇到波阻抗發(fā)生變化的界面時即形成電磁的反射波，當反射電磁波從地下反射上來時被地面的雷達接收天線接收，并被雷達數據采集系統(tǒng)記錄下來形成探地雷達剖面圖像；然后通過對采集的探地雷達信號進行數據處理，提取有效信號，最后進行綜合分析和地質工程解釋，從而識別土體疏松區(qū)域、空洞、地下管線、管溝工程等結構體。雷達主機雷達天線反射電磁波入射電磁波地下目標體2.2、檢測方法技術探地雷達進行探測時，可配置各種頻率（十幾MHz～幾GHz）的天線。天線的選擇：兼顧分辨率和探測深度探地雷達的垂直分辨率：最高可以達到λ/4（λ為電磁波在地層中傳播的波長）例如，當地層電磁波速v=0.1m/ns時，400MHz天線的子波波長λ=0.25m，可分辨的最薄目標層的厚度為0.06m，即6cm，如果采用900MHz天線探測，則可分辨的最薄地層的厚度為3cm。探測深度與探地雷達配置天線的主頻有關；探測深度取決于地下介質的導電性、衰減系數；2.2、檢測方法技術用900MHz以上高頻雷雷達天線來來準確探測測水壩混凝凝土中的鋼鋼筋的分布布情況和鋼鋼筋保護層層的厚度；；利用400MHz的天線探測測壩體中淺淺部的空洞洞、裂隙等等；用主頻100MHz以下的天線線來探測壩壩基巖土層層的結構、、壩基及其其附屬構筑筑物基礎的的隱蔽病害害。2.2、檢測方法法技術2.3、雷達圖像像的數據處處理2.3、雷達圖像像的數據處處理編輯頭文件件，切除多多余圖像信信息；調整水平距距離標記、、圖像水平平比例；進行地形高高程修正和和距離修正正（需要時時）。數字處理技技術：如顏顏色變換、、自動增益益調整、水水平相關分分析；組合數字濾濾波（有限限脈沖響應應濾波（FIR）和無限脈脈沖響應濾濾波（IIR））反褶積、希希爾伯特變變換、偏移移、靜校正正和多種數數學計算功功能。匯報提綱探測方法技技術35124應用工程實實例8探地雷達圖圖像成果解解釋9儀器設備引言3儀器設備SIR-20型探地雷達主機

100MHz天線

SIR-2型探地雷達系統(tǒng)

匯報提綱探測方法技技術35124應用工程實實例8探地雷達圖圖像成果解解釋9儀器設備引言4.病害的雷達達圖像特征征對非磁性物物質，反射射系數僅與與介質的介介電常數有有關；反射系數大大小取決于于界面上下下介質介電電常數差異異程度；水工建筑為為混凝土結結構，下方方地基為巖巖層或土層層。而脫空空區(qū)、洞穴穴內一般充充滿水或空空氣；相互之間存存在較大的的電性差異異，具備進進行物探的的前提。開展探測的的地球物理理條件4.病害的雷達達圖像特征征無病害區(qū)域域探地雷達達圖像的特特征表現為近似似層狀介質質的反射波波特性4.病害的雷達達圖像特征征①地基松散散區(qū)的圖像像特征表現現為沒有明明顯的壩基基層狀結構構反射，反反射波形比比較雜亂、、反射信號號強弱不均均等；②較大的規(guī)規(guī)則空洞表表現為較明明顯的洞穴穴型雙曲線線反射波組組，有的空空洞會產生生繞射波，，而不規(guī)則則空洞的形形態(tài)則各異異；隱蔽病害的的圖像特征征分述如下下：4.病害的雷達達圖像特征征③當庫水沿沿著地基裂裂隙向下游游滲漏時，，現成管涌涌，嚴重時時導致壩基基下方土層層被淘空，，脫空對水水壩的安全全現成很大大威脅，其其圖像特征征表現為明明顯的反射射波同相軸軸不連續(xù)、、出現錯位位或斷開，，局部也有有雙曲線形形狀的弧形形反射。隱蔽病害的的圖像特征征分述如下下：4.2成果解釋注注意事項首先調查探探地雷達測測線周邊的的電磁干擾擾源；結合探地雷雷達檢測區(qū)區(qū)域的工程程地質資料料、水文地地質資料、、水工建筑筑的結構設設計資料進進行綜合分分析；充分考慮所所有地球物物理方法本本身的多解解性可能造造成的虛假假異常；必要時采用用多條雷達達平行測線線剖面圖像像進行對比比，驗證異異常的重復復性。匯報提綱探測方法技技術35124應用工程實實例8探地雷達圖圖像成果解解釋9儀器設備引言北運河甘棠棠水壩位于于北京市通通州區(qū)京杭杭大運河附附近的甘棠棠鎮(zhèn)，甘棠棠水壩攔蓄蓄的河水主主要用于農農業(yè)灌溉、、旅游觀光光和局部生生態(tài)改善。。該水壩是以以混凝土壩壩為基礎，，上加筑一一個橡膠壩壩體。5探測工程實實例探測范圍：：為橡膠壩壩壩基的上游游（北側））鋪蓋段10m×180m的范圍和下下游（南側側）海漫段段10m×180m的范圍，在在海漫段東東南角3塊9m×10m有裂紋的混混凝土塊兩兩側各增加加半塊的探探測區(qū)域進進行加密探探測測線布設：：在壩體上游游的鋪蓋段段，距橡膠膠壩壩基2.0m、6.0m、10.0m的位置置布置置3條探地地雷達達測線線；在在壩體體下游游的海海漫段段，距距消力力池3.0m、5.0m的位置置布置置2條探地地雷達達測線線；而而在水水壩海海漫段段的東東南角角發(fā)生生裂紋紋的3塊9.0m××10.0m水泥塊塊兩側側各增增加半半塊探探測區(qū)區(qū)域，，布設設網狀狀加密密測線線，線線間距距2.0m。。5探測工工程實實例正常圖圖像正常圖圖像脫空病病害脫空脫空空洞病病害嚴重松松散區(qū)區(qū)1）在甘甘棠水水壩上上游的的鋪蓋蓋段測測試區(qū)區(qū)域，，探測測出混混凝土土塊下下存在在6個空洞洞、脫脫空區(qū)區(qū)；2）在甘甘棠水水壩下下游的的海漫漫段測測試區(qū)區(qū)域，，探測測出混混凝土土下存存在5個空洞洞、脫脫空區(qū)區(qū)或嚴嚴重松松散區(qū)區(qū)，其其中，，S-1、S-3、S-4三個缺缺陷區(qū)區(qū)范圍圍較大大，缺缺陷程程度相相對嚴嚴重。。探測結結果匯匯總6結束語語水利水水電工工程的的各種種病害害在探探地雷雷達圖圖像中中具有有明顯顯特征征和規(guī)規(guī)律；；探地雷雷達技技術能能夠快快速準準確地地圈定定水壩壩及其其附屬屬構筑筑物（（包括括鋪蓋蓋段、、閘室室段、、消力力池和和海漫漫段））等區(qū)區(qū)域的的隱蔽蔽病害害范圍圍、規(guī)規(guī)模和和埋深深；協(xié)助查查找和和分析析水利利工程程發(fā)生生病害害的根根本原原因，，為水水工設設施隱隱蔽病病害的的治理理和修修復設設計提提供參參考依依