地質雷達技術講解

2013年1月地質雷達地質雷達檢測原理地質雷達是利用超高頻窄脈沖（106－109Hz）電磁波在介質中傳播規(guī)律的一種無損檢測設備，它能夠快速獲得相關探測區(qū)域的詳細信息。地質雷達主要由主機和天線組成，其中天線又包括發(fā)射端和接收端兩部分。2地質雷達檢測原理地質雷達系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)時，天線的發(fā)射端向測量表面以下發(fā)送以球面波形式傳播的電磁波，同時，天線的接收端接收由不同電介質特性的層面反射的回波，經(jīng)電纜或光纖傳輸?shù)浇K端連接的計算機上，實時顯示雷達圖像。電磁波在介質中傳播時，其路徑、波形將隨所通過介質的電性質和幾何形態(tài)的不同而變化。3地質雷達檢測原理電磁波的傳播過程當?shù)叵陆橘|中的波速v為已知時，可根據(jù)精確測得的走時t，由上式求得目標體的深度z。式中x值即收發(fā)距，在剖面測量中是固定的；v值可用寬角法直接測量4地質雷達檢測原理

也可以根據(jù)近似計算公式：

c為光速；為地下介質的相對介電常數(shù)。5地質雷達檢測原理常見介質的和介質相對介電常數(shù)電磁波速度V（m/ns)水810.033空氣10.3雪（濕）4—120.09—0.15石灰?guī)r7(6)0.11(0.12)土壤(干)4(3—5)0.15(0.13—0.18)土壤（含水20%）10(4—40)0.095(0.05—0.15)冰3.20.17銅或鐵1----6地質雷達的組成7地質雷達儀器的特點地質雷達儀器的特點是：系統(tǒng)高度集成化、數(shù)字化，操作簡單化，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，現(xiàn)場實時顯示二維彩色圖像。其配置的探測天線系列化，可應用與各類地下目的體及目的層的檢測與探測。8地質雷達應用領域建筑結構、橋梁、隧道檢測市政設施及管線探測考古探測地質與環(huán)境探測軍事安全探測鐵路工程探測公路探測9隧道檢測10隧道檢測隧道探測要解決的主要問題

隧道襯砌厚度檢查

隧道內部結構物檢查—鋼筋、鋼拱架等

隧道襯砌混凝土質量檢查隧道襯砌混凝土密實度檢查

隧道襯砌防水板檢查隧道超前預報11準備工作初支或二襯壁上每5m做一標記（紅點或紅豎杠），每20m做一里程標記（如DK123+880）；搭設檢測臺架，可以以3-10km/h速度移動，臺架上要能站立2人且有護欄，站在臺架上的人員要能觸摸到拱頂和拱腰位置；配備了解現(xiàn)場情況的工程技術人員2人，司機1人，安全防護人員1人，配合檢測工人4人；強光手電3把，安全繩2套，安全帽；如果要檢測仰拱，清理干凈填充面，做到無水、無泥、無太多雜物覆蓋、無大型障礙物；12現(xiàn)場采集（一）測線布置采用縱向布置測線的方式，在隧道內布設了七條測線，對其襯砌厚度進行檢測。隧道地質雷達測線布置示意圖如下：13現(xiàn)場采集（二）測量技術要點1．設備要求：測量拱頂和拱腰位置時，測量所用車輛須采用膠輪式機械，盡可能不要采用履帶式機械。建議使用市政路燈維修車或自行搭建，但須保證行使平穩(wěn)，不晃動。2．人員配置：工人4-5名，現(xiàn)場技術人員2名。14現(xiàn)場采集3．標記里程：在數(shù)據(jù)采集之前，要每間隔5米或10米的距離用明顯的標記標明隧道里程數(shù)，要保證清晰可見。4．操作平臺：采集拱頂和拱腰位置的數(shù)據(jù)時，其操作平臺至少要能夠容納3人，有足夠的活動空間。15現(xiàn)場采集5．人員要求：負責舉天線的工人要保證天線在襯砌表面平穩(wěn)前進，不要傾斜；負責固定測量輪的工人要保證測量輪與襯砌表面接觸良好，能夠正常計數(shù)；負責安全的工人一定要保護好其他工作人員和自己的安全。6．打標：當天線經(jīng)過標記里程時，要有一名技術人員負責通報給設備操作工程師，以便在數(shù)據(jù)上進行打標。16現(xiàn)場采集7．安全要求：測量拱頂和拱腰位置時，工作人員和天線都要用安全帶或繩索與周邊物體進行固定，防止工人高空作業(yè)時發(fā)生危險和天線滑落摔壞。8．地面要求：地面平坦，無雜物、無影響車輛通行的障礙物。17襯砌檢測報檢單18襯砌檢測報檢單19數(shù)據(jù)采集記錄表20數(shù)據(jù)采集記錄表21儀器操作22儀器操作23儀器操作24儀器操作25儀器操作26數(shù)據(jù)處理雷達波在地下的傳播過程中各種噪聲和雜波的干擾非常嚴重，正確識別各種雜波與噪聲、提取其有用信息是探地雷達記錄解釋的重要的環(huán)節(jié)，其關鍵技術是對地質雷達記錄進行各種數(shù)據(jù)處理。電磁波的傳播形式與地震波十分相似，而且數(shù)據(jù)剖面也類似于反射地震數(shù)據(jù)剖面，因此反射地震數(shù)據(jù)處理的許多有效技術均可用于地質雷達的數(shù)據(jù)處理，但由于雷達波和地震波存在著動力學差異，如強衰減性，雷達波在濕的地層中衰減比在干的情況下要大，而27數(shù)據(jù)處理地震波卻恰好相反；地質雷達的穿透深度比地震波要淺得多。所以單一地移植、借鑒地震資料處理技術是不夠的。通常我們得到的雷達數(shù)據(jù)是原始數(shù)據(jù)，為了更容易的識別目標體和得到更清晰的反射信號，還需要對雷達原始數(shù)據(jù)進行進一步的后處理。這里以瑞典MALA公司的GroundVision采集處理軟件為例，簡要說明數(shù)據(jù)處理的過程。28數(shù)據(jù)處理與資料解釋載入數(shù)據(jù)一維濾波/去直流漂移靜校正/移動開始時間增益/能量衰減一維帶通濾波二維濾波/滑動平均偏移/時深轉換二維濾波/抽取平均道圖像顯示和解釋29報告編寫1.委托方名稱，工程名稱、地點，建設單位、勘察單位、設計單位、監(jiān)理單位和施工單位，設計要求，檢測目的，檢測依據(jù)，檢測日期；2.檢測原理及方法；3.檢測里程匯總；4.問題缺陷匯總表；5.結論及建議；6.附表--檢測厚度匯總表；7.附圖--厚度檢測曲線圖、雷達檢測圖像。30隧道應用實例31良好的襯砌檢測圖像檢測圖像解釋32檢測圖像解釋超挖地段雷達圖像（隧道）33檢測圖像解釋脫空地段（雷達波的波幅反向，波的反射強烈，呈現(xiàn)出連續(xù)的脫空）34混凝土不密實（襯砌界面的強反射信號同相軸呈繞射弧形，且不連續(xù)較分散）檢測圖像解釋35襯砌厚度變化檢測圖像解釋36檢測圖像解釋拱頂起伏雷達圖像(隧道)37層位追蹤檢測圖像解釋表層層位追蹤結果38預埋管異常：窄而長的弧形反射，多次反射強烈且形狀一