地質(zhì)雷達(dá)(grp)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

地質(zhì)雷達(dá)（GRP）檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用XX公司一、前言隨著鐵路客運(yùn)專線的陸續(xù)施工，隧道工程以其改善線形、縮短里程和環(huán)境保護(hù)等無(wú)比的優(yōu)越性和重要作用，成為路客運(yùn)專線建設(shè)工程結(jié)構(gòu)的重要組成部分。但隧道施工中因現(xiàn)有的施工方法及工藝、施工者的偷工減料以及檢測(cè)控制、施工管理不到位等原因引發(fā)的質(zhì)量通病，一直是工程管理部門十分關(guān)注的問題。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用成為解決這一施工難題的有效手段。地質(zhì)雷達(dá)（GPR）是近十余年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種無(wú)損傷高精度的物理探測(cè)技術(shù)，在工程地質(zhì)勘測(cè)、古遺址探測(cè)、地下埋設(shè)物探測(cè)和地下污染帶劃分等方面已得到較廣泛應(yīng)用。在控制隧道施工時(shí)運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、支護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測(cè)，在指導(dǎo)隧道工程施工中，對(duì)加強(qiáng)工程進(jìn)度、質(zhì)量和安全管理，提高隧道施工技術(shù)水平方面發(fā)揮著巨大作用。作為一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，地質(zhì)雷達(dá)（GPR）以其儀器較為輕便、檢測(cè)快捷、操作方便、精度較高和檢測(cè)結(jié)果能以圖象方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示等優(yōu)點(diǎn)，成為一種控制隧道施工質(zhì)量的有效手段。二、地質(zhì)雷達(dá)（GPR）檢測(cè)的原理地質(zhì)雷達(dá)（GPR）是利用電磁波在傳播過程中遇到電性界面會(huì)發(fā)生較強(qiáng)烈的散射原理，通過向被測(cè)介質(zhì)發(fā)生高頻電磁寬帶脈沖，并接收由被測(cè)介質(zhì)反射的回波信號(hào)，通過對(duì)接收到的反射波進(jìn)行分析即可推斷被測(cè)體的情況。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化。儀器大體上可分為主機(jī)和天線兩大部分組成。主機(jī)由顯示、控制和儲(chǔ)存三部分構(gòu)成；天線由發(fā)射和接收兩部分構(gòu)成。發(fā)射部分由脈沖發(fā)生電路和發(fā)射天線構(gòu)成，產(chǎn)生并發(fā)射尖峰脈沖電磁波；接收部分由接收天線、高頻放大電路和采樣電路構(gòu)成，接收的高頻信號(hào)經(jīng)放大后，由采樣電路變換為低頻信號(hào)，然后送到處理電路；控制部分由基準(zhǔn)同步信號(hào)發(fā)生器、采樣控制器和信號(hào)處理器等部分組成。接受到的信號(hào)在主機(jī)上可以顯示、回放和儲(chǔ)存，以便作進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理和分析RTRT圖1地質(zhì)雷達(dá)反射探測(cè)原理圖發(fā)射天線發(fā)射的尖峰脈沖電磁波與其行進(jìn)的速度有如下關(guān)系：V=c/√ε式中：v——電磁波在某一材料介質(zhì)中傳播的速度（ｍ／ｎs）；c——電磁波在真空中的傳播速度，等于光速（ｍ／ｎs）；ε——介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，無(wú)量綱。GPR發(fā)射的是高頻電磁波，因此GPR在被測(cè)介質(zhì)中的傳播速度主要由介質(zhì)中的相對(duì)介電常數(shù)確定。電磁波向被測(cè)介質(zhì)傳播過程中，遇到不同的波阻抗界面時(shí)將產(chǎn)生反射波和透射波。反射波由雷達(dá)接收天線接收，所經(jīng)歷的時(shí)間t可通過時(shí)間脈沖記錄器測(cè)知，并與介質(zhì)厚度有如下關(guān)系：h=（c/2√ε）·cosβ·t式中：h——界面R。入射到界面R1的垂直距離，亦即被測(cè)介質(zhì)的厚度（m）；t——電磁波從界面R。到達(dá)界面R1在返回到界面R。歷經(jīng)的時(shí)間（ｎs）；β——電磁波在介質(zhì)中與主法線的折射角。上式為理論計(jì)算式，實(shí)際檢測(cè)中可能發(fā)生誤差，使被測(cè)的材料層厚度不能滿足精度要求。因此，須對(duì)介電常數(shù)這一關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)校正。(一)介質(zhì)、儀器參數(shù)確定1介質(zhì)參數(shù)測(cè)定工作前應(yīng)對(duì)介電常數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，標(biāo)定方法可采用在已知厚度且材料與隧道相同的其他預(yù)制件上測(cè)量或鉆孔實(shí)測(cè)。標(biāo)定記錄中界面反射信號(hào)應(yīng)清楚、準(zhǔn)確。3、1、2介電常數(shù)計(jì)算公式ε=（0.3×t/2×h）2式中符號(hào)意義同前。2儀器參數(shù)確定2、1天線中心頻率的選擇㎡天線中心頻率是指天線的發(fā)射頻率。一般天線發(fā)射頻率有50MHz~2.5GHz多種。發(fā)射頻率既要考慮發(fā)射的穿透程度，又要考慮儀器的分辨率，同時(shí)也要考慮被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)。一般來(lái)說，選用的頻率愈高，其測(cè)量分辨率愈高；頻率愈低，則其分辨率愈低。對(duì)于隧道混凝土來(lái)說，厚度一般在0.25~2.0m之間，其介電常數(shù)一般在12左右，因此，頻率選擇應(yīng)根據(jù)混凝土襯砌厚度、圍巖類型和檢測(cè)部位的不同，在400~1000MHz之間選擇。2、2工作時(shí)窗的確定工作時(shí)窗即雷達(dá)工作記錄時(shí)間，與測(cè)深有關(guān)，一般根據(jù)所測(cè)深度來(lái)確定。雷達(dá)探測(cè)愈深，其選用的時(shí)窗記錄時(shí)間應(yīng)愈長(zhǎng)；探測(cè)愈淺，則選擇的時(shí)窗記錄時(shí)間愈短?？砂聪率焦浪悖簍=2h·（√ε/c）·α（α為調(diào)整系數(shù)，一般取1.5～2.0）一般要保持所要探測(cè)目標(biāo)體在時(shí)窗的2/3以內(nèi)，這樣以確保采集信號(hào)穩(wěn)定可靠性，并給目標(biāo)體的深度變化留出了余地。2、3采樣頻率的確定根據(jù)采樣定理，一個(gè)周期內(nèi)不少于2個(gè)點(diǎn)，可由下式確定：s=2tf×10-3式中s——采樣頻率MHzf——天線中心頻率MHzt——工作時(shí)窗ns(二)檢測(cè)方法根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)與斷面特點(diǎn)，一般測(cè)線沿隧道縱向布設(shè)3～5條線：拱頂、左拱腰、右拱腰、左邊墻、右邊墻。重點(diǎn)地段采用縱向、橫向綜合布線或布點(diǎn)。事中質(zhì)量控制可橫向布線，線距10～20cm。需確定回填空洞規(guī)模和形狀時(shí)，應(yīng)加密測(cè)線。工作時(shí)，天線與隧道混凝土表面應(yīng)貼壁良好，否則，容易造成圖形虛假異?；蚧儺惓?。檢測(cè)一般采用快速連續(xù)采集，天線沿測(cè)線以5km/h左右的速度滑動(dòng)。為保證點(diǎn)位的準(zhǔn)確，在隧道壁上每5m作一標(biāo)志，標(biāo)上里程。當(dāng)天線對(duì)齊某一標(biāo)志時(shí)，由儀器操作者向儀器輸入信號(hào)，在雷達(dá)記錄中每10m作一標(biāo)記，便于內(nèi)業(yè)資料整理時(shí)查找相應(yīng)位置。三、地質(zhì)雷達(dá)在隧道施工中的應(yīng)用實(shí)例1地質(zhì)雷達(dá)在隧道施工中進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)在隧道施工進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，是在探