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地質雷達范文第1篇

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申明:本網站內容僅用于學術交流，如有侵犯您的權益，請及時告知我們，本站將立即刪除有關內容。 摘　要:在隧道施工中經常遭遇地質災害,為了保障施工安全,在隧道開挖的同時需要進行超前地質預報。筆者結合山西某隧道中的雷達應用實例,介紹了地質雷達的工作原理及其在隧道超前預報中的應用和技巧。

關鍵詞: 地質雷達; 隧道; 超前預報; 地質災害

中圖分類號： TN95 文獻標識碼： A 文章編號：

隧道開挖中常常遇到巖溶發育、出現大的空洞，充水或者充泥，有時地下暗河發育；也會遇到構造帶，或者巖石破碎，同時地下水發育，這給隧道開挖和建設造成很多困難，同時也給隧道運營造成一定的隱患。因此需要采用一定的手段對這些地質構造和地質災害進行探測和預報，提前采取措施來排除災害。 1 　地質雷達工作原理

地質雷達俗稱探地雷達，它的工作原理為由控制單元向地層發射一組以某一頻率為中心的高頻電磁波，電磁波在傳播的過程中，遇到不同的介質分界面時，一部分電磁波能量會轉換成反射波返回地面，另一部分能量則透過界面繼續向前傳播，再次遇到界面時，又一部分電磁波產生反射返回地面。在電磁波傳播的過程當中，當遇到不同的巖層或巖層的節理發育程度不同時，電磁波的反射系數、衰減系數、以及反射波頻率是不一樣的。雷達天線接收器接收到反射波，并輸送到控制單元，將信號進行顯示，對電磁反射波所帶信息進行分析，就可獲得被探地層的層厚、巖層完整性以及巖層含水情況，具體預報原理如圖1所示。

地質雷達工作時,利用一個天線發射高頻寬頻帶電磁波,另一個天線接收來自地下界面的反射波。一般來說發射天線和接收天線之間距離都很小,甚至可以合二為一。當地層傾角不大時,反射波的全部路徑幾乎是垂直地面的,因此也常把接收到反射波的旅行時間稱為“雙程走時”,在測線不同位置上“雙程走時”的變化就反映了地層的構造形態。而通過多條測線的探測,則可了解場地目標體深部的平面分布情況。通過對電磁波反射信號的時頻特征、振幅特征、相位特征等進行分析,便能了解地層的特征信息。

點測則是將雷達天線固定在掌子面一點，然后發射電磁波，根據天線接收器采集到的電磁波波形進行具體判斷分析。

雷達的探測原理及工作方法見圖1 。

圖 1 　雷達的探測原理及工作方法 2 　應用實例

文中數據均來自山西省一條隧道 ,筆者將施工預報中遇到的一些典型雷達圖像摘錄進行研究與分析。此次探測儀器為美國勞雷公司生產的 SIR - 20 型地質雷達 ,天線主頻為 100 M Hz 。 2. 1 　巖溶發育的雷達圖像

圖 2 顯示測線掌子面開挖后出露巖層為薄至中厚層狀大冶組灰巖 ,層間平直 ,大量粘土充填 ,巖體破碎 ,節理裂隙發育且較多被方解石充填 ,巖體濕潤。

圖 2雷達實測圖像

從圖 2 中可見 4～25 m 范圍內雷達反射波較強 ,波形雜亂無章 , 存在明顯的異常 ,經現場多次測試 ,重復性極好。該地段現場地質情況較差 ,掌子面有大量泥質粘土充填 ,且處于易出現溶蝕的灰巖地段 ,而前方異常區的范圍較大 ,結合現場地質情況和雷達反射波圖像 ,推斷掌子面前方出現溶洞的可能性極高。圖 2 所示異常區內波形雜亂 ,相對介電常數不穩定 ,推斷該溶洞可能為充填型溶洞 ,且充填物質不均勻。施工單位及時采取了短進尺、強支護等避險措施 ,在后期的開挖中也驗證了推斷結果 ,避免了事故的發生。 2. 2 　裂隙發育的雷達圖像

圖 3 顯示掌子面開挖后出露巖層為中薄 - 厚層狀灰巖 ,層間泥質充填 ,底部巖體較破碎 ,節理、裂隙發育 ,拱頂處巖體完整性相對較好 ,掌子面滲水 ,巖體濕 潤程度較高。

圖 3 雷達實測圖像

此次探測深度約為 35 m ,從圖 3 中可以明顯看出2～20 m 范圍內 ,反射波同相軸錯斷 ,波形較雜亂 ,反射界面不連續 ,局部雷達波振幅較強 ,推斷該處節理、裂隙發育 ,巖體較破碎 ,有泥質充填現象 ,且局部巖體的濕潤程度較高(即相對介電常數變化較大) ,導致反射波振幅增大。解釋結果與現場掌子面出露情況相符 ,并且在進一步的隧道開挖中也得到了較好的驗證。 3 　結語

超前預報應以現場地質調查、鉆孔資料和理論分析為手段重點研究巖溶裂隙發育特征、規律及可能含大流量高壓地下水的構造、裂隙發育規律，建立巖溶地下水流域單元識別，給出在隧洞涌水情況下潛在的流域襲奪或越流補給規律，預測潛在涌水點的分布與隧洞施工期和運營期涌水量及其動態變化。

雷達圖像具有多解性 ,在后期解釋時應與測區實際的地質情況相結合 ,注意排除圖像中的干擾因素 ,才能做出合理的推斷解釋 ,達到準確預報的目的。在隧道開挖過程中 ,掌子面常常參差不齊 ,連續測量時雷達無法貼緊掌子面 ,對后期圖像會造成較大的干擾 ,造成解釋困難 ,在這種情況下最好選擇點測方式 ,如果選用連續測量方式 ,應該盡量對掌子面進行清平。 參考文獻

[1] 薄會申. 地質雷達技術實用手冊[ M ] . 北京:地質出版社 ,2006.

地質雷達范文第2篇

0引言

地質雷達(簡稱GPR)是近年來興起的一種利用高頻電磁波反射原理來探測目標體及地質構造的物探方法，比地震法分辨率高，比電阻率法探測深度大，能從線和面上充分區分覆蓋層堆積物和基巖結構特征［1，2］，由于其探測方便、處理快捷、圖象直觀、使用經濟等優點而倍受工程界信賴和歡迎。自上世紀70年代開始應用至今將近40年來，GPR技術在考古、場地勘查、公路鐵路選線、工程質量檢測、管線探測、隧道超前預報等領域都有成功的應用。但在巖溶發育區及溶蝕破碎帶的探測方面少見到成功的應用實例，筆者以FAST饋源支撐塔地基探測為實例，結合開挖驗證，分析地質雷達技術在這種地形條件較差的環境中應用的可行性。

1概況

擬建500m大射電望遠鏡(簡稱FAST)屬國家重大科學項目，是為世界天文學界探索宇宙建設的工程臺址。工程臺址選在貴州省平塘縣克度鎮大窩凼，北東距平塘縣城約85km，大窩凼地形剖面形態屬于“U”型峰叢洼地(圖1)，洼底呈鍋底狀，為一相對閉合型峰叢洼地，形狀比較規則，近圓型，高程960m處直徑約550m，洼地底部較為平坦，直徑大于250m。所在地區總于貴州高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，地勢總體上呈北高南低。洼地四周共有5個較大山峰，最高峰為洼地北東東側的1號峰，峰頂高程1104.10m，地形最大高差352.60m。區域內碳酸鹽巖廣布，以巖溶溶蝕地貌類型為主，巖溶峰叢、峰丘、洼地、落水洞極其發育。巖層呈單斜產出，傾向北北東，傾角5～15，區內無大型斷裂構造經過，洼地及其附近地層巖性有殘坡積紅粘土、古滑塌堆積物，下伏基巖為三疊系中統涼水井組(T2L)的厚層塊狀灰巖。FAST臺址為一溶蝕洼地，局部溶蝕比較發育，地質構造復雜，工程地質條件較差。根據FAST結構要求，其六個饋源支撐塔基為主要承重部位，位置分別等分在直徑為600m圓周的1H-3H-5H-7H-9H-11H(H即Hour，類似于圓周表盤的鐘點)上，鋼塔為桅結構，高90～150m，最大壓力5000kN，最大上拔力3500kN。由于鉆探工作量有限，且只能揭示點上地質信息，為點面結合地有效評價塔基的穩定性，預防工程建設中地質病害的發生，采用GPR物探方法與鉆探相結合進行塔基勘探。

2工作方法選擇及其原理

2.1工作方法選擇由于FAST的6個饋源塔基分布的圓周所圍面積較大，鉆探工作有限，為了查明塔基位置基巖的完整破碎情況、巖溶及發育特征，為配合鉆探評價塔基穩定性提供宏觀依據，擬采用地質雷達(GPR)探測做進一步工作。根據現場物性試驗結果統計，較完整灰巖、基巖破碎帶和巖溶的介電常數存在一定的差異(見表1)，滿足地質雷達探測的地球物理前提。所以采用GPR探測技術，能比較準確地探明臺址區塔基范圍內灰巖的完整破碎情況及巖溶發育特征，達到探測目的。

2.2原理GPR是一種高分辨勘探方法，主要探測地下巖土介質結構間的電磁性質差異。探地雷達將高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式由發射天線定向送入地下(見圖2)，電磁波在地下介質中傳播，其傳播速度v與所使用電磁波的圓頻率ω、介質的介電常數ε、磁導率μ和導電率σ有關，當遇到不同電性介質交界面時，部分電磁波的能量被反射回地面，由接收天線接收。雷達記錄反應接收的是地下介質界面的反射波時間序列，應用雷達處理解釋軟件可將地下界面反射波的雙程走時Δt(ns)轉換成深度h(m)剖面，通過分析深度剖面中反射波的形態、頻譜、振幅等特征，確定異常區的位置、大小、形態，推斷地下地質體(或結構)的空間位置、幾何形態和性質等。當遇到隱伏巖溶或節理裂隙時，雷達深度剖面上的反射波同相軸呈雙曲線形態，若溶洞或溶槽充水或有粘土充填，其反射波極性反向。電磁波在不同介質中傳播時，遇到不同的電磁波阻抗界面將會產生反射和透射。不同組合界面，反射波的極性和幅值變化，它取決于界面兩側介質的物理性質和相互差異。用反射系數來表征反射波的性質，它有極性和大小，當電磁波入射時，電場的反射系數為。式中:E1、E2分別為反射和發射的電磁波場強;ε1，ε2分別為兩種介質的介電常數;θ1、θ2分別為入射角和折射角。當電磁波由光疏介質(ε小、波速低)進入光密介質(ε大、波速高)時，電磁波反射系數為負，發射極性相反;反之，當電磁波由光密介質進入光疏介質時，電磁波反射系數為正，發射極性相同。當混凝土襯砌與圍巖之間以及襯砌內部存在空洞、不密實等缺陷時，它們之間介電常數的差異就會形成較強的反射波。在對雷達波進行處理和分析的基礎上，根據雷達波形的極性、強度、雙程走時等參數便可推斷目標體的空間位置、結構、電性變化及幾何形態，從而達到檢測的目的。

3工作布置

3.1測量放點測量點距為15m，沿圓周1H-3H-5H-7H-9H-11H-1H(H即Hour)分布，每兩個Hour間各20個點(按順時針編號)，共120個點，加上6個饋源塔基座中心點共放點126個(圖3)。

3.2GPR探測從1～3點+6m開始按逆時針方向進行(見圖4)，主剖面沿饋源塔圓周探測了1912m(地形起伏較大，剖面長度超過了饋源塔圓周平距)，總體上探測點定位偏差不超過2m(見圖5)。本次GPR探測特采用美國“地球物理測量系統公司”(GeophysicalSurveySystemsInc)先進的SIR20探地雷達，運用100MHz高頻屏蔽天線，以20cm點測采集數據，連續剖面記錄方式，見圖6和圖7。

4探測成果及地質解釋

4.1典型地質雷達探測剖面GPR沿饋源塔圓周探測，得到了一條圓周剖面。圖8、圖9和圖10為圓周剖面中典型地質雷達探測剖面截圖，圖中顯示有:第四系覆蓋層界線，松散膠結、破碎基巖體，巖溶洞隙界線及完整基巖界線。

4.2地質解釋(1)地質雷達探測剖面中點畫線范圍相對介電常數在(14～17)εr，推斷為第四系覆蓋層界線，實線范圍相對介電常數在(10～14)εr，推斷為膠結較差的崩塌堆積體或基巖破碎帶界線，虛線范圍相對介電常數在(16～20)εr，推斷為巖溶溶蝕發育區界線。從探測成果看，松散覆蓋層(或第四系)厚度不均，大致為1～2.2m;膠結較差的崩塌堆積體(局部為風化灰巖)厚度為0.2～12m;其下為膠結稍密實的崩塌堆積體和較完整灰巖。(2)探測發現有8個較大的巖溶發育區，范圍分別是1Hour11～16(即1點鐘的第11至16測點之間，以下類同)、1Hour18～20、3Hour20～5Hour7、7Hour15～17、9Hour2～4、9Hour10～13、9Hour20～11Hour1、11Hour7～11。

4.3探測范圍雷達天線發射和接收的是高頻球面電磁波，其直徑隨探測深度的增加而加大，本次探測由于受地表第四系覆蓋層和松散膠結層空隙的衰減作用影響，探測深度在16.5m左右，在探測深度范圍內左右各2.5m范圍的介質異常都會反映在GPR剖面上，所以GPR剖面是對以饋源塔園周為中心的寬5m左右的帶狀區域的綜合反映。

5工程驗證

根據探測及推斷結果，對出現的部分異常進行了鉆探與施工開挖等驗證工作，結果與推斷的結論基本一致，規模及埋深與探測結果基本吻合。圖11～14為部分驗證圖片。(1)GPR探測發現的8個較大的巖溶發育區，除1Hour11～16為基巖破碎帶而非巖溶外，其余7個均被發現證實，GPR探測巖溶的解釋推斷準確率為87.5%。(2)誤差分析:1Hour11～16實際為基巖破碎帶，而GPR探測解釋為巖溶，3Hour2～3和11Hour19～20實際為巖溶，而GPR探測解釋為破碎帶，分析原因是該三點處的巖溶與破碎帶的相對介電常數相近之緣故?？梢?，精確劃分現場介質的相對介電常數是提高探測解釋精度的重要前提，工程范圍大時應分區進行現場物性試驗，從而得到介質更精確的相對介電常數。

地質雷達范文第3篇

地質雷達廣泛應用于市政工程、地下設施、考古、地質與水文等領域的探測和評估，原理是其主機通過天線由地面發射電磁波到地下，當電磁波遇到不同電性差異的目標體或不同介質的界面時便會發生反射與透射，反射波返回地面，又被接收天線所接收。此時雷達主機記錄下電磁波從發射到接收的雙程時間t和幅度與波形資料，通過對圖像進行解釋和分析，確定不同界面及深度、空洞等。

2儀器及測線布置

采用美國SIR-20型地質雷達，根據不同的檢測深度要求配備270MHZ、100MHZ高頻天線。針對雞鳴驛古城內的地下通道，城墻進行探測，地下通道的檢測中，測線垂直通道延伸的方向布設，城墻的檢測中，測線沿城墻走向及垂直城墻走向進行探測。

3測量參數

100MHz天線：測量方式采用連續測量，時窗范圍：150ns（最大探測深度可達30m），采樣率：512樣點/掃描，掃描率：32掃描/秒，每2m做一探測標志。270MHz天線：測量方式采用連續測量，時窗范圍：100ns（最大探測深度可達5.0m），采樣率：512樣點/掃描，掃描率：32掃描/秒，每2m做一探測標志，每探測一條另存為一個探測文件。本次探測工作依據《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）。

4數據處理與分析

通過對檢測數據進行背景去除、濾波，設置介電常數、水平均一化等一系列處理，分析確定地下洞室的位置及深度，橫坐標表示探測的水平距離，縱坐標表示距地面的深度。由于空氣與土或與石的介電常數差異較大，所以當結構中有明顯的空隙或空洞時，地質雷達會有明顯的強反射信號。雷達圖像上可以看出兩處空洞的位置、深度和大小，（a）處空洞頂距地面約1.5m，最深處距地面約4.5m，空洞高度約2m；（b）處空洞頂距地面約2.0m，最深處距地面約3.5m，空洞高度約2m。

5結論與建議

地質雷達范文第4篇

【關鍵詞】地質雷達 隧道 質量 檢測

F407.1

隨著國民經濟的持續穩定發展，基礎設施建設的日益加強完善，其中公路、鐵路等建設占據了重要地位。由于我家交通發展的不斷前進，在鐵路及公路的建設中隧道的修建越來越多，同時使用過程中隧道的結構病害、質量問題不斷地暴露出來，如混凝土掉塊、腐蝕、滲水、裂紋等，有些甚至使得結構物坍塌，這一系列的質量問題給運輸安全和交通質量造成了巨大的影響。所以在公路及鐵路的建設中隧道的質量檢測極其重要。由于我國的建設施工項目繁多，而傳統的檢測手段在運用中存在手段不健全、不完整、一點蓋面等問題，使得檢測剖面斷斷續續，無法得到連續的檢測圖，而且傳統方法比較復雜，在檢測完還需修補因此無法滿足國家迅速發展的需求。相比傳統方法地質雷達的檢測方法是運用高科技的手段，具有較高的分辨率及準確率，能連續、快速、高效地完成檢測，滿足工程建設的需要。

1地質雷達工作原理及應用

1.1原理

地質雷達的工作原理是運用高頻電磁脈的沖波反射來進行探測，是一種電磁波探測技術。它利用電磁波信號的運動特點使其在物體內傳播進行探測，一般應用于較大區域、復雜對象、精度要求適中以及速度較快的檢測情況中。地質雷達主要由控制主機及天線兩個設備組成。主機是用來控制及提供信號，天線則是用來發射以及接收高頻電磁波信號。通過天線發射電磁波，由于它在有耗介質里具有傳播的特性，因此當它遇到不勻界面時部分電磁波會反射回來，而被測介質介電常數決定其反射系數。在介質里傳播時，波形根據介質的介電性質和幾何形態隨路徑以及電磁場強度而變化，通過天線接收反射回的電磁波并按特定的數據格式記錄儲存。然后運用處理軟件把電磁波的差異及變化，處理成能夠反映被探測物結構、形態、構造、尺寸大小、埋設物體及介質體間界面的雷達圖像，實現探測、識別目標物體的目的。

1.2應用

20世紀初，隨著數據處及電子技術的飛速發展，雷達的體積愈來愈小，起初需要肩扛手抬，而現在實現單人檢測及操作。功能從冰層厚度探測（較低頻率的工作信號)到現在的各領域廣泛運用，很大程度上的提高了它的技術指標，如運用高頻率的天線對路面厚度進行檢測時，能達到毫米級的垂向分辨率，運用低頻率天線對深層目標探測時，可實現幾十米的探測深度。

長久以來，勘探隱蔽工程是一項高難度同時能考驗工程技術人員工程項目。20世紀90年代，地質雷達技術隨土木工程建設迅速發展而興起，其的無損檢測技術具有高精度、高效率、簡易、大面積覆蓋檢測、靈活方便的運用于野外工作等特點。它的這些特點使其成為快速、高效完成隱蔽工程探查的有效技術手段，得到工程技術人員的青睞。隨著不斷發展的地質雷達技術，其儀器的更新發展也得到不斷的深入，使其應用范圍不斷的擴大。如今應用最為廣泛的是勘察工程、文地質、生態環境、檢測建筑結構、地質工程等領域。目前我國主要引進有加拿大EKKO及REMAC系列和美國SIR系列等信號的探地雷達，而型號不同的地質雷達，其主要的用途及側重點也是不同的。

2地質雷達在隧道檢測中的應用

2.1檢測方法

在探測的布置方法地質雷達較為靈活，可根據具體的情況布置測點和測線或者網格。測線及網格中點間距應該根據工程的精度要求來進行選定，并根據具體的情況以及需要來靈活變換。如果是量大的勘探工程，應該在開工前做好設計。使用地質雷達能夠對于隧道掌子面的頂底板、左右邊及前方進行探測，而同一目標則可以改變仰俯角或方位角來探測，在對資料地質進行解釋時除了要根據波形特征判斷目標的性質，還應改關注追蹤回波的橫向、縱向的變化及延續，對應地展現地質構造的平面及剖面形態，特別是對大面積的地面進行勘探時，孤立且小的目標于平面不易進行追蹤，此時運用橫向衰減對比的方法處理，找到幅度的突變點，也就是該目標的位置。地質雷達探測及解釋方法有橫向衰減對比、變面積、灰度、單點波形等；獲取傳播速度的方法則有公式計算、直達波、單孔測試、已知目的層探測、共中心點、經驗數據等，運用時可根據工程探測的實際情況及儀器性能選擇適用的方法。

隧道工程的地質勘察設計和施工前，必須對工作面前方和隧道周圍的地質、水文情況進行詳細的勘探，以前，地質的勘察技術均是使用鉆探的方式，不僅會耗費大量人力和時間，當地質變化豐富，還會由于巖層的起伏不一產生巨大誤差，增大工程事故發生的概率。而運用地質雷達技術進行勘查，則可較為準確地對地質情況進行預報、避免發生事故。隧道工程中地質雷達通常是用來檢測溶洞、斷層情況，其最重要的任務和目的之一就是清楚勘測斷層內的空間分布、產狀以及它規模情況。同時界面產狀、性質、形狀及尺寸也是會影響回波幅值及形狀。例，在wiggle或單波形式下，其相對入射線是處在一種理想的產狀平整斷層面其波形通常較為尖細，而含水的裂隙帶抑或是破碎的斷層帶的波形會稍寬；溶洞或者是空洞的波形則會鈍且寬緩，其邊緣一般是不規則的，這是由于它的不規則外形無法集體反射而產生漫反射使時間延遲所造成的，也因為它的內部沒有完全充填形成反射使得回波緊迭其后。于灰度圖的方式，如相對介質中較大空洞的波長，因為空氣中波速會較快，而周圍介質旅行時間由較短，使得正負反射波凸彎曲，類似于拋物線。不管采用哪種方發，相同物理性質的反射波都將形成一組相似特征的組合波形。

2.2資料獲取及處理

檢測前準備工作:（1）隧道的高度，量測隧道的拱頂、軌面間高度，而新建的線路應量測拱頂、隧底間高度，為提供數據給檢測臺車的搭建。（2）標記，按每5m的點距于兩側的邊墻上做明顯的標記，并標明隧道的里程。（3）搜集資料，了解并準確記錄施工過程出現災害的地質位置和情況以及處理的方法。（4）記錄下隧道里小錨段、避車洞、電纜的準確位置，對凝結水珠、隧底積水、砌表面潮濕的段落進行記錄，統計其位置及類型。（5）對可能會影響檢測臺車的障礙物制訂處理的方法，并調查了解附近有沒有影響雷達的干擾電磁源。

隧道檢測:在仰拱、拱頂、邊墻及拱腰位置設置6條檢測線。拱腰的測線需在拱腳的上方0.5到1.0米的位置，拱頂及仰拱的于正中布置，邊墻則在邊溝蓋板的上方1.5到2.0米的位置。通過測線的位置來確定檢測的臺車平臺的高度，通常是距上層平臺拱頂1.8至2.0米。完成所有工作之后，就可以進行測試。發射及接受天線要緊靠于檢測面，根據事先規劃好的測線的順序檢測。檢測所得數據經過處理系統一系列的步驟進行處理后，最后得到雷達波型圖。分析判定雷達波型圖像，得到隧道的襯砌厚度、滲水及脫空等病害的分布資料，及結構物中材料的分布狀況，從而達到對隧道質量的監控。

3.結束語

在隧道檢測的過程中運用地質雷達檢測技術，能夠快速、有效地實現脫空范圍、襯砌開裂、襯砌厚度等探測，于施工方能夠及時有效地加固措施避免事故產生，為消除事故隱患提供了科學依據，保障了隧道的正常營運及安全使用。地質雷達作為一項分辨率高、效率高無損的新檢測技術，其安全、快捷、方便的特性，使其在工程施工建設中起到了越來越重要的作用，同時隨著電子技術的飛速發展其發展潛力也是不可估量的。我國至引進了地質雷達設備以來，對省內外的幾十個隧道先后進行了質量檢測，并都取得顯著成。另外，將地質雷達運用于隧道的質量檢測，需有豐富的經驗知識及技術要求，要正確掌握這些技能同要求，并且積累有一定的實際經驗，才能使地質雷達的作用充分的發揮。

【參考文獻】

[1]張萬里.暗挖隧道施工安全控制淺談[J].山西建筑.2011(01).

[2]王繼果，董祥，周峰.地質雷達探測技術優化分析[J].四川建筑科學研究.2011(01).

地質雷達范文第5篇

關鍵詞：地質雷達技術埋地管道缺陷探查

中圖分類號： F407 文獻標識碼： A

1地質雷達探查技術簡介

地質雷達(Ground Penetrating Radar,簡稱GPR) 也稱探地雷達，是一種新興的地下探測與混凝土建筑物無損探查設備，它是利用寬頻帶高頻電磁波信號探測介質結構分布的非破壞性的探測儀器，是目前國內外用于測量混凝土內部缺陷最先進、最便捷的儀器之一，天線屏蔽干擾小，探測范圍廣，分辨率高，具有實時數據處理和信號增強，可進行連續透視掃描，現場實時顯示二維彩色圖像。地質雷達工作示意圖見圖1。

圖1 地質雷達工作示意圖

地質雷達技術(Ground Penetrating Radar Method)是利用雷達發射天線向建筑物發射高頻脈沖電磁波，由接收天線接收目的體的反射電磁波，探測目的體分布的一種勘測方法。其實際是利用介質等電磁波的反射特性，對介質內部的構造和缺陷(或其他不均勻體)進行探測。

地質雷達通過雷達天線對隱蔽目標體進行全斷面掃描的方式獲得斷面的掃描圖像，具體工作原理是：當雷達系統利用天線向地下發射寬頻帶高頻電磁波，電磁波信號在介質內部傳播時遇到介電差異較大的介質界面時，就會發生反射、透射和折射。兩種介質的介電常數差異越大，反射的電磁波能量也越大；反射回的電磁波被與發射天線同步移動的接收天線接收后，由雷達主機精確記錄下反射回的電磁波的運動特征，再通過信號技術處理，形成全斷面的掃描圖，工程技術人員通過對雷達圖像的判讀，判斷出地下目標物的實際結構情況。地質雷達工作原理示意圖見圖2。

圖2 地質雷達工作原理示意圖

電磁波的傳播取決于介質的電性，介質的電性主要有電導率μ和介電常數ε，前者主要影響電磁波的穿透(探測)深度，在電導率適中的情況下，后者決定電磁波在該物體中的傳播速度，因此，所謂電性介面也就是電磁波傳播的速度介面。不同的地質體(物體)具有不同的電性，因此，在不同電性的地質體的分界面上，都會產生回波?；灸繕梭w探測原理見圖3。

圖3 基本目標體探測原理示意圖

2地質雷達探查實例簡介

（1）探查部位

探查部位為某引水工程玻璃鋼夾砂管道。對存在滲漏、管道底板起鼓、裂縫等缺陷的問題管道，采用數字地質雷達進行管道脫空探查、管材內部及管材與基礎結合面探查。

（2）探查設備及人員安排

地質雷達探查采用瑞典RAMAC/GPR ProEx型數字地質雷達，配備500 MHz、800 MHz和1.6 GHz屏蔽天線，探查深度分別為3m、1.2m、0.3m。現場探查工作方式為連續探測，采用距離觸發模式?，F場探查時安排3人，1人負責主機操作，1人負責操作天線，1人負責現場照明。

3地質雷達探查結果分析

（1）管道基礎缺陷雷達圖像

該管道基礎不密實，存在局部脫空、典型裂隙、管底孔洞等基礎缺陷。

現場對地質雷達探查發現的管底脫空的管道進行了敲擊驗證，敲擊驗證表明，地質雷達判斷有脫空的管道底板敲擊有空鼓聲，但范圍均不大，寬度均小于0.5m，沿管線并不連續，有間隔，顯示脫空范圍均不大，目前尚不構成危害。管道承插口部位雷達圖像全部異常，與承插口之間的縫隙有關?？p隙的兩界面反射信號強，時程差小，因此在承插口部位下部基礎仍有強反射界面信號，但不表示承插口部位下部基礎不密實。見圖4。

管底基礎2m深范圍內雷達圖像明顯異常，出現連續、多次強反射信號，推定為原管道基礎問題。鑒于同相軸呈平弧形，時程差較小，顯示基礎內有層間水平裂隙，可能是該管段基礎換填采用了塊石，由塊石層間縫隙造成，也不排除原基礎為富水不密實區域。見圖5。

深度0.5m至1.0m存在典型基礎裂隙，該管段基礎不密實。見圖6。

深度1.5m范圍內圖像異常，推斷管底部存在空洞。見圖7。

圖4 管道基礎局部脫空雷達圖像 圖5管道基礎不密實區域雷達圖像

圖6 管道基礎裂隙區雷達圖像 圖7管底孔洞雷達圖像

（2）管道鼓包和裂隙雷達圖像

玻璃鋼夾砂管與鋼管連接處，距離插口85cm，管身左腰位置有直徑25cm的鼓包，鼓包中間有環向裂縫，圖8為鼓包和裂隙處現場照片。鼓包處雷達圖像解釋：順水流方向測線顯示，鼓包裂縫下游側深度0.1m至0.4m范圍內存在典型的不密實區域，有基礎裂隙。環向測線顯示，沿鼓包裂縫深度0.15m至0.45m范圍內存在典型的不密實區域。鑒于不密實區域較小，可對玻璃鋼夾砂管鼓包裂縫部位進行修補，不進行灌漿處理。圖9和圖10為鼓包和裂隙順水流方向測線和環向測線雷達圖像。

圖8 鼓包和裂縫照片

圖9 鼓包和裂隙順水流方向測線雷達圖像 圖10 鼓包和裂隙環向測線雷達圖像

（3）管道承插口滲漏圖像

承插口涌水較為嚴重，現場照片見圖11。承插口雷達圖像解釋：順水流方向雷達圖像顯示，測線4.6m到5.3m段的70 cm長度為承插口段，深度0.1m至0.6m區域為典型的不密實區域，黃線位置的波形圖顯示，深度0至0.2m范圍雷達波振幅接近為零，說明富含水。環向雷達圖像黃線位置的波形圖顯示，深度0至0.25m范圍內部沒有振幅，說明富含水。表明該承插口滲漏部位已形成滲漏通道，通道寬度為60cm，深度20～25cm。建議立即進行灌漿處理，封閉滲漏通道。圖12和圖13為承插口順水流方向測線和環向測線雷達圖像。

圖11 承插口滲漏照片

圖12 承插口順水流方向測線雷達圖像 圖13 承插口環向測線雷達圖像

（4）探查結論

雷達探查圖像顯示，該管道基礎不密實，存在局部脫空，敲擊驗證有空鼓聲，寬度均小于0.5m，單節管道沿管線方向脫空不連續，有間隔，顯示脫空范圍均不大，目前尚不構成危害。

管道存在鼓包和裂隙，該部位雷達探查顯示，不密實區域較小，可對玻璃鋼夾砂管鼓包裂縫部位進行修補，不進行灌漿處理。

承插口滲漏部位已形成滲漏通道，通道寬度60cm，深度20cm，需在恢復通水前進行灌漿處理，封閉滲漏通道。

4 結語

此次實際工程地質雷達探查結果證明，地質雷達技術是探查埋地管道缺陷的可靠方法，對于存在滲漏、管道底板起鼓、裂縫等缺陷的問題管道，可以采用數字地質雷達進行管道基礎脫空探查、管材內部及管材與基礎結合面探查，該方法可實現埋地管道缺陷的快速無損診斷。

參考文獻

[1] 中國水利水電科學研究院，深圳北部水源工程2012年停水檢修玻璃鋼夾砂管缺陷探查報告，2013.3.

[2] 冷興武等，現行RPM管道標準中存在的若干問題，哈爾濱玻璃鋼研究院，2007.3.