地质雷达在隧道工程无损检测中的应用与探究

严孝平

(浙江省交通集团检测科技有限公司，浙江 杭州　311231)



隧道工程

地质雷达在隧道工程无损检测中的应用与探究

严孝平

(浙江省交通集团检测科技有限公司，浙江 杭州311231)

摘要：结合工程实例，针对地质雷达的探测原理及方法进行了分析，表明这一技术对隧道质量的控制起到了良好的作用。

关键词：地质雷达；隧道工程；无损检测

1地质雷达工作原理

地质雷达(GPR)技术，是一种用于确定地下介质的光谱电磁技术。地质雷达利用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的性质以及几何形态而变化。因此可根据接收到波的旅行时间(也称双程走时)、幅度与波形资料，推断介质结构，其工作原理示意图如图1。

图1　地质雷达工作原理示意图

1.1电磁波在介质中的传播速度

为了确定地下界面的深度，在通过地质雷达测得反射波的行走时间基础上，需要计算出电磁波在介质中的传播速度v，其值的计算式为

式中：α为相位系数；σ为导电率ρ；ε为介电系数；μ为磁导率。

式中：c为电磁波在真空中的传播速度，c=0.3m/ns；εr为相对介电常数。

上式表明对大多数非导电、非磁性介质来说，其电磁波传播速度v主要取决于介质的相对介电常数。

1.2电磁波在介质中的吸收特性

表1　相对介电常数、导电率、传播速度与吸收系数表

1.3电磁波的反射系数

在传播过程中，遵循透射与反射定律，电磁波在不同的阻抗界面产生透射波和反射波，反射系数R决定了反射波能量的大小，其值为

2工程实例应用

2.1检测参数选择

综合探测深度与分辨率两方面考虑，根据地质雷达的探测深度与精度要求，本次检测选择1 000MHz与400MHz两种频率进行雷达探测。选用1 000MHz，主要是对隧道衬砌的厚度、裂隙和钢筋分布情况进行探测，采样深度在1m左右，采样时窗控制在20～25ns；选用400MHz，主要是对衬砌回填情况进行探测，采样深度在2m左右，采样时窗控制在20～40ns。

2.2检测线布置

地质雷达的检测范围应覆盖全部隧道，考虑到平台车的工作条件以及隧道顶部灯架，将6条探测线分别布置在隧道左右两侧通道，布置图如图2所示。对左2、左3和右3三条探测线选用400MHz屏蔽天线，对右1、右2和左1三条探测线综合选用两种频率的屏蔽天线。

图2　检测横断面布置

2.3现场检测工作

(1)现场检测需要采用连续检测；

(2)现场检测需要保证地质雷达天线与混凝土衬砌表面紧贴，打码标记位置保证准确；

(3)现场检测时对探测线方向、编号、间隔和天线类型要记录清楚，对影响雷达波探测的物体要及时、准确记录。

2.4检测数据处理

提高信噪比是地质雷达数据处理的主要原则，通过数据处理将检测过程中的异常凸现出来。对于数据的处理一般分为两个阶段，第一阶段就是对地质雷达记录的数据图像进行回放，对现场检测的数据进行预处理，第二阶段就是通过雷达专用软件进行正式处理。对雷达检测的图像处理之后，图像可以更加清晰明了的反映地质形态，如图3。

2.5检测数据解释

地质雷达图像的解释方法有两种，定量解释是将已知的地质、勘探资料与检测数据图像相结合，从而判定衬砌层厚度；定性解释则是对混凝土内部衬砌质量，如空洞、裂缝等进行判断。

图3　数据资料处理流程

3结语

地质雷达技术能够对隧道工程质量进行快速安全的检测，检测过程中需要选择合理的检测参数、合适的频率天线，消除现场的干扰因素，通过数据的处理对工程质量做出判定。当然地质雷达在隧道工程检测中也存在不足，主要是因为现场环境对电磁波有一定的影响，而且检测完成后的数据处理存在一定的误差，因此只有通过不断地提高检测水平，才能让地质雷达检测技术在未来的隧道工程检测中发挥更大的功效。

参考文献：

[1]薄会申.地质雷达技术实用手册[M].北京：地质出版社,2006.

[2]李二兵，谭跃虎，段建立.地质雷达在隧道工程检测中的应用[J]地下空间与工程学报,2006,4,(2)97-100.

[3]陈礼伟.地质雷达检测隧道衬砌质量中的问题研究[J].岩土力学,2003,10(24):21-23.

[4]郭有劲.地质雷达在隧道衬砌质量中的应用效果[J].地质装备,2004,2(4):21-23.

Application and study of geological radar’s non-destructive testing in tunnel engineering

YAN Xiao-ping

(Zhejiang Traffic Group Detection Technology Co., Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 311231,China)

Abstract:Combining with the engineering examples, this paper analyzes the geological radar detection principle and method. It shows that the technology takes a good effect on tunnel quality control.

Keywords:geological radar; tunnel engineering; non-destructive testing

中图分类号：U446

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)03-0112-02

作者简介：严孝平(1983-)，男，浙江金华人，工程师，从事试验检测工作。

收稿日期：2015-07-15