地質雷達在隧道檢查井探測中的應用

薄小飛

（山西省交通建設質量安全監督局，山西 太原 030006）

隧道中央排水溝是隧道結構中的重要組成部分，但在施工過程中由于施工不當可能會造成排水溝堵塞，影響結構的安全。如何快速查明中央排水溝的位置就顯得非常重要。

由于施工過程中沒有做好標記或清晰的記錄在案，使得尋找檢查井變的盲目，極大地增加了工作量。選擇合適的探測方案以及探測儀器就變得尤為重要。

1 地質雷達原理

地質雷達探測原理是其發射天線向地下連續發射脈沖式高頻電磁波，當遇到有電性差異的界面或目標體（介電常數和電導率不同）時即發生反射波和透射波。接收天線接收反射波并經電纜傳遞給主機，在主機顯示屏上形成實時的時間剖面。根據記錄到的反射波的到達時間和求得的電磁波在介質中的傳播速度，確定界面或目標體的深度；同時根據反射波的形態、強弱及其變化等因素來判定目標體的性質[1]。探測原理如圖1所示。

圖1 地質雷達探測原理示意圖

另外，根據雷達反射信號的特點可知，對于孤立的埋設物其反射的同向軸為向下開口的拋物線，有限平板界面反射的同向軸中部為平板，兩端為半支下開口拋物線[2]。該特點是判斷金屬構件的一個重要特征。反射圖像如圖2所示。

圖2 獨立埋設物反射圖像

2 工程實例

現以山西某高速公路隧道為工程實例，隧道檢查井井蓋為水泥井蓋（井蓋內有鋼筋網）和金屬井蓋。檢測儀器：采用勞雷公司的SIR-20型地質雷達并配備400 M天線；檢測方法：檢測時沿隧道中線附近貫穿整條隧道。檢測時，檢測人員時刻關注雷達圖像，發現異常點及時暫停，并將儀器向后倒退至異常點后方，以緩慢的速度重新測試一次，以確認異常點是否為井蓋。

檢測過程中，水泥井蓋反射圖像如圖3、圖4所示。

圖3 水泥井蓋雷達反射圖像

圖4 放大后的水泥井蓋雷達反射圖像

圖3為正常探測速度下水泥井蓋的雷達反射圖像，圖4為緩慢速度下水泥井蓋的放大圖像。通過圖3、圖4可知：雷達天線經過水泥井蓋時呈現出強烈的反射，并且該反射由多條拋物線組成（如圖3所示）。這是由于井蓋中敷設有鋼筋網，當鋼筋遇到雷達電磁波時會產生強烈反射，鋼筋的反射圖像呈現拋物線形狀，且水泥井蓋中的鋼筋為多條，故探測到水泥井蓋時會呈現出由多個拋物線組成的圖像。

金屬井蓋反射圖像如圖5、圖6所示。

圖5 金屬井蓋雷達反射圖像

圖6 放大后的金屬井蓋雷達反射圖像

圖5為正常探測速度下金屬井蓋的雷達反射圖像，圖6為緩慢速度下金屬井蓋的放大圖像。通過圖5、圖6可知：雷達天線經過金屬井蓋時會呈現出強烈反射，并且該反射像呈拉長后的拋物線。這是由于金屬井蓋遇到雷達電磁波產生強烈反射，且井蓋的尺寸相對較大，所以會產生中間為平板的拋物線。

通過水泥井蓋和金屬井蓋雷達圖像的對比可知：兩種情況下的雷達電磁波反射明顯，都呈現出了類似拋物線形狀的圖像，但是兩者又有許多不同之處。首先，水泥井蓋是由網狀鋼筋組成，雷達探測到的是較密集的鋼筋反射圖像，并且對雷達信號的屏蔽作用較??；其次，金屬井蓋是由整塊鋼板組成，雷達探測到的是尺寸較大的金屬的反射，雷達信號反射更強烈，并且對雷達信號的屏蔽作用明顯。

3 結論

地質雷達在隧道檢查井探測中應用效果明顯，不同的檢查井井蓋雷達反射圖像差異顯著。水泥井蓋的雷達反射圖像是較密集的鋼筋反射圖像，且對雷達信號的屏蔽作用較小；金屬井蓋的雷達信號反射更強烈，且對雷達信號的屏蔽作用明顯。能夠準確掌握不同井蓋之間雷達圖像的差異是快速判斷井蓋位置的關鍵。