提高地質雷達對鐵路路基和隧道病害檢測工作質量的對策分析

楊慧

摘 要：該文簡述了地質雷達檢測工作原理，從地質雷達在鐵路路基和隧道病害檢測的應用實際出發，重點在天線選配、測線設計、參數設置、操作等影響檢測結果因素方面進行對策分析，提出提高檢測工作質量的建議，并歸納了一些常見特征圖譜。

關鍵詞：地質雷達 鐵路路基 隧道 病害檢測

中圖分類號：P641 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（a）-0086-04

地質雷達無損檢測是近年來迅速發展起來的一項高端檢測技術，現已應用于鐵路、公路、水利、電力、采礦、航空等諸多領域，用來解決場地勘查、工程質量檢測、病害診斷和超前預報等問題。近年來，地質雷達檢測技術在鐵路工程，特別是在鐵路路基病害和隧道質量檢測中得到廣泛應用和推廣，通過分析雷達圖譜，可直觀反應出道床、基床的幾何形態，檢查路基下沉、路基翻漿冒泥、隧道襯砌厚度、襯砌背后空洞、襯砌混凝土密實度及鋼筋、鋼架分布情況等不同類型的病害，判斷病害的類型、程度、位置及范圍。地質雷達無損檢測技術以其非破壞性探測、抗干擾性強、分辨率高、操作方便、圖像直觀等優勢，已成為排查隱蔽工程安全隱患，確保鐵路工程質量的重要手段。然而，在應用地質雷達進行路基和隧道病害檢測的實際工作中，也暴露出測線設計、參數設置、天線選配、操作等因素對檢測結果準確性的影響。本文根據實際工作體會，著重就上述影響因素進行分析，探討提高地質雷達檢測工作質量的對策，并給出一些典型病害圖譜。

1 地質雷達檢測工作原理及儀器設備簡介

地質雷達由一體化主機、天線及配套軟件等部分組成。根據電磁波在有耗介質中的傳播特性，地質雷達以寬頻帶短脈沖的形式向介質內發射高頻電磁波，當遇到不均勻體界面時會反射部分電磁波，其反射系數由介質的相對介電常數決定，通過對雷達主機所接收的反射信號進行處理和圖像解譯，達到識別隱蔽目標物的目的[1]。在鐵路路基病害和隧道質量檢測中，由于填筑時路基或隧道襯砌采用的填料與施工工藝基本相同，因此沿縱向、橫向材質應該是均勻的，其雷達圖像特征也應基本相同，即雷達圖像同相軸應該是連續的，出現病害后，路基或隧道襯砌介質和分層界面發生變異或異常，其特征在雷達圖譜上均得到顯現，從中可以提取出病害類型、位置、范圍、嚴重程度等信息。

目前，國內、外用于檢測鐵路路基、隧道的地質雷達主機種類型號較多，有車載式和便攜式、單通道和多通道之分。由于檢測任務和對象的不同，雷達主機配套天線按照中心頻率的不同又分為多種，根據電磁波信號耦合方式的不同，主機配套天線又分為地面耦合、空氣耦合和空氣地面雙耦合等多種。如美國勞雷公司可選配100 MHz、400 MHz和900 MHz普通屏蔽天線的SIR-3000型便攜式單通道地質雷達，意大利IDS公司可選配400 MHz和900 MHz空氣地面雙耦合天線的RIS-K2 FASTWAVE型地質雷達等。

2 影響地質雷達檢測的因素及對策分析

2.1 天線選配

天線中心頻率的正確選擇是能否檢測出目標物體的關鍵。地質雷達波有高、中、低三種頻率，頻率高的電磁波波長較短，衰減較快，因此探測深度較淺，但分辨率較高；相反，頻率低的電磁波波長較大，衰減較慢，探測深度也較大，但分辨能力相對較弱[2]。一般，地質雷達的天線頻率可根據探測目標深度以及目標尺寸等因素，按下式計算天線中心頻率：

上式中：為空間分辨率（即地質雷達能檢測到目標的最小尺寸），—為介質的相對介電常數。

地質雷達進行鐵路路基、隧道檢測時，根據被測體的主要介質成分、外貌特征和探測深度要求合理選擇雷達天線。天線不同，其適用的探測范圍也不相同。有的適合探測深度較淺，分辨率較高的任務，如探測混凝土內部的鋼筋分布情況、空洞、縫隙和管道分布等；有的適合探測深度較深的任務，如進行工程地質調查、鐵路路基病害探測等。實際檢測時，應根據實際測量對象的不同并同時考慮圖像分辨率因素來設置地質雷達中心頻率，選配相應天線。在實踐應用中表明，在路基和隧道檢測中常用的天線頻率為400 MHz～1600 MHz天線。其中1600 MHz天線探的較淺，可以檢測到0～0.5 m深度范圍，以毫米級分辨率檢測出襯砌的厚度、襯砌內部的細小空洞、裂隙等缺陷，對于檢測多層目標和病害分類具有更好的效果，也適用于查找二襯中的鋼筋及病害。400 MHz和600 MHz天線探的較深，一般有效檢測深度范圍為0～3 m，用于檢測隧道襯砌背后的脫空情況、圍巖情況、鋼拱架的分布、襯砌厚度等，檢測路基局部下沉、橋頭下沉、道床含水、基床起伏等。具體操作中則需根據檢測項目的側重來選擇合適頻率，如若對襯砌厚度和路基病害檢測精度要求比較高，目標體深度較淺時，則常選取900 MHz、1000 MHz的天線[3]；若同時要求檢測襯砌和路基內部的項目較多、深度較大時，常選用400 MHz～600 MHz天線。

2.2 測線設計

設置測線是地質雷達進行病害檢測的關鍵環節，合理布置并及時優化雷達測線可提高雷達檢測質量。測線設計是否合理直接關系到能否最大程度地減小干擾，為圖譜分析提供準確反映病害特征的電磁波信號，在檢測開始前，應根據被測體的外貌特征和介質成分，綜合考慮各種干擾因素，合理設計測線，在條件允許時可從不同位置和方向的側立面進行雷達測線布置。地質雷達進行鐵路路基檢測時，測程較長時一般采用車載雷達，車載雷達通常以軌道車為載體，雷達測線應布置在縱向道心和軌道砟肩處，在疑是局部路基塌陷或脫空區域，適當增加橫向測線的布置。同時，還要注意在起始位置和結束位置處打標記，尤其是應用車載雷達進行快速檢測時，遇到橋、涵、隧等建筑物都要做好標記，為后續分析圖譜工作提供準確的里程卡控標志。地質雷達進行隧道檢測時，雷達測線一般布置為5條，即拱頂、左拱腰、右拱腰、左邊墻和右邊墻分別布置一條測線。為了保證雷達圖像上各測點位置與實際檢測里程位置相對應，檢測之前要在隧道邊墻上用紅油漆每5 m作一個標記，并標出每點的具體里程以供分析圖譜時核對里程。在遇到避車洞、人洞及施工現場其他原因引起的不能檢測的部位時，也要標出具體里程。當雷達天線經過各標記時，由操作人員向儀器輸入打標信號。endprint

需特別說明的是，雷達信號從低導電率的介質中通過時，得到的雷達圖譜水平干擾小，雷達圖譜效果好，雷達信號從高導電率的介質中通過時，得到的雷達圖譜水平干擾大，雷達圖譜效果差。所以，在進行雷達病害檢測時，要盡量避開高電導率介質體的干擾，如高密度配筋混凝土墻體。高密度配筋混凝土墻體形成高導電率的金屬屏蔽墻，產生屏蔽效應，雷達發射的電磁波被大量吸收或反射，被測體內部病害區域反射的雷達回波信號受到強烈干擾，大幅衰減，致使采集到的圖譜失真，無法有效檢測病害。

2.3 參數設置

（1）時窗的選擇。

時窗設置主要取決于最大探測深度與地層電磁波傳輸速度，時窗的選取原則是既不能選的太小而丟掉重要數據，也不能選的太大而降低垂向分辨率。雷達系統通常增加時窗的選用值，主要考慮目標在深度上的變化及電磁波在地層傳輸速度變化而留出余量。一般選取探測深度為目標深度的1.5倍，以目標體的反射信號大約處在采樣時窗的1/3～2/3范圍內為宜，避免將來信號處理可能造成的邊緣干擾。如電磁波在巖土介質中傳播的平均速度為0.1 m/ns，則20 ns相當于1 m的探測深度，若要探測30 m深度，為保證目標深度處的地質信息完整性，時窗可增加10%左右，可設時窗為600～660 ns。

（2）采樣率的選擇。

采樣率記錄反射波采樣點之間的時間間隔，理論上不低于2倍的最高反射波頻率，但為了更完整的記錄地質雷達回波，采樣率一般選取6倍天線中心頻率或更高，如SIR雷達系統建議采樣率為天線中心頻率的10倍。

（3）掃描速率。

掃描速率為每秒掃描采集的掃描線記錄數，掃描速率大時掃描線密集，可以提高天線的移動速度。掃描速率確定后，根據探測目標體尺度決定天線的移動速度，估算移動速度的原則是要保證最小的探測目標內至少有20條掃描線。

（4）增益調節。

為補償介質對雷達電磁波的吸收和抑制雜波，通常應進行增益調節。增益調節分自動增益或手動增益。增益調節要使記錄線上不同時段根據雷達電磁波補償要求有不同的放大倍數，確保多數反射信號強度達到滿度的60%～70%，使各段信號都能清楚顯現出來。增益點之間變化要求是線性的，增益大小的調節要求平滑，以免因增益劇增造成“強反射”假象，增益太大將造成削頂，增益太小將丟失弱小信號。

2.4 操作注意事項

采用普通屏蔽天線進行路基檢測時，要求雷達天線貼緊被測體施測，施測過程中要盡量避免金屬體對雷達信號的干擾。有時為了避免道砟過高或道砟上存有異物可能損壞雷達天線，一般采用空氣耦合型天線，把雷達天線固定在軌道車上，雷達天線可相對路基懸空50 cm進行施測。所以，路基檢測時優先選用空氣耦合型天線進行檢測。

隧道檢測中要求雷達天線緊貼襯砌表面進行施測。目前，隧道檢測多數以皮卡車或裝載機為移動工具，焊接一個鋼架，人站在車上或鋼架上，手托雷達天線進行施測。檢測過程中，由于現場因素皮卡車或裝載機頻繁晃動，導致手托天線的人員也跟著晃動，這樣不僅存在人身安全隱患，而且雷達天線與襯砌表面也會接觸不良，影響檢測效果。所以在進行隧道檢測時，建議設計一個便攜式雷達天線支架，天線托架可以利用彈簧頂壓裝置，控制天線與被測體的緊貼度。這樣既保證了人身安全，又可提高雷達檢測質量。

3 常見特征圖譜

由于施工工藝和所用材料不同，鐵路路基和隧道產生的典型病害類型也不盡相同。路基工程通常因為局部強度不足，基床受水軟化，承受不同動載荷等因素，產生下沉、不密實、翻漿冒泥和含水等典型病害。部分在建或已運行鐵路隧道工程都不同程度地出現了滲漏、襯砌開裂、襯砌與圍巖結合不密實等問題，在隧道檢測中會出現脫空、局部裂縫、混凝土不密實、襯砌厚度不足、鋼架和鋼筋間距不符合設計要求等典型病害。以下圖譜都是地質雷達在鐵路路基、隧道檢測的實際工作中，遇到的典型特征圖譜，對判斷被測對象特征形態或病害類型有較大幫助，對提高地質雷達檢測質量具有一定的參考價值。

3.1 路基檢測中的典型病害

（1）正常路基。見圖1。

（2）路基下沉。見圖2。

（3）路基不密實。如圖3。

（4）路基含水。如圖4。

（5）路基中的空洞。

圖5為某鐵路路基雷達空洞試驗時所測路基中空洞圖像。圖中紅線之間為空洞位置，檢測效果非常明顯。（圖3～圖5）

3.2 隧道檢測中的典型病害分析

（1）隧道中的鋼架。

圖6為雷達圖譜反映出的隧道襯砌中鋼架的分布情況。圖中分散的月牙形強反射信號為隧道混凝土襯砌中的鋼架。通過兩標之間的距離來判斷鋼架間距是否合格。（圖6）

（2）隧道中的鋼筋。

圖7為雷達圖譜反應出隧道襯砌中鋼筋的分布情況。混凝土襯砌中鋼筋網分布鋼筋的反射信號在雷達圖譜上表現為連續的小雙曲線形強反射信號，從圖譜上可以清楚的看到鋼筋的位置及數量。（圖7）

（3）隧道襯砌中的空洞。

圖8雷達圖譜反應出隧道襯砌中的空洞圖像。混凝土界面反射信號強，三振相明顯，在其下部仍有強反射信號，兩組信號時程差較大時判定為脫空。（圖8）

（4）隧道襯砌中的不密實。

圖9為雷達圖譜反應出隧道襯砌中混凝土的不密實。隧道混凝土襯砌噴射時若不密實，襯砌界面的強反射信號同相軸呈繞射弧形，且不連續，較分散。（圖9）

（5）隧道襯砌的厚度。

圖10為雷達圖譜反應出隧道襯砌的襯砌厚度。地質雷達檢出的隧道混凝土襯砌厚度，雷達圖譜上方的黑白界面相間處判定為二襯起始點，到鋼架頂面之間的距離為二襯的厚度，厚度值精度可精確到厘米級。（圖10）

4 結語

目前，地質雷達無損檢測技術相對成熟，在鐵路行業，其憑借快速、準確、高效等優點已成為排查隱蔽工程安全隱患，確保鐵路工程質量的重要手段。在地質雷達檢測的實際工作中，由于被測體所處地質結構的復雜性和環境干擾的不確定性，加劇了許多病害圖譜分析的復雜程度，技術人員應通過大量的試驗、模擬驗證和實測工作，積累實踐經驗，不斷提高檢測準確性，為鐵路相關部門進行工程質量檢驗，維護、整治病害提供可靠依據。

參考文獻

[1] 郭小鳳，曾光宇，周巍.地質雷達在隧道襯砌厚度檢測中的應用[J].核電子學與探測技術，2011，10（31）：1131-1134.

[2] 曾昭發，劉四新，馮晅，等.探地雷達原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2010.

[3] 李子奇，樊燕燕.地質雷達在隧道襯砌質量檢測中的應[J].蘭州交通大學學報（自然科學版），2006，3（25）：48-51.endprint

需特別說明的是，雷達信號從低導電率的介質中通過時，得到的雷達圖譜水平干擾小，雷達圖譜效果好，雷達信號從高導電率的介質中通過時，得到的雷達圖譜水平干擾大，雷達圖譜效果差。所以，在進行雷達病害檢測時，要盡量避開高電導率介質體的干擾，如高密度配筋混凝土墻體。高密度配筋混凝土墻體形成高導電率的金屬屏蔽墻，產生屏蔽效應，雷達發射的電磁波被大量吸收或反射，被測體內部病害區域反射的雷達回波信號受到強烈干擾，大幅衰減，致使采集到的圖譜失真，無法有效檢測病害。

2.3 參數設置

（1）時窗的選擇。

時窗設置主要取決于最大探測深度與地層電磁波傳輸速度，時窗的選取原則是既不能選的太小而丟掉重要數據，也不能選的太大而降低垂向分辨率。雷達系統通常增加時窗的選用值，主要考慮目標在深度上的變化及電磁波在地層傳輸速度變化而留出余量。一般選取探測深度為目標深度的1.5倍，以目標體的反射信號大約處在采樣時窗的1/3～2/3范圍內為宜，避免將來信號處理可能造成的邊緣干擾。如電磁波在巖土介質中傳播的平均速度為0.1 m/ns，則20 ns相當于1 m的探測深度，若要探測30 m深度，為保證目標深度處的地質信息完整性，時窗可增加10%左右，可設時窗為600～660 ns。

（2）采樣率的選擇。

采樣率記錄反射波采樣點之間的時間間隔，理論上不低于2倍的最高反射波頻率，但為了更完整的記錄地質雷達回波，采樣率一般選取6倍天線中心頻率或更高，如SIR雷達系統建議采樣率為天線中心頻率的10倍。

（3）掃描速率。

掃描速率為每秒掃描采集的掃描線記錄數，掃描速率大時掃描線密集，可以提高天線的移動速度。掃描速率確定后，根據探測目標體尺度決定天線的移動速度，估算移動速度的原則是要保證最小的探測目標內至少有20條掃描線。

（4）增益調節。

為補償介質對雷達電磁波的吸收和抑制雜波，通常應進行增益調節。增益調節分自動增益或手動增益。增益調節要使記錄線上不同時段根據雷達電磁波補償要求有不同的放大倍數，確保多數反射信號強度達到滿度的60%～70%，使各段信號都能清楚顯現出來。增益點之間變化要求是線性的，增益大小的調節要求平滑，以免因增益劇增造成“強反射”假象，增益太大將造成削頂，增益太小將丟失弱小信號。

2.4 操作注意事項

采用普通屏蔽天線進行路基檢測時，要求雷達天線貼緊被測體施測，施測過程中要盡量避免金屬體對雷達信號的干擾。有時為了避免道砟過高或道砟上存有異物可能損壞雷達天線，一般采用空氣耦合型天線，把雷達天線固定在軌道車上，雷達天線可相對路基懸空50 cm進行施測。所以，路基檢測時優先選用空氣耦合型天線進行檢測。

隧道檢測中要求雷達天線緊貼襯砌表面進行施測。目前，隧道檢測多數以皮卡車或裝載機為移動工具，焊接一個鋼架，人站在車上或鋼架上，手托雷達天線進行施測。檢測過程中，由于現場因素皮卡車或裝載機頻繁晃動，導致手托天線的人員也跟著晃動，這樣不僅存在人身安全隱患，而且雷達天線與襯砌表面也會接觸不良，影響檢測效果。所以在進行隧道檢測時，建議設計一個便攜式雷達天線支架，天線托架可以利用彈簧頂壓裝置，控制天線與被測體的緊貼度。這樣既保證了人身安全，又可提高雷達檢測質量。

3 常見特征圖譜

由于施工工藝和所用材料不同，鐵路路基和隧道產生的典型病害類型也不盡相同。路基工程通常因為局部強度不足，基床受水軟化，承受不同動載荷等因素，產生下沉、不密實、翻漿冒泥和含水等典型病害。部分在建或已運行鐵路隧道工程都不同程度地出現了滲漏、襯砌開裂、襯砌與圍巖結合不密實等問題，在隧道檢測中會出現脫空、局部裂縫、混凝土不密實、襯砌厚度不足、鋼架和鋼筋間距不符合設計要求等典型病害。以下圖譜都是地質雷達在鐵路路基、隧道檢測的實際工作中，遇到的典型特征圖譜，對判斷被測對象特征形態或病害類型有較大幫助，對提高地質雷達檢測質量具有一定的參考價值。

3.1 路基檢測中的典型病害

（1）正常路基。見圖1。

（2）路基下沉。見圖2。

（3）路基不密實。如圖3。

（4）路基含水。如圖4。

（5）路基中的空洞。

圖5為某鐵路路基雷達空洞試驗時所測路基中空洞圖像。圖中紅線之間為空洞位置，檢測效果非常明顯。（圖3～圖5）

3.2 隧道檢測中的典型病害分析

（1）隧道中的鋼架。

圖6為雷達圖譜反映出的隧道襯砌中鋼架的分布情況。圖中分散的月牙形強反射信號為隧道混凝土襯砌中的鋼架。通過兩標之間的距離來判斷鋼架間距是否合格。（圖6）

（2）隧道中的鋼筋。

圖7為雷達圖譜反應出隧道襯砌中鋼筋的分布情況。混凝土襯砌中鋼筋網分布鋼筋的反射信號在雷達圖譜上表現為連續的小雙曲線形強反射信號，從圖譜上可以清楚的看到鋼筋的位置及數量。（圖7）

（3）隧道襯砌中的空洞。

圖8雷達圖譜反應出隧道襯砌中的空洞圖像。混凝土界面反射信號強，三振相明顯，在其下部仍有強反射信號，兩組信號時程差較大時判定為脫空。（圖8）

（4）隧道襯砌中的不密實。

圖9為雷達圖譜反應出隧道襯砌中混凝土的不密實。隧道混凝土襯砌噴射時若不密實，襯砌界面的強反射信號同相軸呈繞射弧形，且不連續，較分散。（圖9）

（5）隧道襯砌的厚度。

圖10為雷達圖譜反應出隧道襯砌的襯砌厚度。地質雷達檢出的隧道混凝土襯砌厚度，雷達圖譜上方的黑白界面相間處判定為二襯起始點，到鋼架頂面之間的距離為二襯的厚度，厚度值精度可精確到厘米級。（圖10）

4 結語

目前，地質雷達無損檢測技術相對成熟，在鐵路行業，其憑借快速、準確、高效等優點已成為排查隱蔽工程安全隱患，確保鐵路工程質量的重要手段。在地質雷達檢測的實際工作中，由于被測體所處地質結構的復雜性和環境干擾的不確定性，加劇了許多病害圖譜分析的復雜程度，技術人員應通過大量的試驗、模擬驗證和實測工作，積累實踐經驗，不斷提高檢測準確性，為鐵路相關部門進行工程質量檢驗，維護、整治病害提供可靠依據。

參考文獻

[1] 郭小鳳，曾光宇，周巍.地質雷達在隧道襯砌厚度檢測中的應用[J].核電子學與探測技術，2011，10（31）：1131-1134.

[2] 曾昭發，劉四新，馮晅，等.探地雷達原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2010.

[3] 李子奇，樊燕燕.地質雷達在隧道襯砌質量檢測中的應[J].蘭州交通大學學報（自然科學版），2006，3（25）：48-51.endprint

需特別說明的是，雷達信號從低導電率的介質中通過時，得到的雷達圖譜水平干擾小，雷達圖譜效果好，雷達信號從高導電率的介質中通過時，得到的雷達圖譜水平干擾大，雷達圖譜效果差。所以，在進行雷達病害檢測時，要盡量避開高電導率介質體的干擾，如高密度配筋混凝土墻體。高密度配筋混凝土墻體形成高導電率的金屬屏蔽墻，產生屏蔽效應，雷達發射的電磁波被大量吸收或反射，被測體內部病害區域反射的雷達回波信號受到強烈干擾，大幅衰減，致使采集到的圖譜失真，無法有效檢測病害。

2.3 參數設置

（1）時窗的選擇。

時窗設置主要取決于最大探測深度與地層電磁波傳輸速度，時窗的選取原則是既不能選的太小而丟掉重要數據，也不能選的太大而降低垂向分辨率。雷達系統通常增加時窗的選用值，主要考慮目標在深度上的變化及電磁波在地層傳輸速度變化而留出余量。一般選取探測深度為目標深度的1.5倍，以目標體的反射信號大約處在采樣時窗的1/3～2/3范圍內為宜，避免將來信號處理可能造成的邊緣干擾。如電磁波在巖土介質中傳播的平均速度為0.1 m/ns，則20 ns相當于1 m的探測深度，若要探測30 m深度，為保證目標深度處的地質信息完整性，時窗可增加10%左右，可設時窗為600～660 ns。

（2）采樣率的選擇。

采樣率記錄反射波采樣點之間的時間間隔，理論上不低于2倍的最高反射波頻率，但為了更完整的記錄地質雷達回波，采樣率一般選取6倍天線中心頻率或更高，如SIR雷達系統建議采樣率為天線中心頻率的10倍。

（3）掃描速率。

掃描速率為每秒掃描采集的掃描線記錄數，掃描速率大時掃描線密集，可以提高天線的移動速度。掃描速率確定后，根據探測目標體尺度決定天線的移動速度，估算移動速度的原則是要保證最小的探測目標內至少有20條掃描線。

（4）增益調節。

為補償介質對雷達電磁波的吸收和抑制雜波，通常應進行增益調節。增益調節分自動增益或手動增益。增益調節要使記錄線上不同時段根據雷達電磁波補償要求有不同的放大倍數，確保多數反射信號強度達到滿度的60%～70%，使各段信號都能清楚顯現出來。增益點之間變化要求是線性的，增益大小的調節要求平滑，以免因增益劇增造成“強反射”假象，增益太大將造成削頂，增益太小將丟失弱小信號。

2.4 操作注意事項

采用普通屏蔽天線進行路基檢測時，要求雷達天線貼緊被測體施測，施測過程中要盡量避免金屬體對雷達信號的干擾。有時為了避免道砟過高或道砟上存有異物可能損壞雷達天線，一般采用空氣耦合型天線，把雷達天線固定在軌道車上，雷達天線可相對路基懸空50 cm進行施測。所以，路基檢測時優先選用空氣耦合型天線進行檢測。

隧道檢測中要求雷達天線緊貼襯砌表面進行施測。目前，隧道檢測多數以皮卡車或裝載機為移動工具，焊接一個鋼架，人站在車上或鋼架上，手托雷達天線進行施測。檢測過程中，由于現場因素皮卡車或裝載機頻繁晃動，導致手托天線的人員也跟著晃動，這樣不僅存在人身安全隱患，而且雷達天線與襯砌表面也會接觸不良，影響檢測效果。所以在進行隧道檢測時，建議設計一個便攜式雷達天線支架，天線托架可以利用彈簧頂壓裝置，控制天線與被測體的緊貼度。這樣既保證了人身安全，又可提高雷達檢測質量。

3 常見特征圖譜

由于施工工藝和所用材料不同，鐵路路基和隧道產生的典型病害類型也不盡相同。路基工程通常因為局部強度不足，基床受水軟化，承受不同動載荷等因素，產生下沉、不密實、翻漿冒泥和含水等典型病害。部分在建或已運行鐵路隧道工程都不同程度地出現了滲漏、襯砌開裂、襯砌與圍巖結合不密實等問題，在隧道檢測中會出現脫空、局部裂縫、混凝土不密實、襯砌厚度不足、鋼架和鋼筋間距不符合設計要求等典型病害。以下圖譜都是地質雷達在鐵路路基、隧道檢測的實際工作中，遇到的典型特征圖譜，對判斷被測對象特征形態或病害類型有較大幫助，對提高地質雷達檢測質量具有一定的參考價值。

3.1 路基檢測中的典型病害

（1）正常路基。見圖1。

（2）路基下沉。見圖2。

（3）路基不密實。如圖3。

（4）路基含水。如圖4。

（5）路基中的空洞。

圖5為某鐵路路基雷達空洞試驗時所測路基中空洞圖像。圖中紅線之間為空洞位置，檢測效果非常明顯。（圖3～圖5）

3.2 隧道檢測中的典型病害分析

（1）隧道中的鋼架。

圖6為雷達圖譜反映出的隧道襯砌中鋼架的分布情況。圖中分散的月牙形強反射信號為隧道混凝土襯砌中的鋼架。通過兩標之間的距離來判斷鋼架間距是否合格。（圖6）

（2）隧道中的鋼筋。

圖7為雷達圖譜反應出隧道襯砌中鋼筋的分布情況。混凝土襯砌中鋼筋網分布鋼筋的反射信號在雷達圖譜上表現為連續的小雙曲線形強反射信號，從圖譜上可以清楚的看到鋼筋的位置及數量。（圖7）

（3）隧道襯砌中的空洞。

圖8雷達圖譜反應出隧道襯砌中的空洞圖像。混凝土界面反射信號強，三振相明顯，在其下部仍有強反射信號，兩組信號時程差較大時判定為脫空。（圖8）

（4）隧道襯砌中的不密實。

圖9為雷達圖譜反應出隧道襯砌中混凝土的不密實。隧道混凝土襯砌噴射時若不密實，襯砌界面的強反射信號同相軸呈繞射弧形，且不連續，較分散。（圖9）

（5）隧道襯砌的厚度。

圖10為雷達圖譜反應出隧道襯砌的襯砌厚度。地質雷達檢出的隧道混凝土襯砌厚度，雷達圖譜上方的黑白界面相間處判定為二襯起始點，到鋼架頂面之間的距離為二襯的厚度，厚度值精度可精確到厘米級。（圖10）

4 結語

目前，地質雷達無損檢測技術相對成熟，在鐵路行業，其憑借快速、準確、高效等優點已成為排查隱蔽工程安全隱患，確保鐵路工程質量的重要手段。在地質雷達檢測的實際工作中，由于被測體所處地質結構的復雜性和環境干擾的不確定性，加劇了許多病害圖譜分析的復雜程度，技術人員應通過大量的試驗、模擬驗證和實測工作，積累實踐經驗，不斷提高檢測準確性，為鐵路相關部門進行工程質量檢驗，維護、整治病害提供可靠依據。

參考文獻

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