地質雷達在隧道工程無損檢測中的應用與探究

嚴孝平

(浙江省交通集團檢測科技有限公司，浙江 杭州　311231)

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隧道工程

地質雷達在隧道工程無損檢測中的應用與探究

嚴孝平

(浙江省交通集團檢測科技有限公司，浙江 杭州311231)

摘要：結合工程實例，針對地質雷達的探測原理及方法進行了分析，表明這一技術對隧道質量的控制起到了良好的作用。

關鍵詞：地質雷達；隧道工程；無損檢測

1地質雷達工作原理

地質雷達(GPR)技術，是一種用于確定地下介質的光譜電磁技術。地質雷達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介質界面的反射波。電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質的性質以及幾何形態而變化。因此可根據接收到波的旅行時間(也稱雙程走時)、幅度與波形資料，推斷介質結構，其工作原理示意圖如圖1。

圖1　地質雷達工作原理示意圖

1.1電磁波在介質中的傳播速度

為了確定地下界面的深度，在通過地質雷達測得反射波的行走時間基礎上，需要計算出電磁波在介質中的傳播速度v，其值的計算式為

式中：α為相位系數；σ為導電率ρ；ε為介電系數；μ為磁導率。

式中：c為電磁波在真空中的傳播速度，c=0.3m/ns；εr為相對介電常數。

上式表明對大多數非導電、非磁性介質來說，其電磁波傳播速度v主要取決于介質的相對介電常數。

1.2電磁波在介質中的吸收特性

表1　相對介電常數、導電率、傳播速度與吸收系數表

1.3電磁波的反射系數

在傳播過程中，遵循透射與反射定律，電磁波在不同的阻抗界面產生透射波和反射波，反射系數R決定了反射波能量的大小，其值為

2工程實例應用

2.1檢測參數選擇

綜合探測深度與分辨率兩方面考慮，根據地質雷達的探測深度與精度要求，本次檢測選擇1 000MHz與400MHz兩種頻率進行雷達探測。選用1 000MHz，主要是對隧道襯砌的厚度、裂隙和鋼筋分布情況進行探測，采樣深度在1m左右，采樣時窗控制在20～25ns；選用400MHz，主要是對襯砌回填情況進行探測，采樣深度在2m左右，采樣時窗控制在20～40ns。

2.2檢測線布置

地質雷達的檢測范圍應覆蓋全部隧道，考慮到平臺車的工作條件以及隧道頂部燈架，將6條探測線分別布置在隧道左右兩側通道，布置圖如圖2所示。對左2、左3和右3三條探測線選用400MHz屏蔽天線，對右1、右2和左1三條探測線綜合選用兩種頻率的屏蔽天線。

圖2　檢測橫斷面布置

2.3現場檢測工作

(1)現場檢測需要采用連續檢測；

(2)現場檢測需要保證地質雷達天線與混凝土襯砌表面緊貼，打碼標記位置保證準確；

(3)現場檢測時對探測線方向、編號、間隔和天線類型要記錄清楚，對影響雷達波探測的物體要及時、準確記錄。

2.4檢測數據處理

提高信噪比是地質雷達數據處理的主要原則，通過數據處理將檢測過程中的異常凸現出來。對于數據的處理一般分為兩個階段，第一階段就是對地質雷達記錄的數據圖像進行回放，對現場檢測的數據進行預處理，第二階段就是通過雷達專用軟件進行正式處理。對雷達檢測的圖像處理之后，圖像可以更加清晰明了的反映地質形態，如圖3。

2.5檢測數據解釋

地質雷達圖像的解釋方法有兩種，定量解釋是將已知的地質、勘探資料與檢測數據圖像相結合，從而判定襯砌層厚度；定性解釋則是對混凝土內部襯砌質量，如空洞、裂縫等進行判斷。

圖3　數據資料處理流程

3結語

地質雷達技術能夠對隧道工程質量進行快速安全的檢測，檢測過程中需要選擇合理的檢測參數、合適的頻率天線，消除現場的干擾因素，通過數據的處理對工程質量做出判定。當然地質雷達在隧道工程檢測中也存在不足，主要是因為現場環境對電磁波有一定的影響，而且檢測完成后的數據處理存在一定的誤差，因此只有通過不斷地提高檢測水平，才能讓地質雷達檢測技術在未來的隧道工程檢測中發揮更大的功效。

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.

[2]李二兵，譚躍虎，段建立.地質雷達在隧道工程檢測中的應用[J]地下空間與工程學報,2006,4,(2)97-100.

[3]陳禮偉.地質雷達檢測隧道襯砌質量中的問題研究[J].巖土力學,2003,10(24):21-23.

[4]郭有勁.地質雷達在隧道襯砌質量中的應用效果[J].地質裝備,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

中圖分類號：U446

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)03-0112-02

作者簡介：嚴孝平(1983-)，男，浙江金華人，工程師，從事試驗檢測工作。

收稿日期：2015-07-15