鐵路路基檢測中探地雷達應用流程研究

摘要：路基常規(guī)檢測技術無法探清路基內部的病害，鉆芯檢測對路基本身就是一種破壞，不僅加速了路基病害的發(fā)展，還給路基留下了隱患。近年來，隨著無損檢測技術的發(fā)展，探地雷達技術逐步進入了道路工作者的視野，但是對于探地雷達技術應用的優(yōu)缺點尚不明確。本文基于上述研究現(xiàn)狀，對探地雷達技術在鐵路路基檢測中的應用進行了研究。

關鍵詞：鐵路路基檢測；探地雷達；應用流程

引言

路基檢測是鐵路建設與管理中的關鍵性、基礎性技術，為工程設計、施工和養(yǎng)護提供可靠的依據(jù)，不僅對于控制工程質量至關重要，而且決定著線路維修養(yǎng)護決策的科學性，并直接影響維修養(yǎng)護資金分配的合理性。地質雷達檢測具有無損、快速、準確等優(yōu)點，非常適用于道床、基床狀態(tài)調查和病害檢測。

1、探地雷達工作原理

探地雷達系統(tǒng)主要由主機、天線、顯示器組成。天線部分一般包含發(fā)射機和接收機兩部分，發(fā)射機發(fā)射高頻電磁波信號到地下介質中，反射回來的信號被接收機接收，然后在接收機內通過A/D轉換器把模擬信號轉換成數(shù)字信號，通過傳輸線將信號傳送到主機并儲存起來供以后分析使用。

探地雷達類似探空雷達，通過發(fā)射天線以脈沖形式向地下發(fā)射高頻電磁波。由于材料成分、結構及環(huán)境不同，不同介質的地球物理性質存在較明顯的差異，使雷達波在介質的分界面上產生反射，并被接收天線接收。電磁波在兩種不同地球物理性質的介質的分界面會發(fā)生反射和折射，反射和折射能量的大小與界面上下介質的地球物理性質有關，反射波與入射波幅值比為反射系數(shù)，折射波與入射波幅值比為折射系數(shù)。

通常來說，在工程檢測中使用的探地雷達天線的主頻一般相對較高，遇到的介質多為無磁性，且以位移電流為主的介質，因此在計算電磁波在地下介質的傳播速度時只需要考慮介電常數(shù)，便可得電磁波傳播速度。填方路基中回填物大多為塊石、粘土及低標號的混凝土，采用灌漿方式處理過的路段還有水泥漿及遺留在路基中的注漿管等物，其相對介電常數(shù)一般均有不同，因而其反射波的頻率、振幅、相位也將不同，跟據(jù)發(fā)射和接收電磁波的前后變化就可以判斷灌漿效果。

2、鐵路路基檢測中探地雷達應用流程

2.1數(shù)據(jù)采集

在某工程中，為了更好的對地下水泥樁的位置進行控制和防止測線布設不合理造成的水泥樁數(shù)量誤差，在垂直路基方向（縱向）從一側邊坡到另一側邊坡布設 3 條測線，長度為實際路基縱向寬度，橫向則在縱向測線的中點布設 3 條垂直的測線，長度為 11.8 m，測點點距均為 0.1 m。

2.2數(shù)據(jù)處理

（1）圖像處理。數(shù)據(jù)經過圖像處理后，輸出清晰的探地雷達圖像，在探地雷達圖像上能夠看出不同電性的結構層和各種異常體。去除強的背景干擾和其它干擾，突出從地下反射回來的弱信號，使探地雷達圖像能清晰的顯示出有用目標。

（2）圖像解釋。人工或半自動拾取反射信息（地層反射和其它目標體反射），在已知介質的電磁波速度的情況下，可以做時-深轉換。將探地雷達圖像轉換成地質剖面（包括地層組成及厚度）與物性（含水量，空隙比等）的數(shù)據(jù)文件。

（3）參數(shù)分類和統(tǒng)計分析。根據(jù)地層介電常數(shù)，劃分地層的類型或病害類型，統(tǒng)計它們的范圍和數(shù)量，對路基狀況進行評價。參數(shù)分類和統(tǒng)計分析的前提是先要進行地層拾取，確定各層的介電常數(shù)。

2.3探地雷達圖像特征分析

（1）翻漿冒泥分析。石碴內散射部分出現(xiàn)云朵狀、波浪狀等形狀。根據(jù)翻漿冒泥出現(xiàn)的深度判斷是道床翻漿，還是路基冒泥。（2）地層結構的分析。地層的層數(shù)和厚度；填土路基、涵洞兩側路基、橋臺后路基、新老路基結合部的結構；路基中雜填物等。（3）路基面的含水情況。根據(jù)路基面的反射強度，參考該地段路基面的形狀和地形情況，人工判斷路基面的含水情況。

2.4石碴厚度分析

（1）統(tǒng)計該段線路石碴厚度的分布，是否達到線路要求。（2）發(fā)現(xiàn)路基沉降地段。（3）道碴陷槽和排水不良地段的確定。中間剖面明顯低于兩枕端剖面，在縱向上形成地洼狀，可認為道碴陷槽和排水不良地段。

2.5里程的校正

（1）長的橋梁中心

長的橋梁有護輪軌，在探地雷達圖像上有明顯的地標信號，根據(jù)兩護輪中心可確定探地雷達實測的橋梁中心里程。在工務設備表內，每座橋梁都有中心里程。將探地雷達實測的橋梁中心里程與工務設備表內橋梁都有中心里程對比，就可以得到探地雷達的定位誤差。根據(jù)定位誤差校正里程。

（2）GPS 整里程校正誤差

數(shù)據(jù)處理過程中，在整里程附近，可看到兩個里程，一個是編碼器計算的里程，一個是 GPS 給出的整里程，兩者之差為該公里的校正誤差。

3、鐵路路基檢測中探地雷達應用

3.1路面基層劇烈起伏的情況

由于局部路段基本密實度不均勻，當負荷轉移能力之間的面板出現(xiàn)受力不均勻的情況時，由于受到超重荷載的長期影響，就可能導致路面地基不均勻而加劇沉降或拱起的情況出現(xiàn)，甚至產生基層裂縫，進而就會在波動譜的雷達波形中顯現(xiàn)出其具體的性能特點。無損檢測應貫穿鐵路建設和運營管理的路基整個過程，才能便于對其進行維護，特別是在工程建設中，雷達天線的選擇也是一項重要工作內容，使用車載測量方法對路基填筑質量進行跟蹤檢測，可以及時發(fā)現(xiàn)鐵路的施工質量問題，同時也會出現(xiàn)基層損壞的狀況，由于地方基層部分壓實度不均勻，在不密實的超重負荷反復沖擊下，加之受到地表水和地下水的影響，會對路面造成嚴重的損害，表現(xiàn)為雷達雜波和雷達反射波剖面起伏不斷，并對所存在的缺陷檢測異常可以及時進行處理，通過動態(tài)的手段和方法方便對鐵路路面的路基工程質量進行適當?shù)谋O(jiān)控和管理，確保科學合理的檢測。

3.2基層高含水的情況

當鐵路路面出現(xiàn)不均勻就會導致路面部分基本密實度和填充密度較低，在寬松的條件下，可能會導致地表水入滲，加快水面積聚，同時松散的基層含水率是比較大的。因此，較大的介電常數(shù)會與周圍的介電常數(shù)存在巨大差異。之前和之后的波比在一樣的水平下也會出現(xiàn)低反射波形并在雷達剖面上的表現(xiàn)，同時部分反射波跳動的非常強，也會反映更大的能源強度的變化。路基壓實、土壤密度分布和層間水滲流量光滑，除了面板和底座之間的介電常數(shù)存在差別外，其他地方的介電常數(shù)變化小，不存在明顯的反射界面，這種情況在雷達剖面上的示波是沒有規(guī)則并呈現(xiàn)雜亂反射的圖象。

4、結語

路基檢測是鐵路和鐵路工程檢測技術新學科的重要部分，是一門快速發(fā)展的分支學科，它融檢測理論、儀器開發(fā)研制和測試操作技術及路基工程相關學科基礎知識于一體。路基檢測技術的發(fā)展，對保證工程質量和我國檢測技術的發(fā)展都具有重要意義。

參考文獻：

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