基于礦山隧道開采工程的地質雷達精準測量系統設計研究

王大帥，耿文燕

（鄭州鐵路職業技術學院，河南 鄭州 450000）

1 地質雷達探測原理及特點

1.1 技術原理

地質及雷達探測技術是利用電磁技術探測地下不可見物體，實際應用中，采用高頻電磁波以寬頻帶脈沖形式將其發射到待檢測部位，并借助發射天線發射到地下或項目結構中，使用電性差異反射到地面，采利用天線接收反射信號。檢測介質中，高頻電磁波的傳播，因地質不同，內部電磁波強度與波形特性也不同。電磁波傳播中，假若介質均勻度不好，介質常數有一定差異，其表現狀態也有所不同，此種情況下根據不同介電常數判斷出現的問題[1]。因而實際檢測中，借助該地區波形收集、整理及分析，準確判斷其內部空間與結構形式。而實際操作中，要結合不同介質合理選用天線頻率[2]。

1.2 技術特點

現階段，作為一種普遍應用的隱蔽性探測技術，地質雷達技術水平比較高，但其也存在明顯的局限性與問題[3]。眾所周知，地質雷達分辨率比較高，其發射的聲波頻率高，則表明其有更快的衰減速度，整體探測深度小，隨之降低了分辨率。介質傳播中，高頻電性會直接影響到雷達電磁脈沖信號，探測深度及數據精度業余機制密切相關。所以，未來發展中，深入研發地質雷達技術，全面提高技術水平與設備精度是十分必要的[4]。

2 地質雷達技術探測步驟

2.1 探測準備工作

礦山隧道開采工程檢測前，做好地質雷達準備工作是十分必要的。首先要校準地質雷達，確保其正常運行。其次，通過天線確認受檢介質波速，對介電常數進行合理計算。第三，清理檢測能夠對地質雷達檢測波正常傳播造成影響。第四，檢測輔助工具的準備，比如檢測車與檢測架的焊制等，在進行檢測的過程當中，保持雷達天線的平穩運行，并且在檢測過程當中，天線要與檢測面緊貼。第五，檢測對象做好樁號位置標識，位置必須要準確且標識醒目，標識通常為5或10m，為檢測標示提供方便。

2.2 布置測線

地質雷達檢測過重紅，測線是天線移動路線，其要根據規范與檢測合同要求進行布置，通常包含三線、無線與七線等三種布置方法。其中三線主要指在拱頂與左右拱腰跟別布置一條測線，其是小跨徑隧道重要部位。無線主要指根據三線，結合左右拱墻，其是中跨徑礦山隧道與竣工驗收的一種測線布置方法。為了加強控制檢測力度與質量，隧道仰拱左右兩邊增加一條測線是十分必要的。

2.3 檢測數據的采集

地質雷達參數設置主要包括天線選擇、時間窗設置、增益調整、介電常數確定、頻率采樣和間隔采樣。其中，天線選擇應根據文獻設計和實際施工情況，確定探測深度，合理選擇天線。通常采用小于100Hz的屏蔽天線進行超前預測。一次襯砌用屏蔽天線900Hz，二次襯砌用屏蔽天線400Hz，路面用屏蔽天線hz1500-2000。根據探測深度和所選天線，合理選擇時窗。

探地雷達的數據采集主要包括兩種測量方法:點測量法和連續測量法，其中點測量法是指同一點探測的重復疊加，是一種具有不連續的精密測量方法。連續測量主要是指天線運動連續成像，其精度低于點測量法。在超前預測中，主要采用點測法，或點測法與連續測量法相結合。連續測量法適用于無損檢測過程，必要時可將兩種方法結合使用。探地雷達探測數據與探測長度之間存在正相關關系，因此在實際探測過程中標記必須準確，以保證探測成像與現場位置一致。在檢測工作中，主機操作員應根據檢測情況及時停止或回復檢測，以防形成不必要的數據與圖像，影響檢測結果。另外，檢測位置與段落樁號記錄要準確，以防混淆起來。

2.4 分析與應用數據

現場完成檢測中，及時分析數據是非常重要的。其分析主要包含首尾廢段的切除、平衡水平距離、檢測方向的調整、零點的調整、水平與垂直濾波、目標信號的識別、判定密實度、判定鋼架分布、襯砌厚度計算以及結果報表的形成。地質雷達技術探測后，及時為施工現場傳遞測試結果，基于該檢測結果為施工提供指導。施工單位結合探測數據及時校對，一旦檢探出發現施工存在問題，及時結合檢測結果確認與整改，以此確保礦山隧道開采工程完成施工任務后，獲得安全而穩定的施工質量。

3 礦山隧道開采工程施工中，地質雷達檢測功能與應用

3.1 檢測礦山隧道厚度

長期以來，礦山隧道開采工程施工中，礦山隧道內部土厚度分布對施工人員帶來了很大的困擾，原因在于其是項目驗收的重要指標。傳統驗收中，以鉆芯法為主，其存在一些不足，破壞性大，且監測數據缺乏代表性。自上世紀90年代以來，我國礦山隧道開采監測中，廣泛應用雷達技術解決這一問題，利用該技術有效掌握隧道內部土厚度分布情況，因其在礦山隧道檢測中，是一種無損檢測技術，因而該檢測技術的應用破壞性小、準確性高且持續性強，廣泛應用于礦山隧道工程檢測中，對隧道檢測發揮著重要的作用。

3.2 檢測密實度

礦山隧道開采工程中，混凝土不密實與背后脫空是主要問題，主要是由施工因素引起的，過度超挖、方式材料不平整、噴射時鋼筋遮擋、模板漏漿、泵送混凝土壓強抽送、混凝土配比不符合所購買水泥質量標準要求，以及惡意施工等。

傳統檢測手段無法有效檢測出隧道內礦壁密實性差的問題。應用地質雷達檢測技術，因其便于無損檢測手段，彌補了傳統檢測手段缺陷。其主要是利用連續反射波組明確礦山隧道礦壁的不密實度，反射波同相軸出現畸變，增加了振幅，波形起伏不定，結合以上特點，可確定此部位襯砌混凝土密實度不好，一旦這種情況持續就會引起脫空。

3.3 檢測鋼筋位置

工程當中混凝土中沒有鋼筋，雷達信號反射幅度差，甚至沒有界面反射信號。混凝土鋼筋，一般鋼架是月牙形反射信號強，一般鋼隔柵是不均勻小雙曲線，反射信號強，鋼筋是持續的小雙曲線，信號比較強。其判定，一方面是根據信號形狀進行確認，通常鋼筋是持續均勻出現的，收集處理圖像，以此增強判定的可信性。

4 礦山隧道檢測精確性提高的建議

4.1 詳細了解檢測區域物理情況

因礦壁層物理情況不同，電磁波相應改變，其作用影響因素包含含水量改變、測失眠平整度的檢驗、礦壁層混凝土材料比關系的改變以及襯砌層構造的改變。隧道檢驗過中，測線比較多，檢驗與測試要分多次進行。多次檢驗測試過程中，每條測線襯砌層有不同的物理情況。所以，要盡可能詳細了解施工記錄，并做好筆記，以此具體而針對性地深入分析地質雷達資料。

4.2 取芯點位安排要合理

實際施工中，檢測精確性與介電常數密切相關。隧道開采工程檢測測試中，地質雷達技術的應用的，取芯點位安排必須要合理，統計不同物理情況下襯砌層電磁波穿透速度，并分析其速度變化規律，以此控制地質雷達勘探測量引起的誤差。

4.3 對多次反射信號進行判別

眾所周知，隧道壁層厚度薄但卻復雜，其表層與內部構造層存在多次反射信號，從而難以準確判斷構造界面厚度。凹凸表面因無法密切貼合天線，也會引起多次反射信號。所以，必須要重視多次反射信號的判斷與分辨，以此提高地質雷達資料的準確性。

5 結論

綜上所述，礦山隧道開采工程檢測中，地質雷達技術是一種效率高且無視損失的科技手段，與傳統目測與打孔抽查等方法，實際檢測中，地質雷達檢測技術能夠快速而準確地獲得大量檢測數據。其無損檢測能量可及時消除施工隱患。隨著地質雷達技術的應用，數據采集、處理與系統智能化日益精進與完善，有效提高了礦山隧道開采項目質量水平，為我國礦產運輸行業發展提供了保障。