ＲＭＣＭ塑罂型望詈塑＝鲨鲨尘＝盐型鲨■２＝掣鲨二２盟，Ｉ—————一
地质雷达在隧道检测中的波形识别及应用
韩振中１，张文连２ ＨＡＮ Ｚｈｅｎ—ｚｈｏｎ９１．ＺＨＡＮＧ Ｗｅｎ—ｌｉａｎ２
１．贵州省交通建设工程质量监督站，贵州贵阳５５０００４ ２．江苏省滨海县公路管理站。江苏盐城２２４５００
１．Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００４，Ｇｕｉｚｈｏｕ．Ｃｈｉｎａ ２．Ｂｉｎｈａｉ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ ２２４５００，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ
（１）金属导体中电磁波几乎不能传播，它把电磁波的能 量几乎全部反射回来中，反射系数接近１，反射极强。在地质 雷达扫描记录中．钢筋本应成清晰的反射弧。呈半张开的伞 形，但受钢筋大小、测点点距及雷达分辨率的影响，实际上 多呈鱼鳞状；钢拱架为清晰的弧形多次反射。但多次反射 少；风机预埋件为强烈的多次反射，多为钢板、钢筋的反映， 异常图像宽度整齐而固定。
雷达记录资料中．同一连续界面的反射信号形成同向 轴，依据同向轴的时间、形态、强弱、方向反正等进行解释判 断是地质雷达解释的重要基础。同向轴的形态与埋藏物体 的界面形态并非完全一致，特别是边缘的反射效应，使得边 缘形态有较大的差异。对于孤立的埋设物，其反射的同向轴 为向下开口的抛物线。有限平板界面反射的同向轴中部为 平板，两端各为半支向下开口的抛物线。 ２．２．４典型目标的波形识别
的一个无量纲的物理参数．可查有关参数或测定取得。
常见媒质的物性差异［：］见表１。当发射和接收天线沿物 体表面逐点同步移动时。就能得到其内部介质剖面图像。
如表１所示。部分介质的介电常数差异较大。主要与其 岩性及其内部所含的电导体有关．混凝土的介电常数则与 其骨料及外加剂有关。
表１ 主冀媒质的物性相对差异
Ｉ法之一。 ６６ 万方数据
地质雷达由一体化主机、天线及相关配件组成。它利用 高频电磁脉冲波的反射原理来实现探测目的。属电磁波探 测技术中的一种。电磁波在介质中传播时，其路径、强度与 波形随所通过介质的电性质与几何形态的不同而变化。地 质雷达工作时．向地下介质发射一定强度的高频电磁脉冲 （几十兆赫兹至上千兆赫兹），电磁脉冲遇到不同电性介质 的分界面时即产生反射或散射．地质雷达接收并记录这些 信号［Ｉ】ｏ
憧刁—日附介绍了地质雷达的原理及波形识别方法，并结合工程实例，阐述了地质雷达在隧道检测中不同衬砌质量问题 典型雷达图像与波形识别要点，表明了地质雷达检测技术的优越性，为隧道病害治理提供了可靠的依据。 幔霜墨翌墨射Ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｒａｄａｒ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｉｔｓ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｃｏｍ— ｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃａｓｅ，ｓｏｍｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｒａｄａｒ ｉｍａｇｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｔＯ ｉｄｅｎｔｉｔｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
日 雷达目标体波形识别
团匝圜圈潮
地质雷达采用高频电磁波对隧道进行检测．隧道异常
区的特征可通过反射波的振幅来判断，位置可通过反射波
的走时确定。具体计算公式为
＾：—Ｖ—：ｖ２ｒｔ２＿ｘ２
（１）
二
ｖ＝ｃ／、／‘
（２）
式中：．Ｉｌ——异常体埋深；
Ｐ卜收＿双发程距走：时：
秽——电磁波在介质中的传播速度：
ｃＦ—＿介—电电常磁波数在，空是气表中征的物传质播的速度介：电性质或极化能力
（２）预埋管为窄而长的弧形反射。多次反射强烈且形状 一致。
（３）脱空区为空气，与混凝土和围岩的波阻抗差异很大， 反射波正、反相问，波相白、灰相间，反射很强，脱空区断续蜿 蜒，位置清晰明显，极易辨别。
（４）不密实体会有多个界面对电磁波进行多次反射，在 地质雷达剖面图上波形杂乱。同相轴错断。
（５１水与混凝土和围岩的波阻抗差异也很大，反射波 正、反相间，波相灰、白相间，反射很强，富水围岩中的雷达 反射波衰减速度和程度明显要干燥围岩中快得多［…。
空气
Ｏ．３
Ｏ
纯才ｃ
０．０３３
０。ｌ
砂岩
灰岩
０．１２
Ｏ，４一１．０
浞岩
０．０９
ｌ—１００
粉砂
பைடு நூலகம்
０．０７
ｌ～３００
花岗岩 混凝±
Ｏ．１３ Ｏ．１ｌ—Ｏ．１２
Ｏ．０ｌ—１．００
金属
Ｏ．０１７
ｌ伊
粘土 。∞锚洲删篡蛐一
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０ｍ
ｌ～３００
相邻介质介电常数差异越大．雷达波在其界面上反射
越强．反射系数
Ａ－！！ｌ二ｙ垒
［Ｊ］，建筑科学与工程学报，２００７，２４（３）：８２—８６． ［５］王永东．地质雷迭在博莱路隧道衬砌质量检测中的应用ＬＪ］．筑路机
械与施工机械化，２００６，２３（４）：４０—４２． 收稿日期：２伽１７—１２—２ｌ ［责任编辑：王玉玲］
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《筑路机械与施工机械化》杂志由长安大学主办，是介绍国内外筑养路机械以及公 路、桥梁、隧道机械化施Ｔ的专业５
（６）灰岩是一种节理、裂隙比较发育的岩体，雷达波可 将这种岩体结构清晰地显现出来，反射波高频成分较多，时 强时弱、断断续续。反映了岩体结构、产状的特征。
（７）二次衬砌、初衬与围岩之间由于物质成分与物理性 质存在较大差别，介电常数差异明显。衬砌混凝土回波较 弱。以低频为主；围岩回波多，以高频为主ｒ“。
日 工程应用实例
囵匣匮翟【团圃 某隧道全长３６０ ｍ，原设计为砌石拱，因隧道进口坍塌，
在进口段加了５０ ｍ钢筋混凝土明洞；又因砌石拱渗水严重，
ｌ ６７
ＲＭＣＭ塑鲨§塑坚誊譬盛譬盐尘盐＝＝＝兰蛮＝竺篮鲨唑譬——————一
增设了１０ ｅｍ厚的钢筋混凝土防水层；由于连续降雨，而隧 道两侧未设排水沟，排水不畅，造成边墙渗水，路面拱裂。
ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｌｉｎｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｕｎｎｅＩ ｉＳ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ａｎｄ ｄｅ－ ｐｅｎｄａｂｌｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｂａｓｉｓ ｉｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｆｏｒ ｔｒｅａｔｉｎｇ ｌｉｎｉｎｇ ｄｉｓｅａｓｅｓ．
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ｉ章的稿费当中已经包含此项，如果您不愿被该数据库收录，来稿 时请声明。
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万方数据
向波振幅与入射波同向。这是判定两侧介质性质与属性的又 一个依据。 ２．２．２反射波的频谱特性
不同介质有不同的结构特性．导致其内部反射波的频 谱特征也明显不同，这可以作为区分不同物质界面的依据。 如混凝土与岩层相比内部结构比较均匀，因而其内部反射 波较少，只是有缺陷的地方才有反射；而围岩结构复杂，内 反射波尤其是高频波丰富．围岩含水带则表现出低频高振 幅的反射特征。 ２．２．３反射波的同向轴形态特征
采用美国劳雷公司ＳＩＲ一２０００型地质雷达对隧道进行检 测。因隧道运营年限较久，而且相关设计文件缺失，结合隧 道实际情况．制订如下检测方案：对隧道拱顶及两侧拱腰进 行三线扫描。主要检测主拱圈衬砌厚度、钢筋分布及脱空等 病害情况．选择９００ ＭＨｚ天线对两侧边墙及两幅路面进行 两线扫描，主要检测边墙背后围岩及路面下富水情况，需要 较大的探测深度时选择４００ ＭＨｚ天线。
传统的开孔或开槽取样检测不仅效率低、代表性差、偶 然性大，而且破坏了衬砌的整体性。地质雷达检测技术是近 年逐渐成熟起来的一项新技术，其特点是连续无损、经济快 速、抗干扰能力强，并以实时成像的方式显示探测结果．分 析、解释直观方便；加上其具有探测精度高、样点密、工作效 率高等优势而备受青睐．成为物探领域发展较为迅速的方
［１］李大·心．探地雷达方法与应用［Ｍ］．北京：地质出版社，１９９４． ［２］曾昭发，刘四新，王者江，等．探地雷达方法原理及应用［Ｍ］．北京：科
学出版社。２００６． ［３］夏才初，潘国荣．土木工程监测技术［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版
社．２００１． ［４］涂文戈，邹银生，陈理庆，等．雷达波在混凝土无损伤检测中的应用
期刊，本刊已经入选《中文核心期刊要目总览》与《中国核心期刊（遴选）数据库》，成为核心期刊。我们热忱欢迎广大读者
赐稿。同时对于重大工程实践项目产生的综述及评述性文章，我们将优先发表并提高稿酬。在此作两点声明：
（１）如果您发表在本刊上的文章所属项目已获得省部级以上科技奖，请将获奖证书复印件寄给本部，本部将增加稿酬。
因此，根据接收波的旅行时间（亦称双程走时）、幅度与 波形等资料．可探测介质的结构、构造与埋设物体。地质雷 达的探测原理如图１所示。
发射
圈１地质■达探测原理
———————２譬＝＝盐＝盐＝譬＝：＝＝＝鲨２尘：：：｛幽堡尘坚型ＲＭＣＭ ——■■■■■■■■■■■■●■■■■—■■——■■■■—■■——●■■■■—■■■■■■■■■—●■■■■■■■■■■■■——■■■—■■●■—■■■■■■＿■■●■■●＿■■■
醴重组圜豳豳 用波形识别的方法对雷达记录资料进行分析后得出如
下检测结果：主拱圈隧道进口段ｏ～５０ ｍ为钢筋混凝土，平 均厚度为５０ ｃｍ，平均钢筋间距为３０ ｃｍ。钢筋混凝土存在轻 微不密实．未发现较严重缺陷。５０—３４０ ｍ段砌石拱拱顶及 两腰平均厚度为３５ ｃｍ，钢筋混凝土防水层平均厚度为１５ ｃｌｉｆｆ，防水层钢筋间距４０～４５ ｅｍ，拱项及两腰墙背严重脱空； 隧道两侧边墙砌石平均厚度为５０ ｅｍ。钢筋混凝土防水层平 均厚度为２５ ｅｍ，边墙墙背存在积水现象；路面层（由于路面 损坏进行过２次加铺）平均厚度为７５ ｅｍ，路面以下存在积水 现象。典型雷达剖面见图２和图３。后来处治时验证了检测结 果与实际情况基本吻合。