地质雷达在隧道工程检测中的应用

郑铭

摘 要：在我国的隧道施工过程中，要确保工程的施工质量，则需要进行全面快速的检测，而由于地址雷达具有简单方便的优点，因此地址雷达作为一个无损检测的方法，在我国的隧道工程的检测过程中广泛的使用，文章将具体介绍隧道工程施工案例中地质雷达的使用，以及简单明来的介绍地质雷达技术的使用。

关键词：地质；雷达；隧道；检测

在隧道工程的施工中，会出现各种各样的工程质量问题，比如衬砌不够密实、脱空等，因此为了及时发现隧道工程中的质量问题，应采取一种快速全面的检测方式进行检测并及时对质量问题进行处理。随着隧道工程的发展，传统的检测技术如钻孔取芯、压水测试等方法已经无法达到工程检测的要求。地质雷达作为一种新型的无损检测技术，操作简单易懂，设备轻便，同时具有高分辨率的特点，因此在隧道工程的质量检测中广泛应用。

1 测线布置与检测参数

在隧道工程施工质量检测中，应做好测线布置工作，本工程的具体情况进行分析，决定在隧道拱顶、左右拱脚及左右边墙共布置了五条测线，这样可以较为全部的检测隧道的施工质量问题。

本工程中用于检测的地质雷达为RAMAC/GPR型，选用500MHz屏蔽天线。本隧道工程施工质量检测中需要进行控制的参数有以下几点：采样的频率设置为7000MHz，采样点数为483点，叠加次数为8次，窗口时间为65ns，触发采用时间触发的方式。

2 地质雷达的探测原理与方法

影响地质雷达的探测深度、分辨率以及精度的主要因素包括两方面：一是探测对象所处环境的电导率、介电常数等因素；二是主要与探测时所采用的频率大小、采样速度等有关。在实际施工中，影响探测是否成功的重要因素则是采用恰当的方法技术。

探地雷达将高频率电磁脉冲波通过发射天线送入被检测物体（衬砌混凝土）内，脉冲电磁波在被检测物体内的传播过程中遇到电性不同的界面时，一部分脉冲电磁波反射回检测物体表面，由接收天线接收，并由计算机处理成图像实现实时显示。通过对图像的分析，便可以了解到被检测物体内部的情况，从而达到检测的目的。图2-1为探地雷达工作原理图。

3 地质雷达检测应用

在隧道工程施工质量检测中，会得到原始的地质雷达检测数据。这些原始的检测数据如果没有进行任何的处理，是无法仅凭原始数据得出隧道衬砌的具体情况的，因此需要采用专门的地质雷达资料处理数据，对原始的雷达检测数据进行一定的变化和滤波处理。对原始数据的处理主要是对波形进行处理。波形的处理方式主要有增强有效信号，过滤无效信号，抑制随机噪音，提高图像的信噪比和分辨率等，经过波形处理之后的原始检测数据才可进行使用。其中还涉及到图像判释这一重要环节。图像判释的依据是地址雷达图像的正演成果和地质勘探资料，在这些资料的基础上可以对所获得的雷达图像上的一些现象进行合理的阐释，并且判断所测量的对象是否有异常的问题，最终将各测线的图释结果汇总到成果图上。根据最后的成果图，就可以从中对隧道施工的质量问题进行分析和判断。

3.1 初期支护厚度检测

通常情况下，在天线发射出来的雷达波中，速度最快，最先达到接收天线的应为空气直达波，而稍晚一点接收到的将为表面直达波，最后才是混凝土和围岩胶结面的反射波。围岩与混凝土之间的物性差异直接影响到反射波的能量，两者之间的物性差异与反射波的能力成正相关关系。雷达波经由混凝土和围岩界面反射到地质雷达中的反射信号表现在图像中则为较强的振幅和较为连续的同丰昨由，根据这一特点，即可在读取出混凝土的厚度。

图2-1 探地雷达工作原理图

3.2 二次衬砌混凝土厚度检测

围岩与一次、二次衬砌之后是存在着很多的区别，主要体现在物质成分和物理性质上，这些方面的区别导致了这三者之间的介电常数存在着很明显的不同，特别是在衬砌和围岩之间。当电磁波从衬砌进行围岩时，可以发现反射波的振幅出现了明显增大的现象，同时视频率出现了降低。

电磁脉冲在各结构层的界面会出现反射，同时在不同的结构层中电磁脉冲的速度有所不同，根据反射时间和速度，通过一定的公式计算可以求出隧道结构层混凝土的厚度。电磁脉冲在混凝土中的速度是可以预先知道的，因此在进行混凝土的厚度检测中，最为关键的是准确的确定电磁脉冲在隧道各结构层的反射时间。根据反射时间和传播速度，即可计算出结构层的厚度。在一次衬砌和二次衬砌之间往往存在缝隙，在地质雷达的图像上即可读取出二次衬砌的厚度。但是在实际的地质雷达检测中，往往会出现衬砌混凝土与喷射混凝土之间的分界面在图像中不能清楚的表现出来，这是因为这两种结构的物质都是混凝土，因此本身之间的物性差异很小，当衬砌混凝土和喷射混凝土之间结合情况较好时，在电磁脉冲的传播过程经过两种结构的分界面时基本不会出现反射的现象，这表现在图像中就是分界面不清晰的问题。

3.3 脱空区检测

空气与混凝土是这两种截然不同的物质，两者之间存在很大的物性差异，因此两者物质之间的介电常数差别较大，在隧道工程的施工中，如果衬砌混凝土背后回填时其密实度没有达到要求的话，在混凝土与围岩之间存在缝隙的情况下，电磁波在经过空气与混凝土的界面时，会出现很强的反射信号。脱空区越大的话，在图像中围岩的界面就越清晰。在地质雷达的图像中可以看到形状为弧形的反射波多次出现，并且具有同相轴的特点，其出现的位置通常是在混凝土层以下，随着时间的变化，弧形反射波的能力出现明显增大的趋势。对于脱空区大小的计算主要是根据雷达波在洞内的行走速度和介电常数两个参数，同时根据水平距离也可以求出脱空区的范围。

3.4 钢拱规格与分布

由雷达发射出来的电磁波在传播过程中，存在能量的传递。根据电磁波理论，良性导体比如金属材料，在电磁波入射到其上时会产生很强的反射现象，因此从中可以知道当电磁波在传播过程中，如果入射到良性导体的表面时，会出现很强的反射现象，这是因为导体的存在会有较大的电磁性差异。在隧道衬砌的施工中，通常会涉及到钢支撑和钢筋网的使用，这两种结构均是良性导体的金属材料。在隧道工程的地质雷达检测中，当电磁波入射到混凝土中时，如果混凝土中存在钢筋的话，在雷达图像中会出现强烈的、明显的反射信号，呈现连续点状；如果混凝土中存在钢拱的话，在雷达图像中会出现强烈的月牙形发射信号，并且每一个钢拱在图像中都能出现一个信号。根据检测所得到的雷达图像，可以求出钢拱和钢筋的数目，根据信号的形状，可以知道钢拱的分布情况，同时结合设计的话，可以判定钢拱和钢筋的用量是否符合设计和规范要求。

4 结语

为了及时发现隧道工程中的质量问题，应采取一种快速全面的检测方式进行检测，并及时对质量问题进行处理。随着隧道工程的发展，传统的检测技术如钻孔取芯、压水测试等方法已经无法达到工程检测的要求。通过采用地质雷达检测的方法可以对隧道衬砌混凝土的厚度、初期支护厚度等进行检测，具有精度高、快速、无损检测等优点。从效果来看，雷达检测其操作简单易懂，设备轻便，同时具有高分辨率的特点，因此在隧道工程的质量检测中广泛应用。

参考文献

[1] 吕凡.探地雷达在隧道质量检测中的应用研究[J].长安大学，2011 （S1）.

[2] 张菁.探地雷达地雷图像处理与目标识别方法[J].哈尔滨理工大学，2005（08）.

[3] 陈刚.探地雷达在隧道质量检测中的应用及数据处理[J].佳木斯大学学报，2014（01）.

[4] 董帅.地质雷达在岩溶隧道超前预报中的应用[J].甘肃科技，2014 （01）.

[5] 邱浩浩，王华.探讨地质雷达无损探测技术在隧道检测中的应用[J].黑龙江交通科技，2014（03）.

摘 要：在我国的隧道施工过程中，要确保工程的施工质量，则需要进行全面快速的检测，而由于地址雷达具有简单方便的优点，因此地址雷达作为一个无损检测的方法，在我国的隧道工程的检测过程中广泛的使用，文章将具体介绍隧道工程施工案例中地质雷达的使用，以及简单明来的介绍地质雷达技术的使用。

关键词：地质；雷达；隧道；检测

在隧道工程的施工中，会出现各种各样的工程质量问题，比如衬砌不够密实、脱空等，因此为了及时发现隧道工程中的质量问题，应采取一种快速全面的检测方式进行检测并及时对质量问题进行处理。随着隧道工程的发展，传统的检测技术如钻孔取芯、压水测试等方法已经无法达到工程检测的要求。地质雷达作为一种新型的无损检测技术，操作简单易懂，设备轻便，同时具有高分辨率的特点，因此在隧道工程的质量检测中广泛应用。

1 测线布置与检测参数

在隧道工程施工质量检测中，应做好测线布置工作，本工程的具体情况进行分析，决定在隧道拱顶、左右拱脚及左右边墙共布置了五条测线，这样可以较为全部的检测隧道的施工质量问题。

本工程中用于检测的地质雷达为RAMAC/GPR型，选用500MHz屏蔽天线。本隧道工程施工质量检测中需要进行控制的参数有以下几点：采样的频率设置为7000MHz，采样点数为483点，叠加次数为8次，窗口时间为65ns，触发采用时间触发的方式。

2 地质雷达的探测原理与方法

影响地质雷达的探测深度、分辨率以及精度的主要因素包括两方面：一是探测对象所处环境的电导率、介电常数等因素；二是主要与探测时所采用的频率大小、采样速度等有关。在实际施工中，影响探测是否成功的重要因素则是采用恰当的方法技术。

探地雷达将高频率电磁脉冲波通过发射天线送入被检测物体（衬砌混凝土）内，脉冲电磁波在被检测物体内的传播过程中遇到电性不同的界面时，一部分脉冲电磁波反射回检测物体表面，由接收天线接收，并由计算机处理成图像实现实时显示。通过对图像的分析，便可以了解到被检测物体内部的情况，从而达到检测的目的。图2-1为探地雷达工作原理图。

3 地质雷达检测应用

在隧道工程施工质量检测中，会得到原始的地质雷达检测数据。这些原始的检测数据如果没有进行任何的处理，是无法仅凭原始数据得出隧道衬砌的具体情况的，因此需要采用专门的地质雷达资料处理数据，对原始的雷达检测数据进行一定的变化和滤波处理。对原始数据的处理主要是对波形进行处理。波形的处理方式主要有增强有效信号，过滤无效信号，抑制随机噪音，提高图像的信噪比和分辨率等，经过波形处理之后的原始检测数据才可进行使用。其中还涉及到图像判释这一重要环节。图像判释的依据是地址雷达图像的正演成果和地质勘探资料，在这些资料的基础上可以对所获得的雷达图像上的一些现象进行合理的阐释，并且判断所测量的对象是否有异常的问题，最终将各测线的图释结果汇总到成果图上。根据最后的成果图，就可以从中对隧道施工的质量问题进行分析和判断。

3.1 初期支护厚度检测

通常情况下，在天线发射出来的雷达波中，速度最快，最先达到接收天线的应为空气直达波，而稍晚一点接收到的将为表面直达波，最后才是混凝土和围岩胶结面的反射波。围岩与混凝土之间的物性差异直接影响到反射波的能量，两者之间的物性差异与反射波的能力成正相关关系。雷达波经由混凝土和围岩界面反射到地质雷达中的反射信号表现在图像中则为较强的振幅和较为连续的同丰昨由，根据这一特点，即可在读取出混凝土的厚度。

图2-1 探地雷达工作原理图

3.2 二次衬砌混凝土厚度检测

围岩与一次、二次衬砌之后是存在着很多的区别，主要体现在物质成分和物理性质上，这些方面的区别导致了这三者之间的介电常数存在着很明显的不同，特别是在衬砌和围岩之间。当电磁波从衬砌进行围岩时，可以发现反射波的振幅出现了明显增大的现象，同时视频率出现了降低。

电磁脉冲在各结构层的界面会出现反射，同时在不同的结构层中电磁脉冲的速度有所不同，根据反射时间和速度，通过一定的公式计算可以求出隧道结构层混凝土的厚度。电磁脉冲在混凝土中的速度是可以预先知道的，因此在进行混凝土的厚度检测中，最为关键的是准确的确定电磁脉冲在隧道各结构层的反射时间。根据反射时间和传播速度，即可计算出结构层的厚度。在一次衬砌和二次衬砌之间往往存在缝隙，在地质雷达的图像上即可读取出二次衬砌的厚度。但是在实际的地质雷达检测中，往往会出现衬砌混凝土与喷射混凝土之间的分界面在图像中不能清楚的表现出来，这是因为这两种结构的物质都是混凝土，因此本身之间的物性差异很小，当衬砌混凝土和喷射混凝土之间结合情况较好时，在电磁脉冲的传播过程经过两种结构的分界面时基本不会出现反射的现象，这表现在图像中就是分界面不清晰的问题。

3.3 脱空区检测

空气与混凝土是这两种截然不同的物质，两者之间存在很大的物性差异，因此两者物质之间的介电常数差别较大，在隧道工程的施工中，如果衬砌混凝土背后回填时其密实度没有达到要求的话，在混凝土与围岩之间存在缝隙的情况下，电磁波在经过空气与混凝土的界面时，会出现很强的反射信号。脱空区越大的话，在图像中围岩的界面就越清晰。在地质雷达的图像中可以看到形状为弧形的反射波多次出现，并且具有同相轴的特点，其出现的位置通常是在混凝土层以下，随着时间的变化，弧形反射波的能力出现明显增大的趋势。对于脱空区大小的计算主要是根据雷达波在洞内的行走速度和介电常数两个参数，同时根据水平距离也可以求出脱空区的范围。

3.4 钢拱规格与分布

由雷达发射出来的电磁波在传播过程中，存在能量的传递。根据电磁波理论，良性导体比如金属材料，在电磁波入射到其上时会产生很强的反射现象，因此从中可以知道当电磁波在传播过程中，如果入射到良性导体的表面时，会出现很强的反射现象，这是因为导体的存在会有较大的电磁性差异。在隧道衬砌的施工中，通常会涉及到钢支撑和钢筋网的使用，这两种结构均是良性导体的金属材料。在隧道工程的地质雷达检测中，当电磁波入射到混凝土中时，如果混凝土中存在钢筋的话，在雷达图像中会出现强烈的、明显的反射信号，呈现连续点状；如果混凝土中存在钢拱的话，在雷达图像中会出现强烈的月牙形发射信号，并且每一个钢拱在图像中都能出现一个信号。根据检测所得到的雷达图像，可以求出钢拱和钢筋的数目，根据信号的形状，可以知道钢拱的分布情况，同时结合设计的话，可以判定钢拱和钢筋的用量是否符合设计和规范要求。

4 结语

为了及时发现隧道工程中的质量问题，应采取一种快速全面的检测方式进行检测，并及时对质量问题进行处理。随着隧道工程的发展，传统的检测技术如钻孔取芯、压水测试等方法已经无法达到工程检测的要求。通过采用地质雷达检测的方法可以对隧道衬砌混凝土的厚度、初期支护厚度等进行检测，具有精度高、快速、无损检测等优点。从效果来看，雷达检测其操作简单易懂，设备轻便，同时具有高分辨率的特点，因此在隧道工程的质量检测中广泛应用。

参考文献

[1] 吕凡.探地雷达在隧道质量检测中的应用研究[J].长安大学，2011 （S1）.

[2] 张菁.探地雷达地雷图像处理与目标识别方法[J].哈尔滨理工大学，2005（08）.

[3] 陈刚.探地雷达在隧道质量检测中的应用及数据处理[J].佳木斯大学学报，2014（01）.

[4] 董帅.地质雷达在岩溶隧道超前预报中的应用[J].甘肃科技，2014 （01）.

[5] 邱浩浩，王华.探讨地质雷达无损探测技术在隧道检测中的应用[J].黑龙江交通科技，2014（03）.

摘 要：在我国的隧道施工过程中，要确保工程的施工质量，则需要进行全面快速的检测，而由于地址雷达具有简单方便的优点，因此地址雷达作为一个无损检测的方法，在我国的隧道工程的检测过程中广泛的使用，文章将具体介绍隧道工程施工案例中地质雷达的使用，以及简单明来的介绍地质雷达技术的使用。

关键词：地质；雷达；隧道；检测

在隧道工程的施工中，会出现各种各样的工程质量问题，比如衬砌不够密实、脱空等，因此为了及时发现隧道工程中的质量问题，应采取一种快速全面的检测方式进行检测并及时对质量问题进行处理。随着隧道工程的发展，传统的检测技术如钻孔取芯、压水测试等方法已经无法达到工程检测的要求。地质雷达作为一种新型的无损检测技术，操作简单易懂，设备轻便，同时具有高分辨率的特点，因此在隧道工程的质量检测中广泛应用。

1 测线布置与检测参数

在隧道工程施工质量检测中，应做好测线布置工作，本工程的具体情况进行分析，决定在隧道拱顶、左右拱脚及左右边墙共布置了五条测线，这样可以较为全部的检测隧道的施工质量问题。

本工程中用于检测的地质雷达为RAMAC/GPR型，选用500MHz屏蔽天线。本隧道工程施工质量检测中需要进行控制的参数有以下几点：采样的频率设置为7000MHz，采样点数为483点，叠加次数为8次，窗口时间为65ns，触发采用时间触发的方式。

2 地质雷达的探测原理与方法

影响地质雷达的探测深度、分辨率以及精度的主要因素包括两方面：一是探测对象所处环境的电导率、介电常数等因素；二是主要与探测时所采用的频率大小、采样速度等有关。在实际施工中，影响探测是否成功的重要因素则是采用恰当的方法技术。

探地雷达将高频率电磁脉冲波通过发射天线送入被检测物体（衬砌混凝土）内，脉冲电磁波在被检测物体内的传播过程中遇到电性不同的界面时，一部分脉冲电磁波反射回检测物体表面，由接收天线接收，并由计算机处理成图像实现实时显示。通过对图像的分析，便可以了解到被检测物体内部的情况，从而达到检测的目的。图2-1为探地雷达工作原理图。

3 地质雷达检测应用

在隧道工程施工质量检测中，会得到原始的地质雷达检测数据。这些原始的检测数据如果没有进行任何的处理，是无法仅凭原始数据得出隧道衬砌的具体情况的，因此需要采用专门的地质雷达资料处理数据，对原始的雷达检测数据进行一定的变化和滤波处理。对原始数据的处理主要是对波形进行处理。波形的处理方式主要有增强有效信号，过滤无效信号，抑制随机噪音，提高图像的信噪比和分辨率等，经过波形处理之后的原始检测数据才可进行使用。其中还涉及到图像判释这一重要环节。图像判释的依据是地址雷达图像的正演成果和地质勘探资料，在这些资料的基础上可以对所获得的雷达图像上的一些现象进行合理的阐释，并且判断所测量的对象是否有异常的问题，最终将各测线的图释结果汇总到成果图上。根据最后的成果图，就可以从中对隧道施工的质量问题进行分析和判断。

3.1 初期支护厚度检测

通常情况下，在天线发射出来的雷达波中，速度最快，最先达到接收天线的应为空气直达波，而稍晚一点接收到的将为表面直达波，最后才是混凝土和围岩胶结面的反射波。围岩与混凝土之间的物性差异直接影响到反射波的能量，两者之间的物性差异与反射波的能力成正相关关系。雷达波经由混凝土和围岩界面反射到地质雷达中的反射信号表现在图像中则为较强的振幅和较为连续的同丰昨由，根据这一特点，即可在读取出混凝土的厚度。

图2-1 探地雷达工作原理图

3.2 二次衬砌混凝土厚度检测

围岩与一次、二次衬砌之后是存在着很多的区别，主要体现在物质成分和物理性质上，这些方面的区别导致了这三者之间的介电常数存在着很明显的不同，特别是在衬砌和围岩之间。当电磁波从衬砌进行围岩时，可以发现反射波的振幅出现了明显增大的现象，同时视频率出现了降低。

电磁脉冲在各结构层的界面会出现反射，同时在不同的结构层中电磁脉冲的速度有所不同，根据反射时间和速度，通过一定的公式计算可以求出隧道结构层混凝土的厚度。电磁脉冲在混凝土中的速度是可以预先知道的，因此在进行混凝土的厚度检测中，最为关键的是准确的确定电磁脉冲在隧道各结构层的反射时间。根据反射时间和传播速度，即可计算出结构层的厚度。在一次衬砌和二次衬砌之间往往存在缝隙，在地质雷达的图像上即可读取出二次衬砌的厚度。但是在实际的地质雷达检测中，往往会出现衬砌混凝土与喷射混凝土之间的分界面在图像中不能清楚的表现出来，这是因为这两种结构的物质都是混凝土，因此本身之间的物性差异很小，当衬砌混凝土和喷射混凝土之间结合情况较好时，在电磁脉冲的传播过程经过两种结构的分界面时基本不会出现反射的现象，这表现在图像中就是分界面不清晰的问题。

3.3 脱空区检测

空气与混凝土是这两种截然不同的物质，两者之间存在很大的物性差异，因此两者物质之间的介电常数差别较大，在隧道工程的施工中，如果衬砌混凝土背后回填时其密实度没有达到要求的话，在混凝土与围岩之间存在缝隙的情况下，电磁波在经过空气与混凝土的界面时，会出现很强的反射信号。脱空区越大的话，在图像中围岩的界面就越清晰。在地质雷达的图像中可以看到形状为弧形的反射波多次出现，并且具有同相轴的特点，其出现的位置通常是在混凝土层以下，随着时间的变化，弧形反射波的能力出现明显增大的趋势。对于脱空区大小的计算主要是根据雷达波在洞内的行走速度和介电常数两个参数，同时根据水平距离也可以求出脱空区的范围。

3.4 钢拱规格与分布

由雷达发射出来的电磁波在传播过程中，存在能量的传递。根据电磁波理论，良性导体比如金属材料，在电磁波入射到其上时会产生很强的反射现象，因此从中可以知道当电磁波在传播过程中，如果入射到良性导体的表面时，会出现很强的反射现象，这是因为导体的存在会有较大的电磁性差异。在隧道衬砌的施工中，通常会涉及到钢支撑和钢筋网的使用，这两种结构均是良性导体的金属材料。在隧道工程的地质雷达检测中，当电磁波入射到混凝土中时，如果混凝土中存在钢筋的话，在雷达图像中会出现强烈的、明显的反射信号，呈现连续点状；如果混凝土中存在钢拱的话，在雷达图像中会出现强烈的月牙形发射信号，并且每一个钢拱在图像中都能出现一个信号。根据检测所得到的雷达图像，可以求出钢拱和钢筋的数目，根据信号的形状，可以知道钢拱的分布情况，同时结合设计的话，可以判定钢拱和钢筋的用量是否符合设计和规范要求。

4 结语

为了及时发现隧道工程中的质量问题，应采取一种快速全面的检测方式进行检测，并及时对质量问题进行处理。随着隧道工程的发展，传统的检测技术如钻孔取芯、压水测试等方法已经无法达到工程检测的要求。通过采用地质雷达检测的方法可以对隧道衬砌混凝土的厚度、初期支护厚度等进行检测，具有精度高、快速、无损检测等优点。从效果来看，雷达检测其操作简单易懂，设备轻便，同时具有高分辨率的特点，因此在隧道工程的质量检测中广泛应用。

参考文献

[1] 吕凡.探地雷达在隧道质量检测中的应用研究[J].长安大学，2011 （S1）.

[2] 张菁.探地雷达地雷图像处理与目标识别方法[J].哈尔滨理工大学，2005（08）.

[3] 陈刚.探地雷达在隧道质量检测中的应用及数据处理[J].佳木斯大学学报，2014（01）.

[4] 董帅.地质雷达在岩溶隧道超前预报中的应用[J].甘肃科技，2014 （01）.

[5] 邱浩浩，王华.探讨地质雷达无损探测技术在隧道检测中的应用[J].黑龙江交通科技，2014（03）.