基于矿山隧道开采工程的地质雷达精准测量系统设计研究

王大帅，耿文燕

（郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 450000）

1 地质雷达探测原理及特点

1.1 技术原理

地质及雷达探测技术是利用电磁技术探测地下不可见物体，实际应用中，采用高频电磁波以宽频带脉冲形式将其发射到待检测部位，并借助发射天线发射到地下或项目结构中，使用电性差异反射到地面，采利用天线接收反射信号。检测介质中，高频电磁波的传播，因地质不同，内部电磁波强度与波形特性也不同。电磁波传播中，假若介质均匀度不好，介质常数有一定差异，其表现状态也有所不同，此种情况下根据不同介电常数判断出现的问题[1]。因而实际检测中，借助该地区波形收集、整理及分析，准确判断其内部空间与结构形式。而实际操作中，要结合不同介质合理选用天线频率[2]。

1.2 技术特点

现阶段，作为一种普遍应用的隐蔽性探测技术，地质雷达技术水平比较高，但其也存在明显的局限性与问题[3]。众所周知，地质雷达分辨率比较高，其发射的声波频率高，则表明其有更快的衰减速度，整体探测深度小，随之降低了分辨率。介质传播中，高频电性会直接影响到雷达电磁脉冲信号，探测深度及数据精度业余机制密切相关。所以，未来发展中，深入研发地质雷达技术，全面提高技术水平与设备精度是十分必要的[4]。

2 地质雷达技术探测步骤

2.1 探测准备工作

矿山隧道开采工程检测前，做好地质雷达准备工作是十分必要的。首先要校准地质雷达，确保其正常运行。其次，通过天线确认受检介质波速，对介电常数进行合理计算。第三，清理检测能够对地质雷达检测波正常传播造成影响。第四，检测辅助工具的准备，比如检测车与检测架的焊制等，在进行检测的过程当中，保持雷达天线的平稳运行，并且在检测过程当中，天线要与检测面紧贴。第五，检测对象做好桩号位置标识，位置必须要准确且标识醒目，标识通常为5或10m，为检测标示提供方便。

2.2 布置测线

地质雷达检测过重红，测线是天线移动路线，其要根据规范与检测合同要求进行布置，通常包含三线、无线与七线等三种布置方法。其中三线主要指在拱顶与左右拱腰跟别布置一条测线，其是小跨径隧道重要部位。无线主要指根据三线，结合左右拱墙，其是中跨径矿山隧道与竣工验收的一种测线布置方法。为了加强控制检测力度与质量，隧道仰拱左右两边增加一条测线是十分必要的。

2.3 检测数据的采集

地质雷达参数设置主要包括天线选择、时间窗设置、增益调整、介电常数确定、频率采样和间隔采样。其中，天线选择应根据文献设计和实际施工情况，确定探测深度，合理选择天线。通常采用小于100Hz的屏蔽天线进行超前预测。一次衬砌用屏蔽天线900Hz，二次衬砌用屏蔽天线400Hz，路面用屏蔽天线hz1500-2000。根据探测深度和所选天线，合理选择时窗。

探地雷达的数据采集主要包括两种测量方法:点测量法和连续测量法，其中点测量法是指同一点探测的重复叠加，是一种具有不连续的精密测量方法。连续测量主要是指天线运动连续成像，其精度低于点测量法。在超前预测中，主要采用点测法，或点测法与连续测量法相结合。连续测量法适用于无损检测过程，必要时可将两种方法结合使用。探地雷达探测数据与探测长度之间存在正相关关系，因此在实际探测过程中标记必须准确，以保证探测成像与现场位置一致。在检测工作中，主机操作员应根据检测情况及时停止或回复检测，以防形成不必要的数据与图像，影响检测结果。另外，检测位置与段落桩号记录要准确，以防混淆起来。

2.4 分析与应用数据

现场完成检测中，及时分析数据是非常重要的。其分析主要包含首尾废段的切除、平衡水平距离、检测方向的调整、零点的调整、水平与垂直滤波、目标信号的识别、判定密实度、判定钢架分布、衬砌厚度计算以及结果报表的形成。地质雷达技术探测后，及时为施工现场传递测试结果，基于该检测结果为施工提供指导。施工单位结合探测数据及时校对，一旦检探出发现施工存在问题，及时结合检测结果确认与整改，以此确保矿山隧道开采工程完成施工任务后，获得安全而稳定的施工质量。

3 矿山隧道开采工程施工中，地质雷达检测功能与应用

3.1 检测矿山隧道厚度

长期以来，矿山隧道开采工程施工中，矿山隧道内部土厚度分布对施工人员带来了很大的困扰，原因在于其是项目验收的重要指标。传统验收中，以钻芯法为主，其存在一些不足，破坏性大，且监测数据缺乏代表性。自上世纪90年代以来，我国矿山隧道开采监测中，广泛应用雷达技术解决这一问题，利用该技术有效掌握隧道内部土厚度分布情况，因其在矿山隧道检测中，是一种无损检测技术，因而该检测技术的应用破坏性小、准确性高且持续性强，广泛应用于矿山隧道工程检测中，对隧道检测发挥着重要的作用。

3.2 检测密实度

矿山隧道开采工程中，混凝土不密实与背后脱空是主要问题，主要是由施工因素引起的，过度超挖、方式材料不平整、喷射时钢筋遮挡、模板漏浆、泵送混凝土压强抽送、混凝土配比不符合所购买水泥质量标准要求，以及恶意施工等。

传统检测手段无法有效检测出隧道内矿壁密实性差的问题。应用地质雷达检测技术，因其便于无损检测手段，弥补了传统检测手段缺陷。其主要是利用连续反射波组明确矿山隧道矿壁的不密实度，反射波同相轴出现畸变，增加了振幅，波形起伏不定，结合以上特点，可确定此部位衬砌混凝土密实度不好，一旦这种情况持续就会引起脱空。

3.3 检测钢筋位置

工程当中混凝土中没有钢筋，雷达信号反射幅度差，甚至没有界面反射信号。混凝土钢筋，一般钢架是月牙形反射信号强，一般钢隔栅是不均匀小双曲线，反射信号强，钢筋是持续的小双曲线，信号比较强。其判定，一方面是根据信号形状进行确认，通常钢筋是持续均匀出现的，收集处理图像，以此增强判定的可信性。

4 矿山隧道检测精确性提高的建议

4.1 详细了解检测区域物理情况

因矿壁层物理情况不同，电磁波相应改变，其作用影响因素包含含水量改变、测失眠平整度的检验、矿壁层混凝土材料比关系的改变以及衬砌层构造的改变。隧道检验过中，测线比较多，检验与测试要分多次进行。多次检验测试过程中，每条测线衬砌层有不同的物理情况。所以，要尽可能详细了解施工记录，并做好笔记，以此具体而针对性地深入分析地质雷达资料。

4.2 取芯点位安排要合理

实际施工中，检测精确性与介电常数密切相关。隧道开采工程检测测试中，地质雷达技术的应用的，取芯点位安排必须要合理，统计不同物理情况下衬砌层电磁波穿透速度，并分析其速度变化规律，以此控制地质雷达勘探测量引起的误差。

4.3 对多次反射信号进行判别

众所周知，隧道壁层厚度薄但却复杂，其表层与内部构造层存在多次反射信号，从而难以准确判断构造界面厚度。凹凸表面因无法密切贴合天线，也会引起多次反射信号。所以，必须要重视多次反射信号的判断与分辨，以此提高地质雷达资料的准确性。

5 结论

综上所述，矿山隧道开采工程检测中，地质雷达技术是一种效率高且无视损失的科技手段，与传统目测与打孔抽查等方法，实际检测中，地质雷达检测技术能够快速而准确地获得大量检测数据。其无损检测能量可及时消除施工隐患。随着地质雷达技术的应用，数据采集、处理与系统智能化日益精进与完善，有效提高了矿山隧道开采项目质量水平，为我国矿产运输行业发展提供了保障。