隧道质量无损检测的地质雷达技术-new1

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1、隧道质量无损检测的地质雷达技术1，21王正成，吴晔（1、北京铁城建设监理有限责任公司2、北京铁城信诺工程检测有限公司）摘要：地质雷达基于电磁波的反射原理，能够快速准确的定位隧道衬砌混凝土的质量缺陷。结合隧道工程质量检测中的实际经验，从数据采集、处理和分析三方面入手，对提高数据采集质量，处理效果和缺陷的波形特征进行归纳与总结。关键词：地质雷达隧道脱空钢架厚度1工作原理69地质雷达是利用超高频窄脉冲（10－10Hz）电磁波在介质中传播规律的一种无损检测设备，它能够快速获得相关探测区域的详细信息。地质雷达主要由主机、天线和

2、界面单元组成，其中天线又包括发射端和接收端两部分。地质雷达系统采集数据时，天线的发射端向测量表面以下发送以球面波形式传播的电磁波，同时，天线的接收端接收由不同电介质特性的层面反射的回波，经电缆或光纤传输到终端连接的计算机上，实时显示雷达图像。电磁波在介质中传播时，其路径、波形将随所通过介质的电性质和几何形态的不同而变化。当目标体为面反射体时，雷达图像上显示的是与反射界面相一致的一条曲线，当目标体为点反射体时，其雷达图像上显示的是一个抛物线，或称之为双曲线的一支。地质雷达天线的发射端与接收端之间的距离很小，甚至合二为一

3、，当地层倾角不大时，反射波的全部路径几乎是垂直地面的，因此，可以认为在测线不同位置上法线反射时间的变化就反映了地下地层的构造形态。地质雷达工作频率高，在介质中以位移电流为主，因此，电磁波传播过程中很少频散，速度基本上由介质的介电性质决定。电磁波传播理论和弹性波的传播理论有很多类似的地方，两者遵循同一形式的波动方程，只是波动方程中变量代表的物理意义不同。2数据采集2.1测线布置地质雷达测线通常按拱顶、左右拱腰和左右边墙各一条，共5条测线布置，测线走向为隧道的径向方向。拱顶和拱腰部位的测线可以使用机械设备抬升，人工托举雷

4、达天线的方法进行检测，抬升设备可现场搭建或借用已有设备（见图1和图2），如果使用路灯维修车进行高空部位数据采集时，因为要沿隧道纵向行进，其支撑部位不能落地，所以要特别注意安全。边墙部位的测线采用工人在衬砌表面拖动天线对混凝土衬砌质量进行检测。2.2测量技术要点2.2.1设备要求：测量拱顶和拱腰位置时，测量所用车辆须采用胶轮式机械，尽可能不要采用履带式机械。建议使用市政路灯维修车或自行搭建，但须保证行使平稳，不晃动。2.2.2人员配置：工人4-5名，现场技术人员2名。2.2.3标记里程：在数据采集之前，要每间隔5米或1

5、0米的距离用明显的标记标明隧道里程数，要保证清晰可见。2.2.4操作平台：采集拱顶和拱腰位置的数据时，其操作平台至少要能够容纳3人，有足够的活动空间。2.2.5人员要求：负责举天线的工人要保证天线在衬砌表面平稳前进，不要倾斜；负责固定测量轮的工人要保证测量轮与衬砌表面接触良好，能够正常计数；负责安全的工人一定要保护好其他工作人员和自己的安全。2.2.6打标：当天线经过标记里程时，要有一名技术人员负责通报给设备操作工程师，以便在数据上进行打标。2.2.7安全要求：测量拱顶和拱腰位置时，工作人员和天线都要用安全带或绳索与

6、周边物体进行固定，防止工人高空作业时发生危险和天线滑落摔坏。2.2.8、地面要求：地面平坦，无影响车辆通行的障碍物。图1使用市政路灯维修车进行高空数据采集图2卡车后自行搭架子进行高空数据采集3数据处理雷达波在地下的传播过程中各种噪声和杂波的干扰非常严重，正确识别各种杂波与噪声、提取其有用信息是探地雷达记录解释的重要的环节，其关键技术是对地质雷达记录进行各种数据处理。电磁波的传播形式与地震波十分相似，而且数据剖面也类似于反射地震数据剖面，因此反射地震数据处理的许多有效技术均可用于地质雷达的数据处理，但由于雷达波和地震波

7、存在着动力学差异，如强衰减性，雷达波在湿的地层中衰减比在干的情况下要大，而地震波却恰好相反；地质雷达的穿透深度比地震波要浅得多。所以单一地移植、借鉴地震资料处理技术是不够的。通常我们得到的雷达数据是原始数据，为了更容易的识别目标体和得到更清晰的反射信号，还需要对雷达原始数据进行进一步的后处理。这里以瑞典MALA公司的GroundVision采集处理软件为例，简要说明数据处理的过程。通常需要采用的滤波器有下面几种：①DCremoval：通常每道波形的振幅都存在一个常量的偏移，我们称之为直流偏移。这个滤波器将在数据中去除

8、DC部分，每道波形的DC都将被单独的计算和去除掉。②SubtractMeanTrace：这个滤波器通过减去一个所有道波形的平均值来在雷达图像上消除水平或近似水平的特征。③Automaticgaincontrol(AGC)：自动增益控制能够调整每道波形的增益，主要通过调整时间窗口内的平均振幅来实现。④BandPass：带通滤波器主要是在数据中去除