地质雷达

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地质雷达范文第1篇

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申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 摘　要:在隧道施工中经常遭遇地质灾害,为了保障施工安全,在隧道开挖的同时需要进行超前地质预报。笔者结合山西某隧道中的雷达应用实例,介绍了地质雷达的工作原理及其在隧道超前预报中的应用和技巧。

关键词: 地质雷达; 隧道; 超前预报; 地质灾害

中图分类号： TN95 文献标识码： A 文章编号：

隧道开挖中常常遇到岩溶发育、出现大的空洞，充水或者充泥，有时地下暗河发育；也会遇到构造带，或者岩石破碎，同时地下水发育，这给隧道开挖和建设造成很多困难，同时也给隧道运营造成一定的隐患。因此需要采用一定的手段对这些地质构造和地质灾害进行探测和预报，提前采取措施来排除灾害。 1 　地质雷达工作原理

地质雷达俗称探地雷达，它的工作原理为由控制单元向地层发射一组以某一频率为中心的高频电磁波，电磁波在传播的过程中，遇到不同的介质分界面时，一部分电磁波能量会转换成反射波返回地面，另一部分能量则透过界面继续向前传播，再次遇到界面时，又一部分电磁波产生反射返回地面。在电磁波传播的过程当中，当遇到不同的岩层或岩层的节理发育程度不同时，电磁波的反射系数、衰减系数、以及反射波频率是不一样的。雷达天线接收器接收到反射波，并输送到控制单元，将信号进行显示，对电磁反射波所带信息进行分析，就可获得被探地层的层厚、岩层完整性以及岩层含水情况，具体预报原理如图1所示。

地质雷达工作时,利用一个天线发射高频宽频带电磁波,另一个天线接收来自地下界面的反射波。一般来说发射天线和接收天线之间距离都很小,甚至可以合二为一。当地层倾角不大时,反射波的全部路径几乎是垂直地面的,因此也常把接收到反射波的旅行时间称为“双程走时”,在测线不同位置上“双程走时”的变化就反映了地层的构造形态。而通过多条测线的探测,则可了解场地目标体深部的平面分布情况。通过对电磁波反射信号的时频特征、振幅特征、相位特征等进行分析,便能了解地层的特征信息。

点测则是将雷达天线固定在掌子面一点，然后发射电磁波，根据天线接收器采集到的电磁波波形进行具体判断分析。

雷达的探测原理及工作方法见图1 。

图 1 　雷达的探测原理及工作方法 2 　应用实例

文中数据均来自山西省一条隧道 ,笔者将施工预报中遇到的一些典型雷达图像摘录进行研究与分析。此次探测仪器为美国劳雷公司生产的 SIR - 20 型地质雷达 ,天线主频为 100 M Hz 。 2. 1 　岩溶发育的雷达图像

图 2 显示测线掌子面开挖后出露岩层为薄至中厚层状大冶组灰岩 ,层间平直 ,大量粘土充填 ,岩体破碎 ,节理裂隙发育且较多被方解石充填 ,岩体湿润。

图 2雷达实测图像

从图 2 中可见 4～25 m 范围内雷达反射波较强 ,波形杂乱无章 , 存在明显的异常 ,经现场多次测试 ,重复性极好。该地段现场地质情况较差 ,掌子面有大量泥质粘土充填 ,且处于易出现溶蚀的灰岩地段 ,而前方异常区的范围较大 ,结合现场地质情况和雷达反射波图像 ,推断掌子面前方出现溶洞的可能性极高。图 2 所示异常区内波形杂乱 ,相对介电常数不稳定 ,推断该溶洞可能为充填型溶洞 ,且充填物质不均匀。施工单位及时采取了短进尺、强支护等避险措施 ,在后期的开挖中也验证了推断结果 ,避免了事故的发生。 2. 2 　裂隙发育的雷达图像

图 3 显示掌子面开挖后出露岩层为中薄 - 厚层状灰岩 ,层间泥质充填 ,底部岩体较破碎 ,节理、裂隙发育 ,拱顶处岩体完整性相对较好 ,掌子面渗水 ,岩体湿 润程度较高。

图 3 雷达实测图像

此次探测深度约为 35 m ,从图 3 中可以明显看出2～20 m 范围内 ,反射波同相轴错断 ,波形较杂乱 ,反射界面不连续 ,局部雷达波振幅较强 ,推断该处节理、裂隙发育 ,岩体较破碎 ,有泥质充填现象 ,且局部岩体的湿润程度较高(即相对介电常数变化较大) ,导致反射波振幅增大。解释结果与现场掌子面出露情况相符 ,并且在进一步的隧道开挖中也得到了较好的验证。 3 　结语

超前预报应以现场地质调查、钻孔资料和理论分析为手段重点研究岩溶裂隙发育特征、规律及可能含大流量高压地下水的构造、裂隙发育规律，建立岩溶地下水流域单元识别，给出在隧洞涌水情况下潜在的流域袭夺或越流补给规律，预测潜在涌水点的分布与隧洞施工期和运营期涌水量及其动态变化。

雷达图像具有多解性 ,在后期解释时应与测区实际的地质情况相结合 ,注意排除图像中的干扰因素 ,才能做出合理的推断解释 ,达到准确预报的目的。在隧道开挖过程中 ,掌子面常常参差不齐 ,连续测量时雷达无法贴紧掌子面 ,对后期图像会造成较大的干扰 ,造成解释困难 ,在这种情况下最好选择点测方式 ,如果选用连续测量方式 ,应该尽量对掌子面进行清平。 参考文献

[1] 薄会申. 地质雷达技术实用手册[ M ] . 北京:地质出版社 ,2006.

地质雷达范文第2篇

0引言

地质雷达(简称GPR)是近年来兴起的一种利用高频电磁波反射原理来探测目标体及地质构造的物探方法，比地震法分辨率高，比电阻率法探测深度大，能从线和面上充分区分覆盖层堆积物和基岩结构特征［1，2］，由于其探测方便、处理快捷、图象直观、使用经济等优点而倍受工程界信赖和欢迎。自上世纪70年代开始应用至今将近40年来，GPR技术在考古、场地勘查、公路铁路选线、工程质量检测、管线探测、隧道超前预报等领域都有成功的应用。但在岩溶发育区及溶蚀破碎带的探测方面少见到成功的应用实例，笔者以FAST馈源支撑塔地基探测为实例，结合开挖验证，分析地质雷达技术在这种地形条件较差的环境中应用的可行性。

1概况

拟建500m大射电望远镜(简称FAST)属国家重大科学项目，是为世界天文学界探索宇宙建设的工程台址。工程台址选在贵州省平塘县克度镇大窝凼，北东距平塘县城约85km，大窝凼地形剖面形态属于“U”型峰丛洼地(图1)，洼底呈锅底状，为一相对闭合型峰丛洼地，形状比较规则，近圆型，高程960m处直径约550m，洼地底部较为平坦，直径大于250m。所在地区总于贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，地势总体上呈北高南低。洼地四周共有5个较大山峰，最高峰为洼地北东东侧的1号峰，峰顶高程1104.10m，地形最大高差352.60m。区域内碳酸盐岩广布，以岩溶溶蚀地貌类型为主，岩溶峰丛、峰丘、洼地、落水洞极其发育。岩层呈单斜产出，倾向北北东，倾角5～15，区内无大型断裂构造经过，洼地及其附近地层岩性有残坡积红粘土、古滑塌堆积物，下伏基岩为三叠系中统凉水井组(T2L)的厚层块状灰岩。FAST台址为一溶蚀洼地，局部溶蚀比较发育，地质构造复杂，工程地质条件较差。根据FAST结构要求，其六个馈源支撑塔基为主要承重部位，位置分别等分在直径为600m圆周的1H-3H-5H-7H-9H-11H(H即Hour，类似于圆周表盘的钟点)上，钢塔为桅结构，高90～150m，最大压力5000kN，最大上拔力3500kN。由于钻探工作量有限，且只能揭示点上地质信息，为点面结合地有效评价塔基的稳定性，预防工程建设中地质病害的发生，采用GPR物探方法与钻探相结合进行塔基勘探。

2工作方法选择及其原理

2.1工作方法选择由于FAST的6个馈源塔基分布的圆周所围面积较大，钻探工作有限，为了查明塔基位置基岩的完整破碎情况、岩溶及发育特征，为配合钻探评价塔基稳定性提供宏观依据，拟采用地质雷达(GPR)探测做进一步工作。根据现场物性试验结果统计，较完整灰岩、基岩破碎带和岩溶的介电常数存在一定的差异(见表1)，满足地质雷达探测的地球物理前提。所以采用GPR探测技术，能比较准确地探明台址区塔基范围内灰岩的完整破碎情况及岩溶发育特征，达到探测目的。

2.2原理GPR是一种高分辨勘探方法，主要探测地下岩土介质结构间的电磁性质差异。探地雷达将高频电磁波以宽频带短脉冲的形式由发射天线定向送入地下(见图2)，电磁波在地下介质中传播，其传播速度v与所使用电磁波的圆频率ω、介质的介电常数ε、磁导率μ和导电率σ有关，当遇到不同电性介质交界面时，部分电磁波的能量被反射回地面，由接收天线接收。雷达记录反应接收的是地下介质界面的反射波时间序列，应用雷达处理解释软件可将地下界面反射波的双程走时Δt(ns)转换成深度h(m)剖面，通过分析深度剖面中反射波的形态、频谱、振幅等特征，确定异常区的位置、大小、形态，推断地下地质体(或结构)的空间位置、几何形态和性质等。当遇到隐伏岩溶或节理裂隙时，雷达深度剖面上的反射波同相轴呈双曲线形态，若溶洞或溶槽充水或有粘土充填，其反射波极性反向。电磁波在不同介质中传播时，遇到不同的电磁波阻抗界面将会产生反射和透射。不同组合界面，反射波的极性和幅值变化，它取决于界面两侧介质的物理性质和相互差异。用反射系数来表征反射波的性质，它有极性和大小，当电磁波入射时，电场的反射系数为。式中:E1、E2分别为反射和发射的电磁波场强;ε1，ε2分别为两种介质的介电常数;θ1、θ2分别为入射角和折射角。当电磁波由光疏介质(ε小、波速低)进入光密介质(ε大、波速高)时，电磁波反射系数为负，发射极性相反;反之，当电磁波由光密介质进入光疏介质时，电磁波反射系数为正，发射极性相同。当混凝土衬砌与围岩之间以及衬砌内部存在空洞、不密实等缺陷时，它们之间介电常数的差异就会形成较强的反射波。在对雷达波进行处理和分析的基础上，根据雷达波形的极性、强度、双程走时等参数便可推断目标体的空间位置、结构、电性变化及几何形态，从而达到检测的目的。

3工作布置

3.1测量放点测量点距为15m，沿圆周1H-3H-5H-7H-9H-11H-1H(H即Hour)分布，每两个Hour间各20个点(按顺时针编号)，共120个点，加上6个馈源塔基座中心点共放点126个(图3)。

3.2GPR探测从1～3点+6m开始按逆时针方向进行(见图4)，主剖面沿馈源塔圆周探测了1912m(地形起伏较大，剖面长度超过了馈源塔圆周平距)，总体上探测点定位偏差不超过2m(见图5)。本次GPR探测特采用美国“地球物理测量系统公司”(GeophysicalSurveySystemsInc)先进的SIR20探地雷达，运用100MHz高频屏蔽天线，以20cm点测采集数据，连续剖面记录方式，见图6和图7。

4探测成果及地质解释

4.1典型地质雷达探测剖面GPR沿馈源塔圆周探测，得到了一条圆周剖面。图8、图9和图10为圆周剖面中典型地质雷达探测剖面截图，图中显示有:第四系覆盖层界线，松散胶结、破碎基岩体，岩溶洞隙界线及完整基岩界线。

4.2地质解释(1)地质雷达探测剖面中点画线范围相对介电常数在(14～17)εr，推断为第四系覆盖层界线，实线范围相对介电常数在(10～14)εr，推断为胶结较差的崩塌堆积体或基岩破碎带界线，虚线范围相对介电常数在(16～20)εr，推断为岩溶溶蚀发育区界线。从探测成果看，松散覆盖层(或第四系)厚度不均，大致为1～2.2m;胶结较差的崩塌堆积体(局部为风化灰岩)厚度为0.2～12m;其下为胶结稍密实的崩塌堆积体和较完整灰岩。(2)探测发现有8个较大的岩溶发育区，范围分别是1Hour11～16(即1点钟的第11至16测点之间，以下类同)、1Hour18～20、3Hour20～5Hour7、7Hour15～17、9Hour2～4、9Hour10～13、9Hour20～11Hour1、11Hour7～11。

4.3探测范围雷达天线发射和接收的是高频球面电磁波，其直径随探测深度的增加而加大，本次探测由于受地表第四系覆盖层和松散胶结层空隙的衰减作用影响，探测深度在16.5m左右，在探测深度范围内左右各2.5m范围的介质异常都会反映在GPR剖面上，所以GPR剖面是对以馈源塔园周为中心的宽5m左右的带状区域的综合反映。

5工程验证

根据探测及推断结果，对出现的部分异常进行了钻探与施工开挖等验证工作，结果与推断的结论基本一致，规模及埋深与探测结果基本吻合。图11～14为部分验证图片。(1)GPR探测发现的8个较大的岩溶发育区，除1Hour11～16为基岩破碎带而非岩溶外，其余7个均被发现证实，GPR探测岩溶的解释推断准确率为87.5%。(2)误差分析:1Hour11～16实际为基岩破碎带，而GPR探测解释为岩溶，3Hour2～3和11Hour19～20实际为岩溶，而GPR探测解释为破碎带，分析原因是该三点处的岩溶与破碎带的相对介电常数相近之缘故。可见，精确划分现场介质的相对介电常数是提高探测解释精度的重要前提，工程范围大时应分区进行现场物性试验，从而得到介质更精确的相对介电常数。

地质雷达范文第3篇

地质雷达广泛应用于市政工程、地下设施、考古、地质与水文等领域的探测和评估，原理是其主机通过天线由地面发射电磁波到地下，当电磁波遇到不同电性差异的目标体或不同介质的界面时便会发生反射与透射，反射波返回地面，又被接收天线所接收。此时雷达主机记录下电磁波从发射到接收的双程时间t和幅度与波形资料，通过对图像进行解释和分析，确定不同界面及深度、空洞等。

2仪器及测线布置

采用美国SIR-20型地质雷达，根据不同的检测深度要求配备270MHZ、100MHZ高频天线。针对鸡鸣驿古城内的地下通道，城墙进行探测，地下通道的检测中，测线垂直通道延伸的方向布设，城墙的检测中，测线沿城墙走向及垂直城墙走向进行探测。

3测量参数

100MHz天线：测量方式采用连续测量，时窗范围：150ns（最大探测深度可达30m），采样率：512样点/扫描，扫描率：32扫描/秒，每2m做一探测标志。270MHz天线：测量方式采用连续测量，时窗范围：100ns（最大探测深度可达5.0m），采样率：512样点/扫描，扫描率：32扫描/秒，每2m做一探测标志，每探测一条另存为一个探测文件。本次探测工作依据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）。

4数据处理与分析

通过对检测数据进行背景去除、滤波，设置介电常数、水平均一化等一系列处理，分析确定地下洞室的位置及深度，横坐标表示探测的水平距离，纵坐标表示距地面的深度。由于空气与土或与石的介电常数差异较大，所以当结构中有明显的空隙或空洞时，地质雷达会有明显的强反射信号。雷达图像上可以看出两处空洞的位置、深度和大小，（a）处空洞顶距地面约1.5m，最深处距地面约4.5m，空洞高度约2m；（b）处空洞顶距地面约2.0m，最深处距地面约3.5m，空洞高度约2m。

5结论与建议

地质雷达范文第4篇

【关键词】地质雷达 隧道 质量 检测

F407.1

随着国民经济的持续稳定发展，基础设施建设的日益加强完善，其中公路、铁路等建设占据了重要地位。由于我家交通发展的不断前进，在铁路及公路的建设中隧道的修建越来越多，同时使用过程中隧道的结构病害、质量问题不断地暴露出来，如混凝土掉块、腐蚀、渗水、裂纹等，有些甚至使得结构物坍塌，这一系列的质量问题给运输安全和交通质量造成了巨大的影响。所以在公路及铁路的建设中隧道的质量检测极其重要。由于我国的建设施工项目繁多，而传统的检测手段在运用中存在手段不健全、不完整、一点盖面等问题，使得检测剖面断断续续，无法得到连续的检测图，而且传统方法比较复杂，在检测完还需修补因此无法满足国家迅速发展的需求。相比传统方法地质雷达的检测方法是运用高科技的手段，具有较高的分辨率及准确率，能连续、快速、高效地完成检测，满足工程建设的需要。

1地质雷达工作原理及应用

1.1原理

地质雷达的工作原理是运用高频电磁脉的冲波反射来进行探测，是一种电磁波探测技术。它利用电磁波信号的运动特点使其在物体内传播进行探测，一般应用于较大区域、复杂对象、精度要求适中以及速度较快的检测情况中。地质雷达主要由控制主机及天线两个设备组成。主机是用来控制及提供信号，天线则是用来发射以及接收高频电磁波信号。通过天线发射电磁波，由于它在有耗介质里具有传播的特性，因此当它遇到不匀界面时部分电磁波会反射回来，而被测介质介电常数决定其反射系数。在介质里传播时，波形根据介质的介电性质和几何形态随路径以及电磁场强度而变化，通过天线接收反射回的电磁波并按特定的数据格式记录储存。然后运用处理软件把电磁波的差异及变化，处理成能够反映被探测物结构、形态、构造、尺寸大小、埋设物体及介质体间界面的雷达图像，实现探测、识别目标物体的目的。

1.2应用

20世纪初，随着数据处及电子技术的飞速发展，雷达的体积愈来愈小，起初需要肩扛手抬，而现在实现单人检测及操作。功能从冰层厚度探测（较低频率的工作信号)到现在的各领域广泛运用，很大程度上的提高了它的技术指标，如运用高频率的天线对路面厚度进行检测时，能达到毫米级的垂向分辨率，运用低频率天线对深层目标探测时，可实现几十米的探测深度。

长久以来，勘探隐蔽工程是一项高难度同时能考验工程技术人员工程项目。20世纪90年代，地质雷达技术随土木工程建设迅速发展而兴起，其的无损检测技术具有高精度、高效率、简易、大面积覆盖检测、灵活方便的运用于野外工作等特点。它的这些特点使其成为快速、高效完成隐蔽工程探查的有效技术手段，得到工程技术人员的青睐。随着不断发展的地质雷达技术，其仪器的更新发展也得到不断的深入，使其应用范围不断的扩大。如今应用最为广泛的是勘察工程、文地质、生态环境、检测建筑结构、地质工程等领域。目前我国主要引进有加拿大EKKO及REMAC系列和美国SIR系列等信号的探地雷达，而型号不同的地质雷达，其主要的用途及侧重点也是不同的。

2地质雷达在隧道检测中的应用

2.1检测方法

在探测的布置方法地质雷达较为灵活，可根据具体的情况布置测点和测线或者网格。测线及网格中点间距应该根据工程的精度要求来进行选定，并根据具体的情况以及需要来灵活变换。如果是量大的勘探工程，应该在开工前做好设计。使用地质雷达能够对于隧道掌子面的顶底板、左右边及前方进行探测，而同一目标则可以改变仰俯角或方位角来探测，在对资料地质进行解释时除了要根据波形特征判断目标的性质，还应改关注追踪回波的横向、纵向的变化及延续，对应地展现地质构造的平面及剖面形态，特别是对大面积的地面进行勘探时，孤立且小的目标于平面不易进行追踪，此时运用横向衰减对比的方法处理，找到幅度的突变点，也就是该目标的位置。地质雷达探测及解释方法有横向衰减对比、变面积、灰度、单点波形等；获取传播速度的方法则有公式计算、直达波、单孔测试、已知目的层探测、共中心点、经验数据等，运用时可根据工程探测的实际情况及仪器性能选择适用的方法。

隧道工程的地质勘察设计和施工前，必须对工作面前方和隧道周围的地质、水文情况进行详细的勘探，以前，地质的勘察技术均是使用钻探的方式，不仅会耗费大量人力和时间，当地质变化丰富，还会由于岩层的起伏不一产生巨大误差，增大工程事故发生的概率。而运用地质雷达技术进行勘查，则可较为准确地对地质情况进行预报、避免发生事故。隧道工程中地质雷达通常是用来检测溶洞、断层情况，其最重要的任务和目的之一就是清楚勘测断层内的空间分布、产状以及它规模情况。同时界面产状、性质、形状及尺寸也是会影响回波幅值及形状。例，在wiggle或单波形式下，其相对入射线是处在一种理想的产状平整断层面其波形通常较为尖细，而含水的裂隙带抑或是破碎的断层带的波形会稍宽；溶洞或者是空洞的波形则会钝且宽缓，其边缘一般是不规则的，这是由于它的不规则外形无法集体反射而产生漫反射使时间延迟所造成的，也因为它的内部没有完全充填形成反射使得回波紧迭其后。于灰度图的方式，如相对介质中较大空洞的波长，因为空气中波速会较快，而周围介质旅行时间由较短，使得正负反射波凸弯曲，类似于抛物线。不管采用哪种方发，相同物理性质的反射波都将形成一组相似特征的组合波形。

2.2资料获取及处理

检测前准备工作:（1）隧道的高度，量测隧道的拱顶、轨面间高度，而新建的线路应量测拱顶、隧底间高度，为提供数据给检测台车的搭建。（2）标记，按每5m的点距于两侧的边墙上做明显的标记，并标明隧道的里程。（3）搜集资料，了解并准确记录施工过程出现灾害的地质位置和情况以及处理的方法。（4）记录下隧道里小锚段、避车洞、电缆的准确位置，对凝结水珠、隧底积水、砌表面潮湿的段落进行记录，统计其位置及类型。（5）对可能会影响检测台车的障碍物制订处理的方法，并调查了解附近有没有影响雷达的干扰电磁源。

隧道检测:在仰拱、拱顶、边墙及拱腰位置设置6条检测线。拱腰的测线需在拱脚的上方0.5到1.0米的位置，拱顶及仰拱的于正中布置，边墙则在边沟盖板的上方1.5到2.0米的位置。通过测线的位置来确定检测的台车平台的高度，通常是距上层平台拱顶1.8至2.0米。完成所有工作之后，就可以进行测试。发射及接受天线要紧靠于检测面，根据事先规划好的测线的顺序检测。检测所得数据经过处理系统一系列的步骤进行处理后，最后得到雷达波型图。分析判定雷达波型图像，得到隧道的衬砌厚度、渗水及脱空等病害的分布资料，及结构物中材料的分布状况，从而达到对隧道质量的监控。

3.结束语

在隧道检测的过程中运用地质雷达检测技术，能够快速、有效地实现脱空范围、衬砌开裂、衬砌厚度等探测，于施工方能够及时有效地加固措施避免事故产生，为消除事故隐患提供了科学依据，保障了隧道的正常营运及安全使用。地质雷达作为一项分辨率高、效率高无损的新检测技术，其安全、快捷、方便的特性，使其在工程施工建设中起到了越来越重要的作用，同时随着电子技术的飞速发展其发展潜力也是不可估量的。我国至引进了地质雷达设备以来，对省内外的几十个隧道先后进行了质量检测，并都取得显著成。另外，将地质雷达运用于隧道的质量检测，需有丰富的经验知识及技术要求，要正确掌握这些技能同要求，并且积累有一定的实际经验，才能使地质雷达的作用充分的发挥。

【参考文献】

[1]张万里.暗挖隧道施工安全控制浅谈[J].山西建筑.2011(01).

[2]王继果，董祥，周峰.地质雷达探测技术优化分析[J].四川建筑科学研究.2011(01).

地质雷达范文第5篇

关键词：地质雷达技术埋地管道缺陷探查

中图分类号： F407 文献标识码： A

1地质雷达探查技术简介

地质雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR) 也称探地雷达，是一种新兴的地下探测与混凝土建筑物无损探查设备，它是利用宽频带高频电磁波信号探测介质结构分布的非破坏性的探测仪器，是目前国内外用于测量混凝土内部缺陷最先进、最便捷的仪器之一，天线屏蔽干扰小，探测范围广，分辨率高，具有实时数据处理和信号增强，可进行连续透视扫描，现场实时显示二维彩色图像。地质雷达工作示意图见图1。

图1 地质雷达工作示意图

地质雷达技术(Ground Penetrating Radar Method)是利用雷达发射天线向建筑物发射高频脉冲电磁波，由接收天线接收目的体的反射电磁波，探测目的体分布的一种勘测方法。其实际是利用介质等电磁波的反射特性，对介质内部的构造和缺陷(或其他不均匀体)进行探测。

地质雷达通过雷达天线对隐蔽目标体进行全断面扫描的方式获得断面的扫描图像，具体工作原理是：当雷达系统利用天线向地下发射宽频带高频电磁波，电磁波信号在介质内部传播时遇到介电差异较大的介质界面时，就会发生反射、透射和折射。两种介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大；反射回的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，由雷达主机精确记录下反射回的电磁波的运动特征，再通过信号技术处理，形成全断面的扫描图，工程技术人员通过对雷达图像的判读，判断出地下目标物的实际结构情况。地质雷达工作原理示意图见图2。

图2 地质雷达工作原理示意图

电磁波的传播取决于介质的电性，介质的电性主要有电导率μ和介电常数ε，前者主要影响电磁波的穿透(探测)深度，在电导率适中的情况下，后者决定电磁波在该物体中的传播速度，因此，所谓电性介面也就是电磁波传播的速度介面。不同的地质体(物体)具有不同的电性，因此，在不同电性的地质体的分界面上，都会产生回波。基本目标体探测原理见图3。

图3 基本目标体探测原理示意图

2地质雷达探查实例简介

（1）探查部位

探查部位为某引水工程玻璃钢夹砂管道。对存在渗漏、管道底板起鼓、裂缝等缺陷的问题管道，采用数字地质雷达进行管道脱空探查、管材内部及管材与基础结合面探查。

（2）探查设备及人员安排

地质雷达探查采用瑞典RAMAC/GPR ProEx型数字地质雷达，配备500 MHz、800 MHz和1.6 GHz屏蔽天线，探查深度分别为3m、1.2m、0.3m。现场探查工作方式为连续探测，采用距离触发模式。现场探查时安排3人，1人负责主机操作，1人负责操作天线，1人负责现场照明。

3地质雷达探查结果分析

（1）管道基础缺陷雷达图像

该管道基础不密实，存在局部脱空、典型裂隙、管底孔洞等基础缺陷。

现场对地质雷达探查发现的管底脱空的管道进行了敲击验证，敲击验证表明，地质雷达判断有脱空的管道底板敲击有空鼓声，但范围均不大，宽度均小于0.5m，沿管线并不连续，有间隔，显示脱空范围均不大，目前尚不构成危害。管道承插口部位雷达图像全部异常，与承插口之间的缝隙有关。缝隙的两界面反射信号强，时程差小，因此在承插口部位下部基础仍有强反射界面信号，但不表示承插口部位下部基础不密实。见图4。

管底基础2m深范围内雷达图像明显异常，出现连续、多次强反射信号，推定为原管道基础问题。鉴于同相轴呈平弧形，时程差较小，显示基础内有层间水平裂隙，可能是该管段基础换填采用了块石，由块石层间缝隙造成，也不排除原基础为富水不密实区域。见图5。

深度0.5m至1.0m存在典型基础裂隙，该管段基础不密实。见图6。

深度1.5m范围内图像异常，推断管底部存在空洞。见图7。

图4 管道基础局部脱空雷达图像 图5管道基础不密实区域雷达图像

图6 管道基础裂隙区雷达图像 图7管底孔洞雷达图像

（2）管道鼓包和裂隙雷达图像

玻璃钢夹砂管与钢管连接处，距离插口85cm，管身左腰位置有直径25cm的鼓包，鼓包中间有环向裂缝，图8为鼓包和裂隙处现场照片。鼓包处雷达图像解释：顺水流方向测线显示，鼓包裂缝下游侧深度0.1m至0.4m范围内存在典型的不密实区域，有基础裂隙。环向测线显示，沿鼓包裂缝深度0.15m至0.45m范围内存在典型的不密实区域。鉴于不密实区域较小，可对玻璃钢夹砂管鼓包裂缝部位进行修补，不进行灌浆处理。图9和图10为鼓包和裂隙顺水流方向测线和环向测线雷达图像。

图8 鼓包和裂缝照片

图9 鼓包和裂隙顺水流方向测线雷达图像 图10 鼓包和裂隙环向测线雷达图像

（3）管道承插口渗漏图像

承插口涌水较为严重，现场照片见图11。承插口雷达图像解释：顺水流方向雷达图像显示，测线4.6m到5.3m段的70 cm长度为承插口段，深度0.1m至0.6m区域为典型的不密实区域，黄线位置的波形图显示，深度0至0.2m范围雷达波振幅接近为零，说明富含水。环向雷达图像黄线位置的波形图显示，深度0至0.25m范围内部没有振幅，说明富含水。表明该承插口渗漏部位已形成渗漏通道，通道宽度为60cm，深度20～25cm。建议立即进行灌浆处理，封闭渗漏通道。图12和图13为承插口顺水流方向测线和环向测线雷达图像。

图11 承插口渗漏照片

图12 承插口顺水流方向测线雷达图像 图13 承插口环向测线雷达图像

（4）探查结论

雷达探查图像显示，该管道基础不密实，存在局部脱空，敲击验证有空鼓声，宽度均小于0.5m，单节管道沿管线方向脱空不连续，有间隔，显示脱空范围均不大，目前尚不构成危害。

管道存在鼓包和裂隙，该部位雷达探查显示，不密实区域较小，可对玻璃钢夹砂管鼓包裂缝部位进行修补，不进行灌浆处理。

承插口渗漏部位已形成渗漏通道，通道宽度60cm，深度20cm，需在恢复通水前进行灌浆处理，封闭渗漏通道。

4 结语

此次实际工程地质雷达探查结果证明，地质雷达技术是探查埋地管道缺陷的可靠方法，对于存在渗漏、管道底板起鼓、裂缝等缺陷的问题管道，可以采用数字地质雷达进行管道基础脱空探查、管材内部及管材与基础结合面探查，该方法可实现埋地管道缺陷的快速无损诊断。

参考文献

[1] 中国水利水电科学研究院，深圳北部水源工程2012年停水检修玻璃钢夹砂管缺陷探查报告，2013.3.

[2] 冷兴武等，现行RPM管道标准中存在的若干问题，哈尔滨玻璃钢研究院，2007.3.