师毓强
（中国水利水电第七工程局有限公司，四川，成都，611730）
【摘 要】铁路隧道、挡墙目前在我国应用比较广泛,在我国交通运输和经济发展中占有重要位置,而隧道混凝土衬砌结构的检测是保证隧道安全运营的重要手段。传统的检验方法,即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。地质雷达法以其快速、连续、高效的无损检测得到了人们的认可。由于其具有分辨率高、图像直观、对场地条件要求低等优点,在工程勘察与工程检测领域中已得到越来越多的应用。
【关键词】地质雷达；铁路隧道；工程检测；混凝土衬砌；
一、地质雷达检测方法及原理
1.1地质雷达测试原理
探地雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR)是一种宽带高频电磁波信号探测方法,它是利用电磁波信号在介质内部传播时能量会应介质吸收而发生衰减，在介质不均匀时还会发生电磁波的散射、反射或干涉。因此，根据电磁波的传播规律，根据接收到的传播时间、幅度和波形等，可用来探测介质的结构、构造和埋设物。
1.2地质雷达测试方法
1.2.1测线布设
二、隧道工程检测分为施工过程中的超前预报和衬砌后的质量检测，超前地质预报的测线布置在进口掌子面，隧道底面上方1.5m处，布置了一条水平测线(如下图1所示)。
图2：隧道衬砌质量检测测线布置图
挡墙的质量检测测线布置根据不同的要求，按照距地面1.5米或距离挡墙顶面1.5米分别布置一条水平测线。
2.2.2仪器操作步骤
在正式检测之前必须做好一些准备工作，比如仪器的参数设置、现场做好标距等。
一、仪器连接
连接主机、电缆、天线，标记器、测量轮。开机。安装电池或者外接电源，仪器自动开机。在主菜单下选择TerraSIRch按钮，进入仪器采集状态。
二、数据采集
数据采集和保存文件。调整仪器参数，按RUN/SETUP进入单窗口屏幕，开始移动天线采集数据。再次按下此按钮，选择右键盘打勾保存数据文件到仪器中。
三、数据回放
数据回放。按PLAYBACK按钮，弹出对话框，利用上下键找到相应的文件，利用选择键ENTER选中文件，右键确认，再次按RUN/SETUP按钮来回放数据。
四、数据传输
利用SanDisk牌CF卡传输数据文件。OUTPUT->TRANSFER->FLASH。按中间的选择键ENTER，弹出对话框，利用上下键找到相应的文件，利用中间的选择键ENTER选中文件，利用右键盘确认，开始传输数据。最后利用读卡器，把CF卡上的数据文件复制到计算机上。利用SanDisk牌USB盘传输数据文件。OUTPUT->TRANSFER->HD。
五、关闭仪器。
3、结果分析
为获得雷达探测的结果，需要对雷达记录进行处理与判读，判读是理论与实践相结合的综合分析，需要坚实的理论基础和丰富的实践经验。雷达记录的判读也叫雷达记录的波相识别或波相分析，它是资料解释的基础。在此首先介绍波相分析的基本要点。
3.1反射波的振幅与方向
从反射系数的菲涅耳（Fresnel）公式中可以看出两点：
3.1.1反射振幅的大小，界面两侧介质的电磁学性质差异越大，反射波越强。
从反射振幅上可以判定两侧介质的性质；
3.1.2反射波的极性，波从介电常数小进入介电常数大的介质时，即从高速介质进入低速介质，从光疏进入光密介质时，反射系数为负，即反射波振幅反向。反之，从低速进入高速介质，反射波振幅与入射波同向。这是判定界面两侧介质性质与属性的又一条依据；
如从空气中进入土层、混凝土反射振幅反向，折射波不反向。从混凝土后边的脱空区再反射回来时，反射波不反向，结果脱空区的反射与混凝土表面的反射方向正好相反。如果混凝土后边充满水，波从该界面反射也发生反向，与表面反射波同向，而且反射振幅较大。混凝土中的钢筋，波速近乎为零，反射自然反向，而且反射振幅特别强。因而，反射波的振幅和方向特征是雷达波判别最重要依据。
3.2反射波的频谱特性
不同介质有不同的结构特征，内部反射波的高、低频率特征明显不同，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，比较均质，没有岩石内部结构复杂，因而围岩中内反射波明显，特别是高频波丰富。而混凝土内部反射波较少，只是有缺陷的地方有反射。又如，表面松散土电磁性质比较均匀，反射波较弱；强风化层中矿物按深度分化布，垂向电磁参数差异较大，呈现低频大振幅连续反射；其下的新鲜基岩中呈现高频弱振幅反射，从频率特性中可清楚地将各层分开。如围岩中的含水带也表现出低频高振幅的反射特征，易于识别。节理带、断裂带结构破碎，内部反射和散射多，在相应走时位置表现为高频密纹反射。但由于破碎带的散射和吸收作用，从更远的部位反射回来的后续波能量变弱，信号表现为平静区。
3.3反射波同向轴形态特征：
雷达记录资料中，同一连续界面的反射信号形成同相轴，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解释最重要的基础。同向轴的形态与埋藏的物界面的形态并非完全一致，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，两端为半支下开口抛物线衬砌与围岩之间的脱空区为空气，与混凝土和围岩的波阻抗差异很大，反射波正反相间，波相先兰后红，反射很强，脱空区断续蜿蜒，位置清晰明显，极易辨别。
结束语
通过实践证明，用地质雷达检测隧道和挡墙的质量高效、直观、实用、无损、精确等优点，应该在所有工程中大力推广。
参考文献：
[1]郭有劲. 地质雷达在铁路隧道衬砌质量检测中的应用[J]. 铁道工程学报. 2002(02)
[2]柴太林,肖启航,程筑江. 地质雷达在隧道工程质量检测中的应用[J]. 现代隧道技术. 2008(S1)
[3]陈礼伟. 地质雷达检测隧道衬砌质量中的问题研究[J]. 岩土力学. 2003(S1)
论文作者:师毓强
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年9月供稿
论文发表时间:2016/1/15
标签：反射论文; 振幅论文; 介质论文; 隧道论文; 地质论文; 混凝土论文; 挡墙论文; 《工程建设标准化》2015年9月供稿论文;