段文旭
（铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津，300142）
【摘 要】依据地质雷达工作原理和特点，结合实例分析影响其在铁路隧道衬砌检测中的各种影响因素，并提出合理化建议，提高数据采集质量。
【关键词】地质雷达；隧道；衬砌
地质雷达以其成本低廉、便携性好、探测精度高、对场地要求小和检测结果直观等优点，被广泛应用于矿产勘查、地下管线探测、溶洞探查、无损探伤等诸多领域。近年来，地质雷达也被越来越多地应用于铁路隧道衬砌的无损检测中。在隧道衬砌的现场检测中，检测结果容易受各种因素影响，导致数据质量下降甚至无法解释而作废。因此，以具体检测数据为依托，分析影响地质雷达在铁路隧道衬砌检测的各种影响因素，从而在实际工作中减轻或避免这些影响因素，提高数据质量。
1、基本原理
地质雷达的探测原理是根据土质、岩层及其他物质的电导率及介电常数的不同、以及相邻两种物质的电性、物性差异作为测试条件，形成反射界面而探测地下目的体。
地质雷达工作时，在雷达主机的控制下，脉冲源产生周期性的毫微秒信号，经过电缆直接发送至发射天线。经由发射天线耦合到地下的信号在传播路径上遇到介质的非均匀体（面）时，产生反射信号。位于地面上的接收天线在接收到地下的反射波之后，经过电缆传输到雷达主机，在主机中经过整形放大等处理后，再对信号依照幅度大小进行编码，并以伪彩色电平图（灰色电平图）或波形堆积图的方式显示出来。经过后期处理解释，根据图像可以判断地下目标体的深度、大小和方位等特征参数。
对于隧道衬砌检测，涉及的主要介质为：混凝土、钢筋、空气、水、粘土和围岩，其物性差异见下表：
表1 部分介质物性参数
从表中可以看出，隧道内所涉及的这几种介质物性差异均较大，这种差异正是地质雷达法检测的基本前提条件。
2、现场检测
实测时将地质雷达的发射和接收天线密贴于衬砌表面，电磁波通过发射天线进入衬砌混凝土中，遇到衬砌空洞、钢筋钢架、含水段等变化部位时，由于混凝土与空气、钢筋、水以及围岩存在明显的电性差异，形成反射界面，反射波被接收天线接收，经过数据处理技术，得到时间剖面图像，直观显示衬砌状况。
地质雷达现场检测选用美国劳雷公司SIR-3000型，一体化设计，整机更加轻便同时功能也更加强大。现场布置7条测线，分别为拱顶中线、左右拱腰、左右边墙和左右仰拱中线。测线示意图和现场检测如下图所示：
3、影响因素
铁路隧道地质雷达检测现场影响因素较多，归纳起来主要有以下几个类型：雷达天线未紧贴检测表面、经过大型车辆或金属构筑物、仰拱积水、通信信号干扰等。
3.1 雷达天线未紧贴检测表面
地质雷达天线集成了发射天线和接收天线两个部分。在现场检测过程中，雷达天线应当始终紧贴检测面，但在拱顶拱腰等部位的检测中，工人需要在台车上手举天线贴近表面（上图右）。当仰拱面不平整或台车司机驾驶不熟练等原因，使工人站立不稳，无法时刻紧贴表面造成图像不清，如下图:
天线不紧贴工作面会极大影响数据质量，对后续数据处理和解释造成不便。
3.2 经过大型车辆或金属构筑物
在对隧道进行检测时，隧道内时常会停有各种车辆或台车、钢架等大型金属构筑物，由于金属和混凝土在物性参数上的巨大差异，很容易使得经由金属反射的部分电磁波被接收天线接收，从而对采集图像形成干扰，如下图所示：
显而易见，金属反射波被接收天线接收，在图像上形成了较大范围的弧形干扰波，能量较强，掩盖了有效的反射信号。
3.3 仰拱积水
水与混凝土的相对介电常数存在近10倍差异，因此当仰拱表面积水时，电磁波在水中即形成反射，阻碍有效波传播，导致接收天线无法接收到有效信号。
3.4 通信信号干扰
由于通信的需要，隧道内常常会架设通信信号发射设备，这一类设备工作时发射的信号会影响雷达信号的接收，具体表现为广泛分布的雪花噪点，如下图：
4、结语
地质雷达作为一种新型的工程检测手段，具有高分辨率、高效率和无损探测等优点，在隧道衬砌检测中得到广泛应用，已经成为隧道工程质量检测最重要的途径。
检测人员在现场检测前，应当充分了解检测段落的实际情况，如发现仰拱有杂物、积水等现象，应及时清理；提前告知台车上的工人检测时按照规定方向紧贴二衬表面，同时应确保检测区间没有大型金属物和信号发射装置。
本文通过实例展示了地质雷达在隧道检测过程中常见的几种影响因素及其具体的图像表现，旨在为检测人员提供参考依据，提高数据质量，保证后续数据处理和资料解释的顺利进行。
参考文献：
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作者简介：
段文旭（1988-），男，铁道第三勘察设计院，助理工程师。
论文作者:段文旭
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年4月总第209期
论文发表时间:2016/6/14
标签：天线论文; 地质论文; 隧道论文; 信号论文; 反射论文; 物性论文; 因素论文; 《工程建设标准化》2016年4月总第209期论文;