一第３８卷第４期物一探一与一化一探Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．４一一２０１４年８月ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ＆ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＡｕｇ．，２０１４一
ｄｏｉ：１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１４．４．３３
方云，翟国林，乔梁．探地雷达探测技术在奉先寺保护工程中的应用［Ｊ］．物探与化探，２０１４，３８（４）：８１５－８１９．ｈｔｔｐ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１４．４．３３
ＦａｎｇＹ，ＺｈａｉＧＬ，ＱｉａｏＬ．ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇｒａｄａｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＦｅｎｇｘｉａｎｔｅｍｐｌｅ［Ｊ］．ＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄＧｅｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，２０１４，３８（４）：８１５－８１９．ｈｔｔｐ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１４．４．３３
探地雷达探测技术在奉先寺保护工程中的应用
方云１，翟国林２，乔梁１
（１．中国地质大学工程学院，湖北武汉一４３００７４；２．广州市地下铁道总公司建设事业总部，广东广州一５１００００）
摘要：为了查明龙门石窟奉先寺周边岩体裂隙二岩体破碎带分布以及奉先寺顶部覆盖层厚度，为奉先寺的渗水治理提供基础资料，将探地雷达无损检测技术应用于奉先寺保护工程三探测结果显示，奉先寺顶部岩体较完整，神仙洞与卢舍那大佛之间裂隙和破碎带较多，形成了交叉网络渗水通道；奉先寺顶部覆盖层呈凹形分布，厚度在１ ２．２ｍ之间，有利于雨水的贮存和滞留三此次工程实践表明，将探地雷达技术应用于奉先寺岩体裂隙和覆盖层厚度调查是可行的，探地雷达在岩土文物保护中有巨大的应用前景三
关键词：奉先寺；探地雷达；裂隙分布；无损检测；文物保护
中图分类号：Ｐ６３１．３一一一文献标识码：Ａ一一一文章编号：１０００－８９１８（２０１４）０４－０８１５－０５
一一龙门石窟自北魏开凿至今，已有１５００多年的历史，是世界闻名的中国三大石窟之一三奉先寺是龙门石窟雕刻中规模最大二艺术最精二气势最磅礴的代表作品，具有极高的历史和艺术价值三由于地质营力的不断作用以及人为因素的影响和破坏，奉先寺一直存在着渗水二风化和溶蚀等多种病害三其中，洞窟渗漏水是危害石窟安全的最主要病害之一，所以对洞窟渗漏水的治理是龙门石窟文物保护的基础和前提［１］三
由于石质文物大多赋存于复杂地质环境中，传统的岩土工程勘察手段很难满足岩土文物保护的需要，因此，地球物理探测技术越来越受到文物保护工作者的关注，并应用于岩土文物保护［２］三探地雷达作为一种重要的地球物理探测技术，在各领域得到广泛应用，如古墓探查二大型古建筑地下遗存现状探查二重要古建基础状况探查二古遗迹断代等方面都发挥了重要作用［３－６］三探地雷达可以对地下介质的介电性差异进行分析，查明岩体中含水裂隙和岩溶孔洞分布规律，在文物保护领域应用越来越广泛［７］三如方云二乔梁等通过探地雷达查明了千手观音造像所赋存山体以及垂直立壁岩体的完整情况，准确地反映了测区第四纪覆盖层分布以及岩体内裂隙二破碎带分布［２］；梅宝二邓世坤等通过探地雷达技术探测云冈石窟两窟间墙壁厚度，证明了探地雷达用于检测遗址的厚度及风化程度是可行和有效的［８］；王亚清二武毅等运用探地雷达探测山海关古城墙隐伏缺陷墙体，试验结果表明：探地雷达对古城墙砖体内隐伏空洞裂缝二古城墙基础下原状土体陷落等不良缺陷的勘测是可行和有效的［９］三
为查明龙门石窟奉先寺所在立壁岩溶裂隙水的渗水通道二神仙洞和卢舍那大佛立壁之间岩溶管道的空间关系以及岩溶裂隙水对卢舍那大佛的影响，用常规的勘探方法存在费工时二投资大二取样不完全二分析不准和不能保证工程质量的缺点，同时，传统的勘探方法对文物本体也是一种破坏；这就要求采用新的探测技术三探地雷达探测技术应用于奉先寺防渗工程取得了理想效果三
１一奉先寺周边环境地质概况
研究区出露地层为寒武系中统张夏组灰岩和第四系三区域构造上石窟区位于龙门山 香山断块内三该断块四周被宜阳断裂二草店断裂二郜庄断裂和
收稿日期：２０１３－０５－２０
基金项目：国家自然科学基金面上项目（４０９７２１８３，４０９７２１８６）
物一探一与一化一探３８卷一
龙门桥断裂所切割三自新生代中更新世以来，该断块一直处于整体抬升，遭受剥蚀和侵蚀卸荷作用阶段三伊水纵贯其间，形成深切峡谷，龙门石窟就开凿于峡谷两岸寒武系灰岩二白云岩形成的崖壁上三奉先寺依山傍水而建，面向东方三崖壁的高差达２６ｍ三崖壁顶部为一坡度约５０?的斜坡，一直延伸至山顶三奉先寺崖壁顶部开凿有２条排水沟，呈人字形排列三
奉先寺地层岩性以灰岩为主，主要矿物为方解石，含少量白云石，新鲜岩石结构致密三奉先寺地段构造比较简单，但在顶部南北均发育有近东西向的构造裂隙带，控制着区内局部岩溶与渗水的发育三除部分沿地表排泄以外，大气降水通过第四系覆盖层垂直入渗，进入覆盖层形成包气带水三岩体内各种裂隙相互交切，与溶洞一起构成了区内渗水连通网络三当立壁面与含水裂隙或岩溶管道交切时，在交切部位造成立壁面渗水三奉先寺高出地下水位２０ｍ，位于地下水位以上的包气带岩体中，不受地下水位波动的影响三因此，造成奉先寺渗水病害的地下水是雨季赋存于包气带中的暂时性渗水［１０］三
２一现场工作方法
本次主要探测区域为２部分：奉先寺主佛雕像头部南北两侧和奉先寺山顶与西山公园交接的围墙东西两侧三
奉先寺主佛雕像自上往下，在齐头顶二耳部和颈部共布设４条测线，实测中由于大佛头部区域脚手架不能充分搭建，因此布设的测线以佛头部为界分为南北两段三主佛雕像南测线１１ １１．５ｍ，北测线６．５ ７ｍ（图１）三
奉先寺山顶与西山公园交接的围墙东二西两条图１一奉先寺主佛雕像头部测线分布示意测线，则顺围墙主体呈南北走向展布；另外，在围墙拐角处，自东往西布设一条垂直测线三总计测线数量７条三
现场采集的数据，在野外做好详细记录并核查是否存在缺失，确认数据完整三数据后处理采用
ＭＡＬＡ雷达配套的ＲＥＦＬＥＸ４．５分析软件，并结合美国ＧＳＳＩ的ＲＡＤＡＮ６．５软件对比完成三
数据处理的基本依据是去除干扰，突出目标反射三该过程中，结合以往处理经验，反复尝试二比对，选用最佳组合参数处理三对于同一测线位置，对比分析２５０ＭＨｚ天线与５００ＭＨｚ天线探测得到的反射剖面三处理时，充分利用已知地表地标，以控制标定雷达反射剖面上目标体反射位置和反射波形态三具体处理流程见图
２三
图２一探地雷达数据处理流程
３一测试成果
３．１一探测奉先寺崖壁岩体中的裂隙和岩溶管道为查明龙门石窟奉先寺大佛顶部裂隙岩溶二奉先寺周围岩体破碎带分布规律和裂隙发育情况，本次勘察在卢舍那大佛头顶和两侧共布置了４条探地雷达测线，位置自上往下为卢舍那大佛头顶以上２ｍ处二齐卢舍那大佛头顶二经卢舍那大佛耳部和经卢舍那大佛颈部，依次编号（见图１）三
图３为主佛像头顶２ｍ处测线（测线１）雷达探测图像，测线长１９．２ｍ三由图可见，在神仙洞以北９．５ １０．５ｍ和１７．５ １８．５ｍ，顶板向里０．３ ０．７ｍ和１７．５ １８．５ｍ范围内存在反射异常，推断有小型溶洞孔隙，泥质充填或充填少量水三这两处溶洞孔隙会在雨季贮存雨水，形成局部上层滞水，是形成卢舍那大佛二神仙洞顶板之间歇性渗水的原因之一三渗水方式主要是溶蚀点状渗水和裂隙渗水三
图４反映的是齐佛像头顶水平测线（测线２）的雷达图像，分南二北二段，南侧长１１．５ｍ，北侧长６．５ｍ三在测线南段距神仙洞３．６ ４．８ｍ二５．８ ６．２ｍ和７．６ ８．４ｍ处推测有隐伏小型裂隙，裂隙在０．１５ ０．３ｍ二０．２５ ０．６ｍ和０．２ ０．５ｍ之间，较明显三在１０ １０．５ｍ处推测存在小型孔洞或破碎带，埋藏深
四６１８四
一４期方云等：
探地雷达探测技术在奉先寺保护工程中的应用图３一测线１
探地雷达彩色图像
图４一测线２
南侧探地雷达彩色图像
图５一测线３南侧探地雷达彩色图像
度在０．２５ ０．５ｍ之间，泥质充填并含水三在７．６ ８．４ｍ处存在交叉裂隙，切割佛像背后岩体三在１０．５ｍ处孔隙近大佛头部，与卢舍那大佛头部南侧上方的小佛龛相通，是大佛头部右侧暂时性渗水的影响因素之一三北侧区域探地雷达探测结果未见明显异常，岩体完整性好三
图５为卢舍那大佛像齐耳部测线（测线３）的图像三该测线以佛像头部为界分为南侧与北侧，长度分别为１１ｍ和６．５ｍ三根据探测结果，推断在南测中部，自神仙洞往北４．８ ６ｍ处，深度在０．３ １．２ｍ之间存在溶洞孔隙或裂隙，孔隙中有泥质填充并含水；实地勘察中也发现此处有明显渗水水痕三北测未发现明显异常，岩体完整性好三
图６为齐卢舍那大佛颈部测线（测线４）的图像三测线分南北两段，南测线由神仙洞至佛像颈部，长１１ｍ，北测线长６ｍ三探测结果显示，在南测线距神仙洞以北０．８ １．７ｍ二２．８ ３ｍ二６．８ ７．５ｍ二８．５
９．６ｍ，深度０．５ １．３ｍ二０．３ ０．７ｍ二０．４ ０．８ｍ二０．４ ０．７ｍ处，存在反射异常现象，推测发育小型裂隙，部分裂隙泥质充填含少量水三神仙洞以北４．５ ６ｍ，深度０．４ １．１ｍ处，推测发育有裂隙，在裂隙南侧发育有小型孔洞，孔洞含少量水三北测线未发现明显异常三
综合以上探测成果，卢舍那大佛南部裂隙数量多于北部，这是导致卢舍那大佛与神仙洞之间渗水现象较明显的原因之一；北部测线上基本没有明显
四
７１８四
物一探一与一化一探３８卷
一
图６一测线４南侧探地雷达彩色图像
溶洞孔隙，看不到渗水点，与实地看到的现象相吻
合；而齐佛像头顶水平测线和齐主佛像颈部测线上
裂隙数量远多于齐大佛耳部测线上裂隙或孔洞数
量，这与组成卢舍那大佛背部岩壁的地层岩性二地质
构造密切相关三
３．２一探测奉先寺山顶覆盖层厚度
为查明奉先寺山顶覆盖层厚度，在山顶布置了
３条测线：２条平行崖壁，１条垂直崖壁三平行崖壁
测线为奉先寺顶部与西山公园交界围墙东二西侧两
条测线，东测线长３６ｍ，测线走向Ｎ１９６?，西测线长
５０ｍ，走向ＮＥ１６?三垂直崖壁测线为西山公园与奉
先寺山顶围墙转弯处东西向测线，长５０ｍ，测线自
围墙拐角西侧立桩开始，走向２８３?三测得覆盖层厚
度部分数据见表１三测线所对应的覆盖层厚度分布
见图７三
表１一奉先寺顶部第四系覆盖层厚度
位置／ｍ
平行崖壁／ｃｍ
一东测线一一西测线一位置ｍ垂直崖壁
ｃｍ
－２５－１３１．５０１１９．８
－２１－１４９．８４１２２．８
－１７－１６２．８８１７２．３
－１３－１６４．６１２１８６．５
－９１０５．８１６４．５１６２１０．３
－５１５１．４１５８．７２０２０７
－１１２２．１１４３．８２４１８４．１
１１４１１４１．８２６１９６．２
５１１６．６１２３．１３０１７９．６
９１００．７１１４．９３４１８４．８
１３１１２１０７．５３８１５０．２
１７１０６．４１００．７４２１３８．９
２１１２８．１９９４６１３９．９
２５－９７．４５０１１１．２一一由图７知：平行崖壁东测线覆盖层厚度在１００．７ １５１．４ｃｍ；平行崖壁西测线覆盖层厚度在９７．４ １６６．９ｃｍ；垂直崖壁测线覆盖层厚度在１０９．８ ２２２．１ｃｍ三平行崖壁测线覆盖层厚度总体上看来分布比较均匀，局部呈中间厚两头薄的形态；
垂直测线总体
图７一奉先寺顶部第四系覆盖层厚度
上看中部覆盖层比较厚，最厚的部位２．２ｍ，两边比较薄，但都达到了１ｍ左右三从奉先寺顶部覆盖层厚度分布可知，顶部覆盖层呈凹型分布，中间厚度大，四周厚度相对减小三这有利于雨水贮存二滞留在第四系覆盖层中，形成上层滞水，导致奉先寺顶部或后壁形成间歇性渗漏三
４一结语
探地雷达由于其无损二快速二简便二精度高和经济的特性，在石质文物保护中有着广泛的应用前景和推广价值，其作用也尤为突出三首先，其大大简化了隐伏岩体裂隙和溶洞的调查研究，另外，还使难于取样的石质文物的保护研究更容易进行三
本次探地雷达探测奉先寺岩体裂隙及覆盖层厚度试验剖面线共７条三探测推断的奉先寺隐伏岩体裂隙以及卢舍那大佛背后存在的溶洞分布情况与实
四８１８四
一４期方云等：探地雷达探测技术在奉先寺保护工程中的应用
际勘察得到裂隙和溶洞位置基本一致三奉先寺顶部的第四系覆盖层厚度与实际情况也比较相符三由探测结果知：卢舍那大佛头部南侧测线上孔洞或裂隙较发育，北侧岩体完整性好三探测出的溶洞或孔隙在大佛后壁０．５ １．３ｍ之间分布较多，溶洞裂隙间距在１．５ ５ｍ之间三而奉先寺顶部覆盖层的厚度在１ ２．２ｍ之间三探测结果为奉先寺防渗工程设计提供了科学依据三
在石窟防渗工程中，需要准确查明裂隙性质二分布情况及基岩埋深三探地雷达在奉先寺保护工程中的成功应用，表明这项技术在岩土文物保护工程中具有广泛的应用前景三
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Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇｒａｄａｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｔｏｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＦｅｎｇｘｉａｎｔｅｍｐｌｅ
ＦＡＮＧＹｕｎ１，ＺＨＡＩＧｕｏ?Ｌｉｎ２，ＱＩＡＯＬｉａｎｇ１
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｉ一４３００７４，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｕａｎｇｚｈｏｕＭｅｔｒｏＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｈｅａｄｑｕａｒｔｅｒｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ一５１００００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｒａｄａｒ，ｗｈｉｃｈｉｓｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ，ｆａｓｔ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ，ａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆａｒｃｈａｅｏｌｏｇｙａｎｄｃｕｌｔｕｒａｌｒｅｌｉｃｓｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｆｉｎｄｏｕｔｔｈｅｒｏｃｋｆｒａｃｔｕｒｅｓｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇＦｅｎｘｉａｎｔｅｍｐｌｅ，ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｚｏｎｅｓｉｎｒｏｃｋｍａｓｓａｎｄｔｈｅＱｕａｔｅｒｎａｒｙｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｔｔｈｅｔｏｐｏｆＦｅｎｇｘｉａｎｔｅｍｐｌｅｓｏａｓｔｏｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｂａｓｉｓｄａｔａｆｏｒｏｏｚｅｗａｔｅｒｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆＦｅｎｇｘｉａｎｔｅｍｐｌｅ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｅｍｐｌｏｙｅｄｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｒａｄａｒｎｏｎ?ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒ?ｉｎｇｏｆＦｅｎｇｘｉａｎｔｅｍｐｌｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｘｐｏｕｎｄｓｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｒａｄａｒａｎｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｆｏｃｕｓｅｓｏｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａ?ｔｉｏｎｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｒａｄａｒｔｏｔｈｅＦｅｎｇｘｉａｎｔｅｍｐｌｅ＇ｓｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ＴｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｏｃｋｍａｓｓａｔｔｈｅｔｏｐｏｆｔｈｅＦｅｎｇｘｉａｎｔｅｍｐｌｅｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅ，ａｎｄｔｈｅｃｒａｃｋａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｚｏｎｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＧｉａｎｔＢｕｄｄｈａａｎｄｔｈｅＦａｉｒｙＣａｖｅａｒｅｎｕｍｅｒｏｕｓ，ｆｏｒｍｉｎｇｔｈｅｃｒｏｓｓｅｄｎｅｔｗｏｒｋｓｅｅｐａｇｅｃｈａｎｎｅｌ．ＡｔｔｈｅｔｏｐｏｆＦｅｎｇｘｉａｎｔｅｍｐｌｅ，ｔｈｅＱｕａｔｅｒｎａｒｙｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｉｓｃｏｎｃａｖｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｔｈｅｒａｉｎｗａｔｅｒｓｔｏｒａｇｅａｎｄｒｅｔｅｎｔｉｏｎ，ｗｉｔｈｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｂｅｔｗｅｅｎ１．０ ２．２ｍ．ＴｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｕｓｉｎｇｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｒａｄａｒｔｏｓｕｒｖｅｙｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｚｏｎｅｓｏｆｒｏｃｋｍａｓｓａｎｄｔｈｅＱｕａｔｅｒｎａｒｙｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｔｈｉｃｋｎｅｓｓｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ，ａｎｄｔｈａｔｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｒａｄａｒｈａｓｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｒｏｃｋａｎｄｓｏｉｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｅｎｇｘｉａｎｔｅｍｐｌｅ；ｇｒｏｕｎｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇｒａｄａｒ；ｃｒａｃｋｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｉｎｇ；ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｃｕｌｔｕｒａｌｒｅｌｉｃｓ
作者简介：方云（１９５５－），男，中国地质大学（武汉）工程学院教授，从事岩土文物保护研究和教学工作三
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探地雷达在桩基检测中的应用 于涛 （中铁十九局集团第三工程有限公司） 摘要介绍了探地雷达工作原理与在桩基中的检测方法，探讨了探地雷达在桩基检测中的应用现状。关键词探地雷达桩基 桩基础属隐蔽工程，为了保证桩基础的安全可靠，桩基的质量检查至关重要。常规桩基工程的检测方法如静载荷试验、高应变、低应变等已经日趋完善，但是随着工程目的的多样化和质量要求的提高，许多建筑工程中的桩基设计和施工工艺较为特殊，使得建立在杆状模型的一维波动方程理论基础之上的常规检测手段无能为力［&］。基于以上情况，常使用地质雷达探测作为桩基常规检测方法的有力补充，这正好发挥了其高分辨率、高准确性的特点，同时可以数据处理和图像解释，有其独特的效果。 地质雷达是目前精度最高的物探仪器之一，广泛应用于工程地质、岩土工程、地基处理、道路桥梁、文物考古、混凝土结构探伤等领域［!］。探地雷达能探测#"’(")深度，一般能满足工程勘测的需要［#］。但对于以钢筋混凝土为主要材料的桩基，其电性性质与周围土体有明显差异，而且介质性质较均匀，探测深度可能会增加，另外雷达剖面会有较好的效果。 &探地雷达的基本原理 探地雷达是利用高频电磁波（&*+,’&-+,）以宽频带短脉冲的形式，在地面通过发射天线（!）将信号送入地下，经地层界面或目的体反射后回到地面，再由接收天线（"）接收电磁波反射信号，通过对电磁波反射信号的时域特征和振幅特征进行分析来了解地层或目的体特征信息的方法。 当发射天线向地下发射高频宽频带短脉冲电磁波时，遇到不同介电特性的介质就会有部分电磁波能量返回，接收天线接收反射回波并记录反射时间。电磁波在岩土介质中的传播速度为： !#$%" !. 式中：$为电磁波在真空中的传播速度，约为"/#)?01$&；".为相对介电常数。 电磁波在介质中传播时，其路径$波形将随所通过的介质的电性质及几何形态而变化，根据接收到波的旅行时间（亦即双程走时）、幅度、频率与波形变化资料，可以推断介质的内部结构以及目标的深度、形状等，利用电磁波在介质中的波速和旅行时间可以计算介面深度（&2’3(4!）。当发射天线沿欲探测物表面移动时就能得到其内部介质剖面图像，其工作原理见图& 。反射脉冲的信号强度，与界面的波反射系数和穿透介质的波吸收程度有关。 〔收稿日期〕!""#$"#$!%
国内探地雷达与国外的差别 随着世界经济建设和材料科学的发展，对地下非金属类目标探测技术的需求变得愈来愈迫切，六十年代末期得到发展的时域电磁场理论和相关的电子技术，进一步推动了毫微秒脉冲地下目标探测设备—探地雷达（GPR）的研制和应用。现在，国内外兴起了利用探地雷达进行地下目标无损探测的研究和应用热潮，探地雷达在城建、交通、地质、考古、国防等部门中扮演着越来越重要的角色。 在军方及地质与勘探部门的持续支持下，中国电波传播研究所在地下目标高分辨率探测领域，已开展十余年的研究工作,目前已经研制成功LTD系列多种型号的探地雷达产品,其中全数字化LTD-10一体化探地雷达具备携带方便、功能强、性能稳定等特点，既可以用于公路、隧道面层厚度检测，又可以用于地下较深层目标的探测，已广泛应用于军事和民用各领域。 但随着应用范围的不断拓宽，现场对尚处于成长期的探地雷达提出越来越高的技术要求，其中探测深度和分辨率的矛盾显得越来越明显，作者在此抛砖引玉，希望更多的科研院所、学校和现场应用部门加入到无损探测技术研究中来，通力合作，尽快使电磁波传播理论和探地雷达应用技术有大的突破。 工作原理 LTD探地雷达工作时，在雷达主机控制下，脉冲源产生周期性的毫微秒信号，并直接馈给发射天线，经由发射天线耦合到地下的信号在传播路径上遇到非均匀体时，产生反射信号。位于地面上的接收天线在接收到地下回波后，直接传输到接收机，信号在接收机经过整形和放大等处理后，经电缆传输到雷达主机，经处理后传输到微机。在微机中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，经事后处理，可用来判断地下目标的深度、大小和方位等特性参数。 系统组成 探地雷达系统主要由LTD-10一体化雷达主机、天线、综合控制电缆、测距轮及其它相关配件和随机附送软件组成。 与国外部分品牌主机设计不同，探地雷达采用工控机和雷达主机一体化设计，与随机附送软件（包括实时采集软件和事后处理软件，两者都是全中文界面）配合，利用键盘或鼠标就可完成数据采集和后处理工作。其中，实时采集软件为用户提供分别在DOS和Windows2000
地质雷达测量技术 内容提要：本文在简述地质雷达基本原理的基础上，介绍了地质雷达检测隧道衬砌质量的工作方法，通过理论分析、实际资料计算、实测效果等方面说明采用地质雷达技术检测隧道衬砌质量的必要性和可靠性。 关键词：地质雷达测量技术 1 前言 地质雷达（Geological Radar）又称探地雷达（Ground Penetrating Radar），是一项基于不破坏受检母体而获得各项检测数据的检测方法，在我国已在数百项工程中得到了应用，并取得了显著成效。同时，随着交通、水利、市政建设工程等基础设施的大力发展，以及国家对工程质量的日益重视，工程实施过程中仍急需用物理勘探的手段解决大量的地质难题，因此，地质雷达极其探测技术市场前景十分广阔。 地质雷达作为一项先进技术，具有以下四个显著特点：具有非破坏性；抗电磁干扰能力强；采用便携微机控制，图象直观；工作周期短，快速高效。它不仅用于管线探测，还可用于工程建筑，地质灾害，隧道探测，不同地层划分，材料，公路工程质量的无损检测，考古等等。 2 地质雷达技术原理 地质雷达是运用瞬态电磁波的基本原理，通过宽带时域发射天线向地下发射高频窄脉冲电磁波，波在地下传播过程中遇到不同电性介质界面时产生反射，由接收天线接收介质反射的回波信息，再由计算机将收到的数字信号进行分析计算和成像处理，即可识别不同层面反射体的空间形态和介质特性，并精确标定物体的深度（图1）。
图1 地质雷达检测原理图 3 雷达的使用特性 3.1无损、连续探测，不破坏原有母体，避免了后期修补工作，可节约大量的时间和费用。 3.2 操作简便，使用者经过2－3天培训就能掌握。 探测时，主机显示器实时成像，操作人员可直接从屏幕上判读探测结果，现场打印成图，为及时掌握施工质量提供资料，提高了检测速度和科学水平。并且通过数据分析，还可以了解道路的结构情况，发现道路路基的变化和隐性灾害，使日常管理和维护更加简单。 3.3 测量精度高，测试速度快。在车载工作方式下，测试速度大大提高，当车速达80Km/h时，系统仍能正常工作。 3.4 收、发天线离地面的探测高度可以针对不同的埋地目标进行调整，以达到最佳的探测能力和探测分辨率：同时还可以调节收发天线之间的距离寻找系统工作的最好效果。 3.5 测点密度不受限制，便于点测和普查。 工作方式的灵活使得用户可以连续普查某一段工程的质量,也可随时对异常区域进行重点探测 和分析。 3.6 便于维护与保养。 本系统采用了结构化设计，对于使用不当或其它原因造成的质量问题，简单地更换接插件即可保证雷达的正常工作。 3.7 可扩充配置。 通过选择相应的发射源和收发天线，再配上相应的处理软件，就可以在中、深层探测范围，如地下管线、地基空洞、钢筋分布、堤坝密实程度等方面扩大应用。 4 地质雷达在检测隧道衬砌质量中的应用 新建隧道施工中为确保隧道衬砌质量，采用传统“钻、看”的检测方法显然已不能满足“多断面、全方位”的检测要求，业主和施工单位都在探索采用无损检测技术有效监控和确保隧道衬砌质量的新方法。 隧道衬砌的质量检测包括1)隧道衬砌厚度，2)隧道衬砌背后未回填的空区，3)隧道衬砌的密实程度，4)施工时坍方位置及坍方的处理情况。5)有时还可检测围岩中地下水向隧道侵入的位置。4.1 工作方法
隧道衬砌质量地质雷达无损检测技术 1 前言 工艺概况 铁路隧道衬砌是隐蔽工程，用传统的目测或钻孔对其质量进行检测有较大的局限性；应用物理勘探的方法对隧道衬砌混凝土进行无损检测，可取得快速、安全、可靠的效果。 工艺原理 电磁反射波法（地质雷达）由主机、天线和配套软件等几部分组成。根据电磁波在有耗介质中的传播特性，当发射天线向被测介质发射高频脉冲电磁波时，电磁波遇到不均匀体(接口)时会反射一部分电磁波，其反射系数主要取决于被测介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到探测识别目标物体的目的(图1)。 图1 地质雷达基本原理示意图 电磁波在特定介质中的传播速度是不变的 ，因此根据地质雷达记录的电磁波传播时间ΔT ，即可据下式算出异常介质的埋藏深度H ： H V T =??2 (1) 式中，V 是电磁波在介质中的传播速度，其大小由下式表示： V C =ε (2) 式中，C 是电磁波在大气中的传播速度，约为×108m/s ； ε为相对介电常数，不同的介质其介电常数亦不同。 雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数可表示为： 212 1εεεε+-=r (3)
反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差越大，反射信号越强。 雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和波的频率。电导率越高，穿透深度越小；频率越高，穿透深度越小。 2 工艺特点 电磁反射波法（地质雷达）能够预测隧道施工中衬砌的各种质量问题，分辨率高，精度高，探测深度一般在～左右。利用高频电磁脉冲波的反射，中心工作频率 400MHz/900 MHz/1500 MHz； 采用宽带短脉冲和高采样率，分辨率较高； 采用可调程序高次迭加和多波处理等信号恢复技术，大大改善了信噪比和图像显示性能。 （1）操作简单，对工作环境要求不高； （2）对衬砌隐蔽工程质量问题性质判断一般精度较高，分辨率可达到2～5cm，检测的深度、结构尺寸以及里程偏差或误差小于10%，缺陷类型识别准确度达95%以上； （3）通过专业的RADAN 分析软件，专业的技术人员可以迅速的完成数据处理等。 3 适用范围 地质雷达有其适用范围和适用条件，目标体与周围介质是否存在足够的电性差异，是探测工作是否有效的前提，这种电性差异就是介电常数；应根据不同的检测对象和检测要求选用不同的天线类型；适用条件，探测的目标体与周围介质有较大的介电常数差异并具有较好的反射条件；上覆层导电性较弱；目标体具有一定的体积，引起的异常有一定的强度；具有一定的探测对比资料。 该技术适用于隧道衬砌质量施工过程控制和竣工验收的无损检测。 4 主要引用标准 《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB 10753-2010） 《铁路隧道工程施工质量验收标准》TBl0417-2003 《铁路隧道衬砌质量无损检测规程施工规范》（TB10223-2004） 《铁路工程物理勘探规程》（TB10013-2004） 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）
解读我国探地雷达的应用现状及展望 发表时间：2019-04-26T16:27:00.530Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：李柯辉[导读] 摘要：本文从建筑工程质量检测、岩土工程勘察及地质勘探、城市基础设施探测、公路、铁路质量检测、水利工程探测、考古探测、军事及安全领域等方面，对我国探地雷达的应用现状进行了说明，并阐述了我国探地雷达的应用展望，以期为促进我国对探地雷达技术的更好应用，推动我国更多领域的发展提供参考。 广东省公路工程质量监测中心广东广州 510500摘要：本文从建筑工程质量检测、岩土工程勘察及地质勘探、城市基础设施探测、公路、铁路质量检测、水利工程探测、考古探测、军事及安全领域等方面，对我国探地雷达的应用现状进行了说明，并阐述了我国探地雷达的应用展望，以期为促进我国对探地雷达技术的更好应用，推动我国更多领域的发展提供参考。 关键词：探地雷达；应用现状；展望引言 就探地雷达而言，其在我国之中也被称为地质雷达，于应用方面主要是通过对频率在106到109Hz的超高频脉冲电磁波的利用，来实现对地下介质所具有的分布特征方面的有效探测的一种地球物理方法，且在近年来的不断发展之中，其在应用范围方面也愈加广阔，呈现出一片大好的应用前景。 一、我国探地雷达的应用现状 （一）在建筑工程质量检测之中的应用对于建筑工程领域而言，其一系列工作的开展，都需要相应的数据作为支撑，也就是说其对于数据本身的可靠性方面的要求较高，但就实际情况而言，其中包含了很多具有较高隐蔽性的工程，若仅仅通过常规手段展开数据的获取，则存在较大的困难。但就我国当前阶段的探测雷达技术应用而言，其在建筑工程质量检测领域之中的应用具有较为良好的成效，能够对以上的问题良好的解决，其能够针对建筑工程建设施工之中，缺陷部位与完好部位介质之间的介电常数差异性的对比，来对其中存在的较为隐蔽的质量缺陷良好的探测出来，以便于对缺陷部位问题进行及时的了解及补救。在探地雷达技术实际应用于建筑工程质量检测之中时，其往往是在建筑物的结构及探伤、混凝土浇筑的质量、保护层厚度及其中钢筋的分布情况等方面发挥相应的探测作用。 （二）在岩土工程勘察及地质勘探之中的应用在岩土工程勘察及地质勘探工作的开展之中，常规的地质勘查方法都是以钻孔勘查为主，其虽然发挥了一定的作用，但因勘查的过程之中其钻孔的数量毕竟有限，使之难以对工程建设开展区域地下地层的分布情况及相应的特征全面的掌握，这便会对工程实际的建设开展带来一定的质量及安全方面的隐患。此时，在建设所在区域地质勘查工作之中对探地雷达加以应用，能够对其快速且大面积普查的优势加以发挥，进而能够对传统钻孔勘查的缺陷加以弥补，实现对地下之中的障碍物分布情况、回填土所具有的厚度、地下断裂发育以及地层分层特征等方面的情况及内容拥有较为全面的了解，进而能够为岩土工程整体设计施工的开展提供有利依据。此外，在实际开展岩土工程勘察及地质勘探时，将探地雷达技术与其他技术相结合，能够实现对地基及矿产资源调查、地层划分、断层及断裂查找、水文地质勘察等方面情况的良好勘察，以便于拥有更高依据的开展施工操作。 （三）在城市基础设施探测之中的应用在城市整体的运行过程之中，其基础设施探测工作的开展必不可少，且所包含的内容较多，有地下空洞、金属及非金属管线探索、突发工程事故抢险、城市路面坍塌等等，但又因为城市之中本身的环境条件较为复杂，存在电磁干扰、机械振动等多方面的干扰源，致使大多数探测方法的开展都难以达到相应的探测效果。此时，应用探地雷达技术其本身的天线具有一定的屏蔽功能，使之能够无惧干扰正常开展探测工作，尤其是在桩基及复合地基等基础工程之中，能够实现对地基加固效果方面的准确检测。 （四）在公路、铁路质量检测之中的应用随着近年来我国公路及铁路领域的飞速发展，因探地雷达技术本身所具有的优势，使之在以上领域之中获得了较为广泛的应用，对其分别进行说明，则可分为以下几点。第一点，在公路建设方面，充分发挥了探地雷达的探测精度及速度方面的优势，使之能够在公路路基、路基病害检测、桥梁结构及沥青厚度的检测方面良好的发挥作用，经由相应的雷达图像，能够实现对缺陷部位的清晰观看。第二点，在铁路建设方面，探地雷达技术已经在包括翻浆、裂缝、孔洞等在内的路基病害检测、路基岩溶、采空区等方面的探测工作之中发挥了作用，并达到了较为良好的应用效果。就近年来的发展情况来看，探地雷达于铁路路基领域之中的应用，已经由原本的未经运营状态之下得到铁路线路探测，逐渐向处于通车运行状态之下的铁路线路方向发展，且正在着力开展轨道车载式铁路路基质量检测系统的大力研发工作[1]。 （五）在水利工程探测之中的应用就探地雷达技术而言，其在我国水利工程领域之中的应用，主要是在工程开展前期的滑坡体与基岩埋深方面的勘察工作，中期的水利工程施工质量、堤坝隐患探测等方面的应用，不仅仅能够对整体的施工开展及施工质量提供保障，还能够对施工整体的进度及质量控制工作的开展达到一定的促进作用。其中，探地雷达应用效果最佳的便是在水利工程的质量检测及地把隐患问题的探测方面，仅仅在这两个方面的应用，便已经帮助水利工程建设解决了诸多的施工问题[2]。 （六）在考古探测之中的应用在考古这一领域之中，探地雷达技术的应用本身便拥有较高的优势，其能够通过其优越的低下探测能力，实现对低些埋藏物、地下墓穴、古遗址及古文化层埋深等方面的良好探测及调查，进而能够提升考古的整体水平，但就当前阶段的发展而言，虽然我国于此方面的起步较晚，但到目前为止已经取得了一定的成就，如我国的中国地质大学便利用这一技术，开展了针对位于甘肃省的敦煌莫高窟这一古遗迹的探索及研究工作。 （七）在军事及安全领域之中的应用就我国而言，与国外的许多国家相比，将探地雷达技术应用于军事及安全领域的开展年限较短，于我国而言仍旧属于拓展及探索领域，到目前为止其主要是在建筑物内的隐蔽物、地下隐蔽物及战争遗留未爆炸物等方面的探测之中加以应用，可以达到较好的开展效果，具有较好的应用前景。
探地雷达在地下管线探测中的应用 张进华,马广玲,姚成虎,缪建文 (南京市测绘勘察研究院,江苏南京 210005) 摘 要:探地雷达技术是如今适应快速、准确、无损地探测地下障碍物而迅速发展的电磁技术。本文通过结合工程实例来探讨探地雷达在地下管线探测中的广泛应用。 关键词:探地雷达;地下管线探测;异常反射 1 前 言 探地雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR)是一种对地下或物体内不可见的目标体或界面进行定位的电磁技术。探地雷达以其探测的高分辨率和高工作效率而成为地球物理勘探的一种有力工具。随着信号处理技术和电子技术的不断发展以及工程实践的增多和经验的丰富积累,探地雷达技术进一步发展,仪器不断更新,应用范围逐步扩大,现已被广泛应用于工程地质勘察、建筑结构调查、无损检测、生态环境等众多领域。本文将以探地雷达在地下管线探测中的应用,说明探地雷达可以有效解决工程上的许多疑难问题,并总结了相关经验和应用效果。 2 探地雷达的原理及工作方法 探地雷达由地面上的发射天线将高频带短脉冲形式的高频电磁波定向送入地下,高频电磁波遇到存在电性差异的地下地层或目标体反射后返回地面,由接收天线接收。高频电磁波在传播时,其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性及几何形态而变化,故通过对时域波形的采集、处理与分析,可确定地下界面或地质体的空间位置及结构。 探地雷达通常以脉冲反射波的波形形式记录。波形的正负峰分别以黑白表示,或者以灰阶或彩色表示,这样同相轴或等灰线、等色线即可形象地表征出地下反射面或目标体。在波形图上各测点均以测线的铅垂反向记录波形,构成雷达剖面。根据雷达剖面图便可 收稿日期:2003-07-09判断地下不明障碍物。探地雷达在地下介质中的传播遵循波动方程理论。探地雷达的探测效果主要取决于地下目标体与周围介质的电磁性质差异、目标体的深度与介质对电磁波的吸收作用、目标体的几何形态及规模、干扰波的类型、强度及特点等因素。 探地雷达具有不同的野外工作方法,根据工作区的具体情况可选择剖面法、多次覆盖法以及宽角法等测量方式。实际工作中,测量参数(发射接收天线距、时窗、测点点距、天线中心频率、采样率等)可根据不同要求进行选择,从而得到不同分辨率及不同探测精度的雷达剖面。通常在进入工作区前,应有目的地进行类似场地条件的参数选择试验,以达到最佳探测效果。在进入工作区后应根据实际需要布置测线和测点,并让测线和测点尽量通过被测目的物。在不明显的目的物上进行探测时应尽量加密线距和点距,以利于后面的资料处理与解释。 3 探地雷达的数据资料解释处理及在地下管线探测中的应用效果 近几年来,我们采用加拿大生产的pulse EKKO-100A型探地雷达从事了数百次的地下管线探测工作,取得了丰富的探地雷达探测资料及很好的应用效果。 3.1 资料的处理及解释 探地雷达探测资料的解释包括数据处理和图像解释两部分内容。由于地下介质相当于一个复杂的滤波器,介质对电磁波的不同程度吸收及介质的不均匀性, 63城 市 勘 测2004年
第二讲国内外地质雷达技术发展状况（历史与现状） 探地雷达的历史最早可追溯到20世纪初，1904年，德国人Hulsmeyer首次将电磁波信号应用与地下金属体的探测。1910年Leimback和Lowy以专利形式在1910年的专利，他们用埋设在一组钻孔里的偶极子天线探测地下相对高的导电性质的区域，并正式提出了探地雷达的概念。1926年Hulsenbeck第一个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路，指出只要介电常数发生变化就会在交界面会产生电磁波反射，而且该方法易于实现，优于地震方法[1,2]。但由于地下介质具有比空气强得多的电磁衰减特性，加之地下介质情况的多样性，电磁波在地下的传播比空气中复杂的多，使得探地雷达技术和应用受到了很多的限制，初期的探测仅限于对波吸收很弱的冰层厚度（1951，B.O.Steenson，1963，S.Evans）和岩石和煤矿的调查（J.C.Cook）等。随着电子技术的发展，直到70探地雷达技术才重新得到人们的重视，同时美国阿波罗月球表面探测实验的需要，更加速了对探地雷达技术的发展，其发展过程大体可分为三个阶段： 第一阶段，称为试验阶段，从20世纪70年代初期到70年代中期，在此期间美国，日本、加拿大等国都在大力研究，英国、德国也相继发表了论文和研究报告，首家生产和销售商用GPR的公司问世，即Rex Morey和Art Drake成立的美国地球物理测量系统公司（GSSI），日本电器设备大学也研制出小功率的基带脉冲雷达系统。此期间探地雷达的进展主要表现在，人们对地表附近偶极天线的辐射场以及电磁波与各种地质材料相互作用的关系有了深刻的认识，但这些设备的探测精度、地下杂乱回波中目标体的识别、分别率等方面依然存在许多问题。 第二阶段，也称为实用化阶段，从20世纪70年代中后其到80年代，在次期间技术不段发展，美国、日本、加拿大等国相继推出定型的探地雷达系统，在国际市场，主要有美国的地球物理探测设备公司（GSSI）的SIR系统，日本应用地质株式社会（OYO）的YL－R2地质雷达，英国的煤气公司的GP管道公司雷达，在70年代末，加拿大A－Cube公司的Annan和Davis等人于1998年创建了探头及软件公司（SSI），针对SIR系统的局限性以及野外实际探测的具体要求，在系统结构和探测方式上做了重大的改进，大胆采用了微型计算机控制、数字信号处理以及光缆传输高新技术，发展成了EKKO Ground Penetrating Radar 系列产品，简称EKKO GPR系列。瑞典地质公司（SGAB）也生产出RAMAC 钻孔雷达系统，此外，英国ERA公司、SPPSCAN公司，意大利IDS公司、瑞典及丹麦也都在生产和研制各种不同型号的雷达。80年代全数字化的GPR问世，具有划时代的意义，数字化GPR不仅提供了大量数据存储的解决方案，增强了实时和现场数据处理的能力，为数据的深层次后处理带来方便，更重要的是GPR 因此显露出更大的潜力，应用领域得以向纵身拓展。 第三阶段，从上个世纪80年代至今，可称为完善和提高阶段。在此期间，GPR技术突飞猛进，更多的国家开始关注探地雷达技术，出现了很多探地雷达的研究机构，如荷兰的应用科学研究组织和代尔夫大学，法国_德国的Saint-Louis 研究所（ISL），英国的DERA，瑞典的FOA，娜威科技大学和地质研究所，比利时的RMA，南非的开普敦大学，澳大利亚昆士兰大学，美国的林肯实验室和Lawrence Livermore国家实验室以及日本的一些研究机构等等。同时，探地雷达也得到了地球物理和电子工程界的更多关注，对天线的改进、信号的处理、地下目标的成像等方面提出了许多新的见解。GSSI公司在商业上取得了极大的成功，
实时三维频率步进式探地雷达技术介绍及应用案例分析 ◆最快的步进频率雷达：利用数字频率信号源, 可以产生0.5-10 毫秒的扫描周期，一个同相接收机，使得整个扫描周期(一般为几个毫秒)100%可被有效利用。 ◆天线阵技术，可容纳21个天线阵子：覆盖范围从100MHz 到3GHz。实际工作时，用户无需更换天线就可采集从100MHz 到3GHz频率的数据。 ◆CMP（共中点）采集模式：这套系统可以设置为CMP（共中点）采集模式，可实时显示各层的厚度和对应的介电常数，并基于路基材料的介电常数与其密实度，含水量的相关曲线，评定路基质量。 ◆空前的区域勘察速度(工作效率)：极其高的勘察效率和有效的采样方法使得 GeoScope TM采用2.4m天线阵可以以80km/h车速提供7.5×7.5cm网格完全三维图像。生产效率高达20亩/小时。 ◆数据采集过程中的三维实时显示技术：浏览器即可调用采集数据，实现实时三维显示（包括横向剖面、纵向剖面，水平切面）。 ◆软件处理能力超强：完整而快速的进行数据后处理，可加入注解及地理图像，且可以进行二次开发。 挪威3D-Radar公司成立于2001年，为国防、航空和安全高技术产品全球制造商——美国Chemring Sensors and Electronic Systems （Chemring SES）集团的子公司。3D-Radar公司拥有高质量三维雷达技术，从传统的脉冲信号雷达转为新的频率步进雷达，且具有丰富的GPR数据处理经验。 与市场上广泛使用的单通道脉冲式探地雷达系统相比，挪威3D-Radar公司的GeoScopeTM三维探地雷达系统具有如下特点： 频率步进雷达技术、实时三维显示、多通道天线阵技术、软件超强的处理能力 应用领域： ◆公路检测：面层厚度和质量、垫层和基层、桥梁检测 (脱空/剥离) ◆桥梁面板检测 ◆铁路路基检测：垫层厚度和质量、基层、电缆和管道 ◆机场跑道检测：沥青层厚度和质量、基层、脱空、电缆和管道 ◆地下公用设施 (管线/电缆)：地下公用设施 ◆考古 ◆地雷和未爆炸物探测
. . . . 隧道衬砌质量地质雷达无损检测技术 1 前言 1.1工艺概况 铁路隧道衬砌是隐蔽工程，用传统的目测或钻孔对其质量进行检测有较大的局限性；应用物理勘探的方法对隧道衬砌混凝土进行无损检测，可取得快速、安全、可靠的效果。 1.2工艺原理 电磁反射波法（地质雷达）由主机、天线和配套软件等几部分组成。根据电磁波在有耗介质中的传播特性，当发射天线向被测介质发射高频脉冲电磁波时，电磁波遇到不均匀体(接口)时会反射一部分电磁波，其反射系数主要取决于被测介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到探测识别目标物体的目的(图1)。 图1 地质雷达基本原理示意图 电磁波在特定介质中的传播速度是不变的，因此根据地质雷达记录的电磁波传播时间ΔT，即可据下式算出异常介质的埋藏深度H： H V T =??2(1)
式中，V 是电磁波在介质中的传播速度，其大小由下式表示： V C =ε (2) 式中，C 是电磁波在大气中的传播速度，约为3.0×108m/s ； ε为相对介电常数，不同的介质其介电常数亦不同。 雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数可表示为： 212 1εεεε+-=r (3) 反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差越大，反射信号越强。 雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和波的频率。电导率越高，穿透深度越小；频率越高，穿透深度越小。 2 工艺特点 电磁反射波法（地质雷达）能够预测隧道施工中衬砌的各种质量问题，分辨率高，精度高，探测深度一般在0.5m ～2.0m 左右。利用高频电磁脉冲波的反射，中心工作频率400MHz/900 MHz/1500 MHz ； 采用宽带短脉冲和高采样率，分辨率较高； 采用可调程序高次迭加和多波处理等信号恢复技术，大大改善了信噪比和图像显示性能。 （1）操作简单，对工作环境要求不高； （2）对衬砌隐蔽工程质量问题性质判断一般精度较高，分辨率可达到2～5cm ，检测的深度、结构尺寸以及里程偏差或误差小于10%，缺陷类型识别准确度达95%以上； （3）通过专业的RADAN 6.0分析软件，专业的技术人员可以迅速的完成数据处理等。 3 适用范围 地质雷达有其适用范围和适用条件，目标体与周围介质是否存在足够的电性
第1题 由于松散体部充填不同性状的土体排列无规律，因此松散体部在雷达图像上表现为杂乱的，随深度的增加，电磁波逐渐 A.强反射波，增大 B.强反射波，衰减 C.弱反射波，增大 D.弱反射波，衰减 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第2题 空洞部会形成明显的多次反射波组，形态大致为一倒悬（） A.双曲线 B.抛物线 C.折线 D.圆曲线 答案:A 您的答案：D 题目分数：5 此题得分：0.0 批注： 第3题 数据处理的一般流程为: 原始数据的编辑- > 滤波- >设定时间零点- >频谱分析- >（）- >属性分析、剖面叠加等- >增益- >速度求取- >高程修正- >剖面输出 A.增益 B.滤波 C.去噪 D.时窗选取 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第4题 反射系数的大小主要取决于反射界面两侧介质介电常数的差异, 差
异越大反射信号（）, 反之反射信号（） A.越强，越差 B.越强，越好 C.越弱，越差 D.越弱，越好 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第5题 地质雷达法是一种采用（）电磁波信号检测地下介质分布的方法 A.宽脉冲宽带高频 B.窄脉冲宽带高频 C.宽脉冲宽带低频 D.窄脉冲宽带低频 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第6题 遇到不同的介质或介质中裂隙或孔隙发育程度不同时, 电磁波的反射系数、衰减系数、以及（）是不一样的 A.传播速度 B.旅行时间 C.反射波频率 D.反射波振幅 答案:C 您的答案：D 题目分数：5 此题得分：0.0 批注： 第7题 现阶段，地质雷达探测技术可以检测道路路面以下（）米围的空洞、疏松等路基缺陷，确定道路缺陷的位置、大小及埋深 A.4 B.5
探地雷达原理及应用读书报告 班级：061094班姓名：洪旭程学号：20091001724 探地雷达探测是一种先进的测试技术,是近十余年发展起来的地球物理高新技术方法,以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图像显示等优点,备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域,取得了显著的探测效果和社会经济效益,并在工程实践中不断完善和提高,必将在今后的工程探测领域发挥着愈来愈重要的作用。因此,对广大工程技术人员来说,了解和学习探地雷达的原理及应用是非常必要的。 探地雷达探测技术在方法、仪器等方面仍在发展,其分辨率和探测范围也在不断的提高和扩大,比如美国地球物理调查系统公司( Geophysical Survey System Inc. ) 的SIRO10H 仪器,其标称的最小探测深度为4 cm ,最大探测深度为50 m ,最小可探测对象尺度为毫米级。但探地雷达探测技术与其它的地球物理勘查技术一样,其探测效果与其应用条件密切相关。 一、探地雷达的工作原理 探地雷达探测的工作原理,简单地说是通过特定仪器向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波。电磁波在介质中传播,当遇到存在电性差异的地下目标体,如空洞、分界面等时,电磁波便发生反射,返回到地面时由接收天线所接收。在对接收天线接收到的雷达波进行处理和分析的基础上,根据接收到的雷达波形、强度、双程时间等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态,从而达到对地下隐蔽目标物的探测(如图1 所示) 。这是一种非破坏性的探测技术,可以安全地用于城市建设中的工程场地,并具有较高的探测精度和分辨率。 图1 中T 为发射天线, R 为接收天线,电磁波在地下介质中遇到目标体和基岩时发生反射, 信号返回地面由天线R 接收并记录,通过主机的回放处理,就可以得到雷达记录的回波曲线(如图2 所示) 。
第1题 由于松散体内部充填不同性状的土体排列无规律，因此松散体内部在雷达图像上表现为杂乱的，随深度的增加，电磁波逐渐 A.强反射波，增大 B.强反射波，衰减 C.弱反射波，增大 D.弱反射波，衰减 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第2题 空洞内部会形成明显的多次反射波组，形态大致为一倒悬（） A.双曲线 B.抛物线 C.折线 D.圆曲线 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第3题 数据处理的一般流程为: 原始数据的编辑- > 滤波- >设定时间零点- >频谱分析- >（）- >属性分析、剖面叠加等- >增益- >速度求取- >高程修正- >剖面输出 A.增益 B.滤波 C.去噪 D.时窗选取 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第4题 反射系数的大小主要取决于反射界面两侧介质介电常数的差异, 差
异越大反射信号（）, 反之反射信号（） A.越强，越差 B.越强，越好 C.越弱，越差 D.越弱，越好 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第5题 地质雷达法是一种采用（）电磁波信号检测地下介质分布的方法 A.宽脉冲宽带高频 B.窄脉冲宽带高频 C.宽脉冲宽带低频 D.窄脉冲宽带低频 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第6题 遇到不同的介质或介质中裂隙或孔隙发育程度不同时, 电磁波的反射系数、衰减系数、以及（）是不一样的 A.传播速度 B.旅行时间 C.反射波频率 D.反射波振幅 答案:C 您的答案：C 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第7题 现阶段，地质雷达探测技术可以检测道路路面以下（）米范围内的空洞、疏松等路基缺陷，确定道路缺陷的位置、大小及埋深 A.4 B.5
探地雷达成像算法研究 摘要 探地雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR)集无损检测、穿透能力强、分辨率高等众多优点而成为检测和识别地下目标的一种有效技术手段。性能优良的探地雷达成像方法有助于精确定位地下目标，同时提高对目标的检测和识别能力，从而推动探地雷达在城市质量监控、地质灾害、考古挖掘、高速公路无损检测、地雷探测等各个方面得到更广泛的应用。 本文以中国电波传播研究所的探地雷达LD-2000为实验设备，从中读取探测数据。以MATLAB为软件平台，实现了探地雷达数据的显示、处理、成像几个部分。其中数据显示方式包括数据的波形堆积图，剖面面色阶图以及带数据波形图；数据处理部分包括直达波的去除、背景噪声的去除、振幅增益等；雷达成像算法部分主要采用波前成像算法和投影层析成像算法。
Imaging Algorithm of Ground Penetrating Radar ABSTRACT GPR (Ground Penetrating Radar, referred GPR) set of non-destructive testing, penetration ability, many advantages of high resolution detection and identification of underground and become the target of an effective technical means. Excellent performance GPR imaging approach helps pinpoint underground targets, while increasing the target detection and identification capabilities, thereby promoting the quality of ground penetrating radar surveillance in the city, geological disasters, archaeological excavation, highway nondestructive testing, mine detection, etc. aspects to be more widely used. In this paper, China Institute of Radiowave Propagation GPR LD-2000 for the experimental apparatus, reads probe data. MATLAB as the software platform to achieve a ground-penetrating radar data display, processing, imaging several parts. Wherein the data includes a data waveform display stacked, with a cross-sectional side view and a gradation data waveform; data processing section includes the removal of the direct wave, the background noise removal, the amplitude gain, etc.; radar imaging algorithm some of the major imaging algorithm and the wavefront projection tomography algorithms.
隧道衬砌质量地质雷达无损检测技术 1 前言 1.1工艺概况 铁路隧道衬砌是隐蔽工程，用传统的目测或钻孔对其质量进行检测有较大的局限性；应用物理勘探的方法对隧道衬砌混凝土进行无损检测，可取得快速、安全、可靠的效果。 1.2工艺原理 电磁反射波法（地质雷达）由主机、天线和配套软件等几部分组成。根据电磁波在有耗介质中的传播特性，当发射天线向被测介质发射高频脉冲电磁波时，电磁波遇到不均匀体(接口)时会反射一部分电磁波，其反射系数主要取决于被测介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到探测识别目标物体的目的(图 1)。 图1 地质雷达基本原理示意图 电磁波在特定介质中的传播速度是不变的 ，因此根据地质雷达记录的电磁波传播时间ΔT ，即可据下式算出异常介质的埋藏深度H ： H V T =??2 (1) 式中，V 是电磁波在介质中的传播速度，其大小由下式表示： V C =ε (2) 式中，C 是电磁波在大气中的传播速度，约为3.0×108m/s ； ε为相对介电常数，不同的介质其介电常数亦不同。 雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数可表示为： 212 1εεεε+-=r (3) 反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差越大，反射信号越强。 雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和波的频率。电导率越高，穿透深度
越小；频率越高，穿透深度越小。 2 工艺特点 电磁反射波法（地质雷达）能够预测隧道施工中衬砌的各种质量问题，分辨率高，精度高，探测深度一般在0.5m～2.0m左右。利用高频电磁脉冲波的反射，中心工作频率400MHz/900 MHz/1500 MHz； 采用宽带短脉冲和高采样率，分辨率较高； 采用可调程序高次迭加和多波处理等信号恢复技术，大大改善了信噪比和图像显示性能。 （1）操作简单，对工作环境要求不高； （2）对衬砌隐蔽工程质量问题性质判断一般精度较高，分辨率可达到2～5cm，检测的深度、结构尺寸以及里程偏差或误差小于10%，缺陷类型识别准确度达95%以上； （3）通过专业的RADAN 6.0分析软件，专业的技术人员可以迅速的完成数据处理等。 3 适用范围 地质雷达有其适用范围和适用条件，目标体与周围介质是否存在足够的电性差异，是探测工作是否有效的前提，这种电性差异就是介电常数；应根据不同的检测对象和检测要求选用不同的天线类型；适用条件，探测的目标体与周围介质有较大的介电常数差异并具有较好的反射条件；上覆层导电性较弱；目标体具有一定的体积，引起的异常有一定的强度；具有一定的探测对比资料。 该技术适用于隧道衬砌质量施工过程控制和竣工验收的无损检测。 4 主要引用标准 《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB 10753-2010） 《铁路隧道工程施工质量验收标准》TBl0417-2003 《铁路隧道衬砌质量无损检测规程施工规范》（TB10223-2004） 《铁路工程物理勘探规程》（TB10013-2004） 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001） 《云桂铁路石林隧道地质雷达无损检测实施细则》 云桂铁路石林隧道相关设计图纸以及相关施工资料。 5 施工方法 1、检测前的准备工作: 收集隧道工程地质资料、施工图、设计变更资料和施工记录；
减免税进口仪器、设备说明 今有中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院进口Scintrex公司CG-5型重力仪一套。 一、仪器主要部分 1.灵敏系统：主要部件由一个矩形石英框架支撑着，用一个支杆固定在密封器顶盖上。灵敏系统的位移方式属角位移。 2.测量系统：由测读装置、测程调节装置及纵、横水准器等组成，测量出弹簧长度变化后经过电子系统转化成电流的大小，从而数字化将测量值显示到主机显示屏上。 二、仪器性能 相比较其他传统金属弹簧重力仪而言Scintrex公司生产的CG-5型重力仪不容易产生掉格现象从而保证了更高的测量精度和稳定性： （一）石英材料的滞后作用比金属材料小。对于悬挂承重的石英弹簧来说，一旦去掉承重，弹簧就会精确地恢复原状，而一个金属弹簧则会保持一定的记忆。Scintrex所制造的石英传感器是整体铸造，包括石英弹簧及其悬挂连接点是一个整体结构，它的滞后作用比类似的金属部件要小许多。
（二）传感器的所有联结点，象悬挂弹簧的支点和石英弹簧本身焊成一个整体。相反，金属弹簧重力仪的各种功能部件都是通过机械连接装配在一起的。所以整体熔凝的石英传感器不会出现部件之间的滑移或内部变形。这是使石英传感器不易产生掉格的又一个重要原因，也使它很少出现测试数据混乱的现象。 （三）石英弹簧比金属弹簧具有比较大的温度系数，并且石英弹簧传感器是垂直悬挂式弹簧，对于相同的重力值，它的弹簧伸长比金属弹簧重力仪中的金属弹簧小。三、仪器工作原理 Scintrex公司CG-5型重力仪采用无静电熔凝石英材料做为传感器，是基于一种垂直悬挂式石英弹簧，弹簧末端的重锤上悬挂一根测量弹簧。当作用在重锤上的重力发生变化时，可以伸缩测量弹簧，使摆杆改变原来的静平衡位置。这样通过测量弹簧的伸缩量来测定重力的变化。重力变化同弹簧的伸缩量成线性关系，从而勘探地表重力场变化的先进仪器。 通过测定地表各点上的重力加速度的值，对地下介质和地质体的分布做出推断。 四、仪器技术参数 传感器类型：无静电熔凝石英 测量范围：8000mGal，不用重置 自动修正：潮汐、仪器倾斜、温度、噪声、地震噪声 尺寸：30cmX21cmX22cm 重量（含电池）：8kg 电池容量：2X6Ah(10.78V) 袖珍锂电池 功耗：25°C时4.5W 工作温度：-40～+45°C 环境温度修正：通常0.2microGal/°C 大气压力修正：通常0.15microGal/kPa 磁场修正：通常1microGal/Gauss(微伽/高斯) 五、仪器在教学中的应用 该仪器是我院“地球物理学”专业和“地球探测与信息技术”专业勘探地质构造、