地质雷达检测
●地质雷达以其高分辨率和高工作效率而成为浅层地球物理检测的一种有力
的工具，现己广泛应用到诸多工程领域。雷达技术在路面检测中的试验研究开始于20世纪90年代，现在道路测厚中应用较为成功。1991年前后，美国联邦公路局第一章绪论资助对GPR在道路工程中的应用进行了深入的研究。
1994年W.M.KimRoddiS等人对美国KansaS州的H种不同种类的道路利用探地雷达进行了分层检测工作，73个钻孔取样的结果对比，偏差仅为士5%士10%。1996年，J.Hugensehmidt用 0551sIRSYSTEM.roA型探地雷达仪及
2.SGHz与900MHz天线在瑞士的Gotthard高速公路上进行了检测工作。中国
地质勘察技术院的牛一雄等人用探地雷达对西安一宝鸡高速公路进行了质量检测;1999年吕绍林用SIR.10H型地质雷达系统对益常高速公路结构层中高频电磁波的传播特征及雷达技术参数进行了理论研究和大量的现场检测试验。该方法有效的克服了现行钻孔法的缺陷，检测中不仅能准确地提供基层厚度变化的真实情况，为施工提供可靠参数，同时通过改变天线频率可以检测基层以下路基及原状地基土内存在的病害隐患，尽早发现隐患，及时处理，确保高速公路的安全畅通。因而无论是路基、路面厚度质量检测，还是病害隐患检测，都将产生显著的社会效益和经济效益。
●地质雷达方法
地质雷达是根据地下介质的电性差异，利用电磁波检测路基密实度分层的一种快速无损检测方法。利用天线向地下发射电磁脉冲，并接收由地下不同介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度以及波形随所通过介质的电磁性质(河、川及几何形态的变化而变化引。根据接收到的回波的时间、幅度、波形和频率等信息，可以判定地下介质的结构及界面的埋深。
常见的工程介质为非铁磁介质天线中心频率不同，其探测深度及分辨率也不同，可根据实际需要选择不同频率天线。该方法可用于公路建设的全过程质量监控，具有快速、高效、准确、成本低、无破坏等优点。地质雷达可定性检测路基碾压前后密实度的变化，原状土剖面与经振冲碾压后的剖面，雷达波频率的差异反映出密实度的差异。
●探地雷达是近几年才在国内开始应用于高速公路检测的一项新技术。这种检测方法具有无损、快速、信息量丰富的特点，探地雷达是根据高频(偶极子)电磁波在地下介质传播的理论，将宽频带短脉冲电磁波经由地面的发射天线发送入地下，经地层或遇异常反射体回到地面后，由接收天线接收其反射电磁波信号。通过对返回电磁波的时频特征和振幅特征进行分析，便能了解到地下层的特征信息，从而达到探测的目的。因此探地雷达可用于初步确定全线相对不利路段。其
作用原理见图3.2
雷达波的反射发生在不同介电常数物质的界面，介电常数与物质的导电性有关，通常情况下，某类物质的介电常数是比较固定的，但当它与其它物质混合时，表现出来的综合介电常数会改变，常见材料的介电常数见表3.6
●探地雷达初步检测
通过探地雷达的检测波形，可初步判断相对不利路段，从而确定后续需要进一步采用瑞利波检测的路段，缩小瑞利波检测范围，降低测试成本。在高速公路建设
工程路基检测项目中，通过探地雷达初步确定了瑞利波检测范围，对检测路段进行了路基填筑质量判别。
●异常段判断依据:
(l)检测路段彩色剖而图同正常路段相比有l刃显变化，见图3.3，图3.4;
2)检测路段探地雷达波形图与正常路段相比，有较明显的波峰，见图3.3、图3.4，表明此段路基区别于其它段，或者是含水量偏高，或者是有软弱层等等。
●地质雷达检测高速公路路面结构工作原理
地质雷达（Ground Penetrating Radar 简称 GPR）通过发射天线往地下发射高频率、宽带脉冲电磁波束，电磁波在地下传播过程中遇到地下介质结构、导电性、导磁性和介电常数的变化起传播路径也将产生相应的变化（如图 1-1）。这些变化了的电磁波被接收天线接收后传到主机将模拟信号转化为数字信号储存在存储单元中。当目标体在天线信号范围之内、信噪比适当的时候便能够被雷达探测出来。雷达真实记录的是电磁波从发射到接收这个过程的时差，电磁波在特定介质中的传播速度 V 是不变的，因此根据探地雷达记录上的地面反射波与地下反射波的时间差ΔT，即可根据公式（1-1）算出地下异常的埋藏深度 H：
反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差异越大，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中心频率。导电率越高，穿透深度越小；中心频率越高，穿透深度越小。
与探空雷达相比，地质雷达是在地下有耗介质中传播，因此其发射波形与天线设计都有自身的特点。根据目前资料显示，地质雷达使用的电磁波发射波形主要有：连续波、调幅脉冲波、调频脉冲波等等。设计的形式一般有喇叭天线、对称振子天线、螺旋天线等等。因为对称振子型调幅脉冲时域地质雷达输出功率大，能实时监测测量结果，做成的设备有便携的优点，因此在商用地面地质雷达中应用广泛，并且主要应用在中频和低频地质雷达中。而喇叭状天线具有聚集能量的功能，地质雷达在地下传播过程中以指数形式衰减，频率越高衰减越快，因此对于高频天线经常使用喇叭状天线，以保证天线能在保证精的条件下探测得更深。地质雷达发射的电磁波频率从十兆赫兹到数千赫兹的频率范围。地质雷达探测的理论最大深度为电磁波波长的二十倍；地质雷达探测的理论最小分辨率为电磁波波长的十分之一。而对于同一个区域，由于地下介质不可改变，能决定探测深度和分辨率的就是地质雷达天线的频率。地质雷达天线频率高的其电磁波波长就越小，因此其探测深度就越浅，但其分辨率就越高；频率低的天线发射出的电磁波波长比较大，其探测深度大，但分辨能力就比较弱。要求探测比较深的时候由于时窗设置的比较大，要得到更深的地下信息，所需要采集的样数就更多，电磁波来回的
时间也更长，使得探测速度更慢。因此在选择地质雷达进行探测的时候要根据实际情况综合考虑这些因素以选择频率合适的天线。对于高速公路路面结构状态研究实际需求，我们选择意大利 IDS 公司生产的 K2 双通道地质雷达。天线频率选择 600MHz 和 1600MHz 组合成的天线阵。其中 600MHz 天线主要对面层以下路基和底基层的质量检测，根据地下含水量、面层和基层材料及密实程度等因素其探测深度能够达到地下 0.5m-1m，探测精度能够达到 0.8 厘米；1600MHz 天线主要对路面的表面层、中面层和底面层的质量检测，最大探测深度能够达到0.3m-0.6m，探测精度能够达到毫米级。
公路病害地质雷达反射波响应特征
病害的形状不相同，它在雷达剖面上的异常曲线也不一样。有拐点特征的病害一般都有绕射现象出现，例如空洞、脱空和疏松。从公式(1-3)和数值模拟实验都可以知道，电磁波在从介电常数大的介质中传播到介电常数小的介质中时都会产生相位反转，否则不会。如电磁波传播进地下空洞或者是气体的脱空区域，电磁波就会发生同相轴相位反转。病害内部物质与周围物质的介电常数差异越大时在雷达剖面图上显示得越明显。当病害的类型和规模大小相同的时候，倘若它们的电性参数不一样时，在雷达剖面上反映出来的形状也是不一样的，也就是纵向时延不同，此刻病害内部介质的电导率越大其对能量的吸收越明显，表现在电磁波上的形式为电磁波振幅衰减越快。当病害内部充填物质杂乱无章的时候，在雷达剖面图上对应显示该区域的波形比较紊乱，能够看到明显的干涉现象。此时看到的同相轴分布支零破碎毫无规律可言。用地质雷达在检测脱空的时候，由于天线中心频率的限制，使得脱空区域不能太小。当脱空区域的尺寸小于 5 厘米的时候，在雷达剖面上很难对脱空的上下界面进行区分。不过，此时可以使用极点的幅值比来对脱空量进行半定量的解释。水对雷达电磁波有较强的影响。对于高含水的区域一般都存在比较明显的多次波，同时对病害区域下面的信号存在比较强的干扰，使更深部信息被埋没。电磁波从道路介质传播到水中不会发生相位的反转。通过数值模拟也可以验证电磁波的频率越高，其雷达剖面的分辨能力越强，图像越清楚，探测深度越浅；电磁波的频率越低，其探测深度越深，分辨能力越差，图像越不清晰。从理论上讲，电磁波频率越低其波长越长，因此最大探测深度（约为波长的 10 倍）越深，分辨能力（约为波长的 1/10）越差；电磁波频率越高其波长越短，探测深度越浅，分辨能力越强。病害自身的大小尺寸越大，其在雷达剖面上的显示越明显。
研究思路及技术路线
如图 1-2 所示，首先对道路进行雷达检测，将测量的数据使用专业的软件进行处理，找到典型的道路缺陷在雷达图上的反应；然后对一些有典型特诊的区域进行钻孔取芯验证，同时对典型道路病害建立模型，进行数值模拟研究。在得到三个方面的结果后对其进行对比研究，得到道路典型病害和雷达图之间的关系和典型病害对电磁波传播的影响特征。
从地球物理观点看,路基路面的结构类型可视为典型的水平层状介质模型。鉴于路基路面构筑材料、构筑方法的差异,使其存在着各种物性(电性、密度、弹性波或电磁波传播速度和吸收等)差异,同时由于是人工构筑比天然的水平层状地层要均匀单一,因此为应用地球物理方法进行无损检测提供了物理前提和有利条件。同时,路基路面检测是一种超浅层至浅层的探测,要求检测方法精度高,分辨率高,信噪比高,能在自然和人文强干扰下适应工作,轻便高效[28，29]。探地雷达是利用高频电磁脉冲波(10MHz～1000MHz或更高)以宽频带短脉冲形式由发射天线送入地下,该雷达脉冲在地下传播过程中,遇到不同电性介质交界面时,部分雷达波的能量被反射回地面,被接收天线接收。探地雷达探测的是来自地下介质交界面的反射波,记录的每一雷达数据 n (t )可看成是雷达脉冲子波 b (t )与反射波系数序列 R (t )的褶积[17]:
图 2-1 中，R0、A0分别表示地表反射波及振幅；R1、A1分别表示面层－基层界面反射波及振幅；R2、A2分别表示基层－土基界面反射波及振幅；△t1、△t2分别表示雷达波通过面层和基层的双程旅行时；ε0、ε1、ε2、ε3分别表示空气、面层、基层、土基的相对介电常数；h1、h2分别表示面层、基层的厚度。我国现有高等级公路一般采用沥青混凝土或水泥混凝土路面，基层与路基材料一般为水泥土、水泥稳定粒料、石灰土、石灰稳定粒料、石灰粉煤灰土等。空气的相对介电常数为 1，混凝土面层相对介电常数为 6～9，沥青面层相对介电常数为 3～5，基层与路基的相对介电常数随其材料不同而不同，但由于其湿度较大，且采用土、砾石、粉煤灰、石灰等介电常数相对较大的材料，其相对介电常数一般都大于 8[16]。因此道路各层之间都存在介电常数的差异，这为雷达检测道路结构提供了可靠的地球物理依据[17]。在用探地雷达对道路结构进行检测时，如果道路的局部地段受到破坏，则介质的电性将发生变化，从而导致雷达波反射信号的双程旅行时、振幅及频谱特征发生明显变化，根据这些变化特征，就可以推测路面下基层、路基等的状况，达到检测目的
根据上述原理，可用探地雷达探测出路面结构及路基结构层厚度、压实度、脱空、空洞、含水量等情况。
●路基路面质量指标与雷达参数的关系
式中:h 为道路结构层底界面深度,即厚度,单位为 m；v 为雷达波速，单位为 m/ns（ns 为纳秒，即 10-9秒）；Δt 为雷达脉冲双程旅行时间，单位为 ns。求出波速,即可求出厚度[17]。2、脱空用探地雷达方法能直观有效地查明脱空区段,并确定其深度、大小、范围。同时可判别脱空中是充空气还是含水[28-35]。路基构筑层之间交界面处反射系数 R12为:
式中：1ε、2ε分别是结构层 1 与结构层 2 的介电常数。一般路基填筑土1ε＝3～5，湿度较大的填筑土2ε＝4～15，则 R12＝-0.09～-0.26。当存在脱空时，正常结构层与异常结构层（脱空层）相接，设脱空层介电常数为pε，这时的反射系数为 Rp ：
由此可知，脱空层的存在使反射系数增大 2 倍左右，所以来自路基底界面的反射波强度大大增加。要区分脱空的区域是充水还是充空气可以从波峰的特征加以判断，充水的脱空第一个较强的峰是正峰，多次反射较弱；充气的脱空第一个较强的峰是负峰，峰值强，且伴随很强的多次反射波。
●探地雷达的应用
探地雷达的应用是多方面的，主要应用于地质调查、工程地质和环境地质、农业、工程检测
及考古调查等方面[8I。按其探测深度一般可分为:①浅部应用:中心主频大于loo0MHz，探测深度小于巧m，主要用于公路路面、机场跑道、墙厚及墙内空洞和隐藏物的探测等②中深度应用:中心主频100一90OMHz，探测深度15一sm，主要用于地下管线、地下空洞、考古研究、混凝上质量检测等③大深度应用:中心主频小于100MHz，探测深度10一50m，主要用于岩土工程勘察，以探明地下岩溶穴、堤坝隐患、地基勘察、岩土层划分、基岩埋深及其构造破碎带的分布形态等。此外，GPR也己应用于航空、.卫星测量及一些特殊领域，可以推定，随着人们对GPR研究的不断深入，它的应用范围也将进一步拓宽。探地雷达在水利水电工程建设中以大、中深度的应用为主，在查明地下地质结构，进行岩土分层，探测坝体隐患等岩土工程勘察项目中，发挥着愈来愈大的作用。
()l用于结构层厚度检测
探地雷达检测路面厚度的工作过程为:雷达系统中的发射机通过宽频带发射天线向地下发射无载波电磁脉冲，此脉冲在地下传播过程中遇到不同电性介质界面时产生反射，由接收天线接收的后向散射和反射信号，转化为数字信息并传输到主机内，再通过数据、图像处理，就能计算出反射体的某些参数，从而区分不同介质层面，并精确标定不同层面物体的深度。其具体工作流程见图2一9。
路面结构层厚度是衡量公路施工质量的重要指标之一。《公路路基路面现场测试规程》中的测试方法是钻芯取样法和挖坑检查法，这两种方法盲目、费时、效率低，且破坏原有路面结构，在开放交通的情况下尤其危险，因此应用GPR进行厚度检测是目前常用的方法。速度与电磁波在结构层中往返时间一半的乘积，即该结构层的厚度。检测原理如图3.1.4，面层厚度为
反射系数递推法就是利用反射系数与反射波幅的关系，由电磁波在上一结构层中的速度推导出其在下一结构层中的速度，电磁波在空气中的传播速度通常为定值，利用该定值便可计算出在其他结构层中的传播速度。由式(3.1.1)可知相邻层的介电岸数相差越大反射系数越大，
那么反射波越明显，越容易区分。
(2)用于脱空检测
总结以前利用探地雷达检测脱空的方法，多是通过观察雷达信号剖面图来确定病害位置
[25j。对于填土脱空，一般规模较大，多发生在涵洞两侧，由于介电常数差异很大，因此雷
达剖面上有很强的发射波组，且发射波规模也较大。对于路面基层与填土层之间的脱空，脱
空范围一般较大，脱空区空气层厚度一般为数厘米到数十厘米，脱空区介质的介电常数差异
较大，雷达剖面上反映明显;对于一般的空洞，由于空气介电常数与周围介质有明显差异，因此存在很强的发射界面，在地质雷达剖面上产生多组连续的反射波组即共振现象。本文研究用程序实现脱空的自动检测。
(3)用于地下目标物的探测
地下目标的无损探测、地下电波传播和瞬态电磁场理论的研究己经原来越为人们所重视，并对目标物的探测做了大量的研究工作。探地雷达作为一种无损探测技术对于考古研究，探矿研究，特别是对探测埋藏在地下的目标物，检测目标物的分布范围有着积极的作用。地下目标之所以在雷达剖面上很好地反映出来，主要是因为目标物和周围介质在电性(主要是电导率和介电常数)上存在差异，当电磁波遇到这层界面时发生发射。探地雷达这方面的应用可以用于探测地下古墓，埋藏在地下的矿藏以及地下的管线等等。
●探地雷达初步检测
通过探地雷达的检测波形，可初步判断相对不利路段，从而确定后续需要进一步采用瑞利波检测的路段，缩小瑞利波检测范围，降低测试成本。在沪宁高速公路扩建工程路基检测项目中，通过探地雷达初步确定了瑞利波检测范围，对检测路段进行了路基填筑质量判别
异常段判断依据：(1) 检测路段彩色剖面图同正常路段相比有明显变化，见图 2－2、图 2－3；(2) 检测路段探地雷达波形图与正常路段相比，有较明显的波峰，见图 2－2、图2－3，表明此段路基区别于其它段，或者是含水量偏高，或者是有软弱层等等。
●雷达病害识别的原理与方法
在道路结构层内部的检测中，结构层内部的病害主要表现为如下三种形式[38]：(1)层间脱空：沥青面层与基层表面之间出现空隙，这主要是两个层面之间施工时粘合不好或是透水性设计不当造成的。比如：有许多钻孔资料显示，在脱空部位常常存在 1mm～2mm 的灰土层，这是由于施工期间清理不完善的所造成的；另外，如果基层透水性较好，则很容易在层间形成充气脱空；如果基层透水性不好就很可能会使面层与基层之间形成充水脱空。(2)层内蜂窝：这主要是在施工时由于压实度不够造成的。若是深入了水则会形成层内富水区。(3)地基基础变形：主要会引起沥青面层发生裂隙、脱空甚至塌陷等现象。由此可以看出，结构层
的病害的表现千差万别，但具体原因主要是由于空气或水的进入而造成的，这便成了我们应用路面雷达进行病害检测的前提[39]。根据第 3 章现场取芯标定试验反算出来的相对介电常数的结果来看，道路沥青层的介电常数大致在 6～9 的范围内变化；而在这类低损耗介质中，反射系数R主要取决于介电常数[40]。根据先前的公式(2-9)我们知道有如下公式：
根据表 3-1，可以看出空气的相对介电常数为最小，为 1；而淡水的相对介电常数最大，为81；均与道路沥青层的介电常数相差较大。由 2.3 节的内容知道，反射电磁波相位如何改变，直接取决于地层分界面的物性变化，当反射系数R的符号为负时，说明上层的波阻抗要大于下层的波阻抗，反射电磁波的相位将同入射电磁波的相位反向。反之，亦然。这样，若是在正常的道路结构中加入了水、空气或其它介质，则可以根据反射电磁波在不同地层中其强度被衰减的程度和相位的变化，相对定性地推断目标物的性质和变化。根据公式(4-1),计算得知，脱空层的存在将使得反射系数增大 2~3 倍，所以来自面层的底界面的反射强度将大大增加，使得成功探测病害成为可能[41] [42]。当使用 1GHz 天线或更高频率的天线一般可以定性地或半定量地评估病害的情况。若病害较为严重，产生了较大的脱空(气洞或水洞)，则得到的反射信号往往表现出较为规律的强反射，波形图中相应位置会出现信号变化，在雷达剖面图上的表现为高亮区或高暗区，并且产生不同轴的错位(如图 4-1 或 4-2)；若病害只是蜂窝状、疏松或裂隙，里面充气或充水并未形成严重脱空，则得到波形图的信号比较杂乱，且能量衰减很快，在雷达剖面图上的表现为同轴的上下错位甚至断裂(如图 4-3)，病害周围产生较多无规律的杂波。在数据处理和资料解释上，为了更好地分析病害，我们对信号进行了详细的处理，目的就是扩大信号的频带宽度，减少水平干扰。在处理过程中先后试用了FIR滤波、IIR滤波、反褶积滤波、各种增益滤波和平均滤波等多种滤波方式，主要是使病害处在经过处理后信噪比得到提高[43]。下面通过几种典型实例来说明病害检测的方法：图 4-1，在亮度均匀区出现高暗区，说明此处的介电常数相差较大。由此可见 A 处有一明显的裂隙，层间己经存在小块脱空异常，如不及时发现，就会有形成较大范围层间脱空的可能；B 与 C 处是两处明显的脱空异常，经钻孔取芯验证，均发现了脱空。从图像 54 米处(正常情况)的单道波形分析中，可见，Dˊ指的位置无明显反射信号，而从 56 米处(脱空)的单道波形中，可以清晰地看出，在 D〞所指的地方与 Dˊ相应的地方出现了明显的波形相位及幅值变化，呈强负相反射异常，说明此处有充水脱空情形，这与上文分析的脱空产生时应有的异常特征是完全对应的。
图 4-2 也是脱空的典型实例。在地下 1m 处，产生了持续 4m 长的高亮区，由于其正相反射强烈，怀疑为充气脱空区，后经实地开挖验证，发现确实为大面积的脱空区，说明脱空病害识别的正确性。
图 4-3 是疏松裂隙的 .6m 处，产生了持续 30m长的典型实例。在地下深 0.3～0高亮区，由于其同轴的上下错位，病害周围产生较多无规律的杂波，所以判断其为疏松；而在 940 米处左右，有一纵向严重错位，但其长度较短，判断其为裂隙，后经实地取芯验证，推测正确。
上述就是利用雷达来识别道路结构层病害的简单原理和实例。雷达病害识别属于是反问题研究的领域，同一雷达信号对应着无数种解，究竟如何判断和取舍较多的依赖于工程师个人基于经验的积累。以上给出的实例是在检测过程中一些比较典型的情况，但实际的过程要远远复杂得多。但无论如何，路面雷达向我们提供了一种可以用来无损识别结构层病害的方法，识别准确性的提高需要路面雷达的技术进一步的成熟。
小结
通过探地雷达检测波形，可初步判断相对不利路段，作为瑞利波检测路段，以缩小其检测范围，同时可对检测路段进行路基填筑总体情况判别。在进行数字编辑处理时，要消除由于扩散或高频传输诱发的低频组分；消除由于天线接地条件和温度环境造成的零点漂移现象；消除强噪声干扰；选择适当的增益（十分重要）；必要时需进行振幅谱、频率谱分析，并根据分析结果确定各种滤波器的参数，进行滤波处理，以突出有效反射波，压制无效干扰波。还需要根据工作目的进行各种处理前后的数据相加、相减，以研究或感受各种处理的作用和功能。探地雷达以其高速快捷、高精度的特点在公路工程质量无损检测中得到广泛应用，试验表明效果良好。探地雷达的应用初步解决了无破损检测公路工程质量的问题，为新建公路、改扩建公路、旧路的维护保养等的质量检定评价提供一种高速简捷的方法，具有较高的技术
推广价值[7，8]。
. 示范报告检测项目名称：某某隧道二次衬砌质量检测 委托单位地址： 检测单位名称： 检测类别：委托检测 报告日期：二0一四年七月三十日
某某隧道检测报告 检测人员： 项目负责： 审核人： 批准人： 检测单位： 附加声明： 1. 本检测报告无检测专用章或检测单位公章无效。 2. 复印本检测报告未重新加盖检测专用章或检测单位公章无效。 3. 本检测报告无检测人员、项目负责人、审核人、批准人签字无效。 4. 本检测报告涂改无效。 5. 对本检测报告有异议，应于收到报告之日起15个工作日内，向检测单位提出，逾期不予受理。
目录 1. 前言 (4) 2. 工程概况 (4) 3. 检测内容 (4) 4．检测依据 (4) 5．检测方法 (4) 6．测试仪器 (6) 7．检测结果 (6) 8．结论及建议 (9)
1. 前言 2. 工程概况 3. 检测内容 3.1、二次衬砌厚度； 3.2、二次衬砌背后的空洞及欠密实情况； 3.3、钢拱架间距（抽检）； 3.4、隧道断面。 4．检测依据 4.1、《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）； 4.2、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086-2001）； 4.3、《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》（TB10223－2004）； 4.4、由隧道施工单位提供的隧道设计参数表。 5．检测方法 采用地质雷达法对隧道衬砌缺陷情况进行检测，检测衬砌的空洞、欠密实等缺陷的分布，并同时检测衬砌的厚度。
地质雷达是采用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标体或地下界面进行扫描，以确定其内部结构形态或位置的电磁技术。其工作原理为：地质雷达是以高频电磁脉冲波，由发射天线以宽频带短脉冲形式向地下发射电磁波，当遇到有电性差异的界面或目的体时通常产生一定强度的反射波，并被地面接收天线所接收，根据接收到波的旅行时间（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体的深度、形状等特征参数，具有高分辨率、无损性、高效率、抗干扰能力强等特点。地质雷达的工作原理，如图5-1所示；地质雷达的反射测试系统及反射剖面，如图5-2所示。 图5-1 地质雷达工作原理及其基本组成示意图 检测时采用剖面法，即发射天线（T ）和接收天线（R ）以固定间距沿测线同步移动的测量方式。发射天线和接收天线在地面沿测线均匀移动，反射回来的电磁波信息即可把地下电磁差异界面的分布特征及形态反映出来，就能得到其内部介质剖面图像。依据地质雷达图像，通过对时域波形的采集、处理和分析，进行时深换算获得异常界面或目的体的情况。其结果可用地质雷达时间剖面图像表示，其中横坐标记录了天线在地表的位置，纵坐标为反射波双程走时，表示雷达脉冲从发射天线出发经地下界面反射回到接收天线所需的时间，这种记录能准确描述测线下方各反射界面的形态，同时结合施工资料，可确定隧道衬砌厚度以及有无空洞等缺陷。 信号 收发转换开关 发射机 接收机 噪声 主机 发射 接收 目标体
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
地质雷达实验报告 成绩： 系别：资源勘查与土木工程系 专业班级： 姓名： 学号： 指导教师： 年月日
实验项目名称：地质雷达的操作及应用 同组学生姓名： 实验地点：结构检测实验室91110 实验日期：年月日 1.1 实验目的 （1）了解地质雷达基本构造、性能和工作原理。 （2）掌握地质雷达的操作步骤和使用方法。 1.2 实验原理及方法 通过发射天线向地下发射宽频带高频电磁波。在传播过程中，当遇到存在电性差异的地下介质或目标体时，雷达波会发生反射返回地面，并由接收天线接收，并以波或图像的形式，存储在电脑中。 1.3 仪器设备 OKO-2俄罗斯地质雷达。
1.4 实验步骤 （1）连好数据线； （2）打开主机和天线上的电源开关； （3）运行采集软件； （4）设置参数； （5）数据采集并保存数据； （6）关机、拆线。 1.5 数据处理 主要包括两个方面：即增益和滤波。增益的目的是放大深部信号的增幅，使较弱的信号能被识别，滤波的种类很多，一般包括中值滤波、平均值滤波、带通滤波和巴特沃斯带通滤波等等。 1.6 注意事项 在运用雷达过程中，须掌握雷达工作的三个重要参数：环境电导率、介电常数和探测频率。 环境电导率σ是表征介质导电能力的参数，它决定了电磁波在介质中的穿透深度，其穿透深度随电导率的增加而减小，当介质的电导率σ>10-2S/m时，电磁波衰减极大，难于传播，雷达方法不宜使用，如：湿粘土、湿页岩、海水、海水冰、湿沃土、金属物等。 介电常数是影响应用效果的另一个重要因素，它决定了高频电磁波在介质中的传播速度，并且反射信号的强弱也取决于介电常数的差异。电磁波在介质中的传播速度可采用下式近似考虑：
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）
地质雷达在隧道超前地质预报中的应用 摘要：本文简要介绍了地质雷达基本原理及其探测深度、精度，并结合实例阐述了地质雷达的工程应用。 关键词：地质雷达；隧道超前地质预报；掌子面 引言 目前，我国修建大量穿越山岭的特长隧道。由于这些隧道大都处于地下各种复杂的水文地质、工程地质岩体中。为了摸清和预知周围的水文地质和工程地质条件，隧道地质超前预报显示出越来越重要的作用。在隧道开挖掘进过程中，提前发现隧道前方的地质变化，为施工提供较为准确的地质资料，及时调整施工工艺，减少和预防工程事故的发生非常重要。一、地质雷达基本原理及探测深度、精度 地质雷达( Ground Penetrating Radar, 简称GPR, 也称探地雷达) 是利用超高频(106Hz～109Hz)电磁脉冲波的反射探测地下目的体分布形态及特征的一种地球物理勘探方法。发射天线( T) 将信号送入地下，遇到地层界面或目的体反射后回到地面再由接收天线( R) 接收电磁波的反射信号，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(见图1)
图1 地质雷达反射探测原理图 根据波动理论，电磁波的波动方程为： P = │P│e-j（αx-αr）﹒e-βr（1）（1）式中第二个指数-βr是一个与时间无关的项，它表示电磁波在空间各点的场值随着离场源的距离增大而减小，β为吸收系数。式中第一个指数幂中αr表示电磁波传播时的相位项，α为相位系数，与电磁波传播速度V的关系为： V = ω/α（2）当电磁波的频率极高时，上式可简略为： V = c/ε1/2（3）式中c为电磁波在真空中的传播速度；ε为介质的相对介电常
中国矿业大学矿业工程学院实验报告
《岩层控制》实验报告 实验一矿山岩体力学实验 注：包括岩石抗拉、抗压、抗剪三个内容。 岩石的抗拉强度试验 一、实验目的与要求 岩石在单轴拉伸载荷作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度。由于进行直接拉伸实验在准备试件方面要花费大量的人力、物力和时间，因此采用间接拉伸实验方法来测试岩石的抗拉强度。劈裂法是最基本的方法。 二、实验仪器 （1）钻石机或车床，锯石机，磨石机或磨床。 （2）劈裂法实验夹具，或直径2.0mm钢丝数根。 （3）游标卡尺（精度0.02mm），直角尺，水平检测台，百分表架和百分表。（4）材料实验机。 三、实验原理 图3-1显示的是在压应力作用下，沿圆盘直径y-y的应力分布图。在圆盘边缘处，沿y-y方向（σy）和垂直y-y（σx）方向均为压应力，而离开边缘后，沿y-y方向仍为压应力，但应力值比边缘处显著减少，并趋于平均化；垂直y-y方向变成拉应力。并在沿y-y的很长一段距离上呈均匀分布状态。虽然拉应力的值比压应力值低很多，但由于岩石的抗拉强度很低，所以试件还是由于x方向的拉应力而导致试件沿直径的劈裂破坏，破坏是从直径中心开始，然后向两端发展，反映了岩石的抗拉强度比抗压强度要低得多的事实。 χy r/R 0.5 -0.5x σyσx y 压缩拉伸应力值/MPa 160120804040 图3-1 劈裂实验应力分布示意图四、实验内容
(1) 了解试件的加工机具、检测机具，规程对精度的要求及检测方法； (2) 学会材料实验机的操作方法及拉压夹具的使用方法； (3) 学会间接测试岩石抗压强度及数据处理方法。 五、 实验步骤 （1） 测定前核对岩石名称和岩样编号，对试件颜色、颗粒、层理、裂隙、风 化程度、含水状态机加工过程中出现的问题进行描述，并填入记录表1-1内。 （2） 检查试件加工精度，测量试件尺寸，填入记录表内。 （3） 选择材料实验机度盘时，一般应满足下式：0.2 P 0< P max <0.8P 0 （4） 通过试件直径两端，沿轴线方向画两条互相平行的线作为加载基线。把试件放入夹具内，夹具上、下刀刃对准加载基线，用两侧夹持螺钉固定好试件，或用两根直径2.0mm 的钢丝放在加载基线上，钢丝间用橡皮筋固定。 （5） 把夹好试件的夹具或夹好钢丝的试件放入材料实验机的上、下承压板之间，使试件的中心线和材料实验机的中心线在一条直线上。 （6）开动材料实验机，施加数百牛载荷后，松开夹具两侧夹持螺钉，然后以0.03~0.05MPa/s 的速度加载，直至试件破坏。 （7）记录破坏载荷，对破坏后的试件进行摄影或描述。 六、 注意事项 （1） 记录试件的完整状态， （2） 选择合适的材料实验机及合适的实验机度盘值， （3） 夹具对试件的加载方向要与试件的轴线在一平面上， （4） 选择合适的加载速率。 七、 数据处理 表1-1 计算试件单向抗拉强度： R 1= 102?DL P π=5.98MPa 式中 R 1—试件的抗拉强度，MPa ； P —试件破坏载荷，kN; D —试件直径，cm; L —试件厚度，cm 。 八、误差分析 （1）试件自身各方面的影响； （2）系统误差；
地质雷达实验报告封面 报告 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
地质雷达实验报告 成绩： 系别：资源勘查与土木工程系 专业班级： 姓名： 学号： 指导教师： 年月日
实验项目名称：地质雷达的操作及应用 同组学生姓名： 实验地点：结构检测实验室91110 实验日期：年月日 实验目的 （1）了解地质雷达基本构造、性能和工作原理。 （2）掌握地质雷达的操作步骤和使用方法。 实验原理及方法 通过发射天线向地下发射宽频带高频电磁波。在传播过程中，当遇到存在电性差异的地下介质或目标体时，雷达波会发生反射返回地面，并由接收天线接收，并以波或图像的形式，存储在电脑中。 仪器设备 OKO-2俄罗斯地质雷达。
实验步骤 （1）连好数据线； （2）打开主机和天线上的电源开关； （3）运行采集软件； （4）设置参数； （5）数据采集并保存数据； （6）关机、拆线。 数据处理 主要包括两个方面：即增益和滤波。增益的目的是放大深部信号的增幅，使较弱的信号能被识别，滤波的种类很多，一般包括中值滤波、平均值滤波、带通滤波和巴特沃斯带通滤波等等。 注意事项 在运用雷达过程中，须掌握雷达工作的三个重要参数：环境电导率、介电常数和探测频率。 环境电导率σ是表征介质导电能力的参数，它决定了电磁波在介质中的穿透深度，其穿透深度随电导率的增加而减小，当介质的电导率σ>10-2S/m时，电磁波衰减极大，难于传播，雷达方法不宜使用，如：湿粘土、湿页岩、海水、海水冰、湿沃土、金属物等。
介电常数是影响应用效果的另一个重要因素，它决定了高频电磁波在介质中的传播速度，并且反射信号的强弱也取决于介电常数的差异。电磁波在介质中的传播速度可采用下式近似考虑： r C V ε≈ 式中： C ─ 电磁波在真空中的传播速度，C =ns （光速）， r ε─ 介质的相对介电常数。 介质的介电常数主要受介质的含水量以及孔隙率的影响，相对介电常数与水含量的关系曲线，相对介电常数的范围为：1（空气）~81（水），多数干燥的地下介质，其相对介电常数值均小于10。 探测频率不但是制约探测深度的一个关键因素，同时也决定了探测的分辨率；探测频率越高，探测深度越浅，探测的垂直分辨率和水平分辨率越高。高频 电磁波在传播过程中发生衰减，其衰减的程度随电磁波频率的增加而增加，这也是造成探测频率越高，探测深度越浅的原因。因此，在实际工作时，必须根据目标体的探测深度选用合理的探测频率。 附图（不少于6张图片）
福州绕城公路东南段 南峰隧道超前地质预报 （地质雷达） 编号：BG-CQYB-A16-001 合同段：A16合同段 施工单位：中铁十七局集团第一工程有限公司探测范围：右线出口LYK8+335～LYK8+310 编制： 校核： 检测单位：中国科学院武汉岩土力学研究所 检测日期：2013年12月27日 报告日期：2013年12月27日
一、工作概况 2013年12月27日，中国科学院武汉岩土力学研究所对福州绕城公路东南段A16合同段南峰隧道出口右洞进行了超前地质预报，采用GSSI 公司生产的SIR-20地质雷达进行数据采集，配属100MHZ 的屏蔽天线进行了探测。本次探测范围为右线出口LYK8+335～LYK8+310，共25m 。 二．预报的方法技术 （一） 地质雷达超前预报的基本原理 地质雷达(Ground Penetrating Radar ，简称GPR)是近年来应用于浅层地质构造、岩性检测的一项新技术，其特点是快速、无损、连续检测，并以实时成象方式显示地下结构剖面，使探测结果一目了然，分析、判读直观方便。因探测精度高、样点密、工作效率高而倍受关注。随着该项技术的不断完善和发展，其应用领域不断扩展。 隧道地质雷达超前预报方法是一种用于确定隧道掌子面前方介质分布变化的广谱电磁波技术。如图1所示，利用一个天线向掌子面前方发射无载波电磁脉冲，另一个天线接收由岩体中不同介质界面反射的回波，利用电磁波在岩体介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性 质(如介电常数Er) 及几何形态的变化差异，根据接收到的回波旅行时间、幅度和波形等信息，来探测掌子面前方介质的地层结构与异常地质体。 理论研究与实验室模拟试验证明，电磁波在物体或介质中的传播速度v 、走时t 、与介质的相对介电常数Er 有如下关系： v x z t 2 24+= r c v ε=
. .. ... 地质雷达实验报告 成绩： 系别：资源勘查与土木工程系 专业班级： 姓名： 学号： 指导教师： 年月日
实验项目名称：地质雷达的操作及应用 同组学生姓名： 实验地点：结构检测实验室实验日期：年月日 1.1 实验目的 （1）了解地质雷达基本构造、性能和工作原理。 （2）掌握地质雷达的操作步骤和使用法。 1.2 实验原理及法 通过发射天线向地下发射宽频带高频电磁波。在传播过程中，当遇到存在电性差异的地下介质或目标体时，雷达波会发生反射返回地面，并由接收天线接收，并以波或图像的形式，存储在电脑中。 1.3 仪器设备 OKO-2俄罗斯地质雷达。
1.4 实验步骤 （1）连好数据线； （2）打开主机和天线上的电源开关； （3）运行采集软件； （4）设置参数； （5）数据采集并保存数据； （6）关机、拆线。 1.5 数据处理 主要包括两个面：即增益和滤波。增益的目的是放大深部信号的增幅，使较弱的信号能被识别，滤波的种类很多，一般包括中值滤波、平均值滤波、带通滤波和巴特沃斯带通滤波等等。 1.6 注意事项 在运用雷达过程中，须掌握雷达工作的三个重要参数：环境电导率、介电常数和探测频率。 环境电导率σ是表征介质导电能力的参数，它决定了电磁波在介质中的穿透深度，其穿透深度随电导率的增加而减小，当介质的电导率σ>10-2S/m时，电磁波衰减极大，难于传播，雷达法不宜使用，如：湿粘土、湿页岩、海水、海
水冰、湿沃土、金属物等。 介电常数是影响应用效果的另一个重要因素，它决定了高频电磁波在介质中的传播速度，并且反射信号的强弱也取决于介电常数的差异。电磁波在介质中的传播速度可采用下式近似考虑： r C V ε≈ 式中： C ─ 电磁波在真空中的传播速度，C =0.30m/ns （光速）， r ε─ 介质的相对介电常数。 介质的介电常数主要受介质的含水量以及隙率的影响，相对介电常数与水含量的关系曲线，相对介电常数的围为：1（空气）~81（水），多数干燥的地下介质，其相对介电常数值均小于10。 探测频率不但是制约探测深度的一个关键因素，同时也决定了探测的分辨率；探测频率越高，探测深度越浅，探测的垂直分辨率和水平分辨率越高。高频 电磁波在传播过程中发生衰减，其衰减的程度随电磁波频率的增加而增加，这也是造成探测频率越高，探测深度越浅的原因。因此，在实际工作时，必须根据目标体的探测深度选用合理的探测频率。 1.7 附图（不少于6图片）
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，
某隧道二衬检测报告范本 示范报告检测项目名称：某某隧道二次衬砌质量检测 委托单位地址： 检测单位名称： 检测类别：委托检测 报告日期：二0一四年七月三十日
某某隧道检测报告 检测人员： 项目负责： 审核人： 批准人： 检测单位： 附加声明： 1. 本检测报告无检测专用章或检测单位公章无效。 2. 复印本检测报告未重新加盖检测专用章或检测单位公章无效。 3. 本检测报告无检测人员、项目负责人、审核人、批准人签字无效。 4. 本检测报告涂改无效。 5. 对本检测报告有异议，应于收到报告之日起15个工作日内，向检测单位提出，逾期不予受理。
目录 1. 前言 (4) 2. 工程概况 (4) 3. 检测内容 (4) 4．检测依据 (4) 5．检测方法 (4) 6．测试仪器 (6) 7．检测结果 (6) 8．结论及建议 (8)
1. 前言 2. 工程概况 3. 检测内容 3.1、二次衬砌厚度； 3.2、二次衬砌背后的空洞及欠密实情况； 3.3、钢拱架间距（抽检）； 3.4、隧道断面。 4．检测依据 4.1、《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）； 4.2、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086-2001）； 4.3、《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》（TB10223－2004）； 4.4、由隧道施工单位提供的隧道设计参数表。 5．检测方法 采用地质雷达法对隧道衬砌缺陷情况进行检测，检测衬砌的空洞、欠密实等缺陷的分布，并同时检测衬砌的厚度。 地质雷达是采用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标体或地下界面进行扫描，以确定其内部结构形态或位置的电磁技术。其工作原理为：地质雷达是以高频电磁脉冲波，由发射天线以宽频带短脉冲形式向地下发射电磁波，当遇到有电性差异的界面或目的体时通常产生一定强度的反射波，并被地面接收天线所接收，根据接收到波的旅行时间（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体的深度、形状等特征参数，具有高分辨率、无损性、高效率、抗干扰能力强等特点。地质雷达的工作原理，
1.单选题【本题型共60道题】 1.钢板桩的机械性能和尺寸应符合(D)。 A．实际要求 B．施工要求 C．设计要求 D．规定要求 2.建筑工程恢复施工时，应当向发证机关报告；中止施工满1年的工程恢复施工前，建设单位应当()。 A．重新办理开工报告的批准手续 B．重新申请领取施工许可证 C．报发证机关核验施工许可证 D．向发证机关申请延期施工许可证 3.根据强夯加固土体的触变恢复机理，强夯施工结束后应间隔一定时间方能对地基加固质量进行检验，以免所测结果偏小而影响对强夯加固效果的评估。对碎石土和砂土地基，其间隔时间可取() A．1-2周 B．1.5-2周 C．2-3周 D．2.5-3周 4.对加固后的振冲碎石桩复合地基效果检验的测试可在打完桩()天后进行。 A．10 B．15
C．20 D．30 5.干密度的定义是()。 A．干土重／土总体积 B．干土重／土颗粒体积 C．干土重／土中空隙的体积 D．干土重／原土体总重 6.根据《公路工程施工监理招标投标管理办法》，招标文件中招标人要求投标人提交投标担保的，投标人应当按照要求的金额和形式提交。投标保证金金额一般不得超过()人民币。 A．2万元 B．3万元 C．5万元 D．10万元 7.灌注混凝土拌合物应有良好的和易性，应保持足够的流动性，其坍落度应为()mm。 A．150～180 B．160～200 C．180～220 D．180～200 8.根据《道路交通标志和标线》的规定，交通标志在进行外观鉴定过程中，当标志板在粘贴底膜时，横向不宜有拼接，竖向拼接，上膜应压接下膜，压接宽度不应小于()mm。 A．5
B．10 C．15 D．20 9.监理工程师在实施进度控制过程中，下列工作中不正确的做法是()。 A．检查和记录工程实际进度情况并与进度计划对比； B．绘制有关工程的形象进度图表，建立进度台帐； C．通过下达监理指令、召开工地例会、各种层次的专题协调会议，督促施工单位按期完成进度计划； D．发现实际进度滞后于计划进度时，指挥施工单位采取调整措施。 10.当土的自由膨胀率δef值大于()时，大多数情况下可鉴别为膨胀土。因此，我国《膨胀土地区建筑技术规范》规定，除采用上述特征对膨胀土进行判别以外，认为膨胀土的δef ＞()。但值得注意的是，有许多膨胀土的δef值常小于()。 A．40% B．30% C．45% D．35% 11.深大基坑土方开挖施工开挖形式的确定，应以利于基坑安全稳定为原则，兼顾其他因素，基坑开挖过程中应注意减少()对基坑支护结构的不利影响 A．支撑变换 B．挖撑銜接 C．工序銜接 D．时空效应 12.高桥墩施工滑模宜灌筑注低流动度或半干硬性混凝土，灌筑注时应分层、分段对称地进
. . . . 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
地下管线探测报告 编写: 检测： 审核： 批准： ****有限公司 二〇一九年七月十八日
地下管线探测报告 一、任务概况 1.1作业目的 为满足****工程施工需要，****有限公司于****有限公司年7月07日对该项目地下综合管线进行物探工作。 1.2测区概况 项目位于****市****有限公司区，物探位置参如图1.1所示。 图1.1工程场地地理位置图 二、管线探测 探测范围为以委托方指定的范围为界。 2.1管线的调查 管线的调查主要针对架空管线及明显管线点（包括接线箱、变压箱、变压器、消防栓、人孔井、阀门、窨井、仪表井等附属设施）进行。 ①明显管线点的各种数据均应直接打开井，用检验合格的钢尺量测，精
确到厘米。实际作业时按规程及甲方提供表格所列各类管线调查内容，参考各专业部门提供的资料，到实地调查核实，查清各类被调查管线的类型、管径、材质、埋深、起止、走向以及同类管线的连接关系，以便进行仪器探测。在调查量取时首先认真仔细量读，确保调查成果的准确性。其次，管线调查时应注意量取各类管线的偏距，即管道中心线至井盖中心的水平偏移距。 ②在实地调查中应邀请管线权属单位的管线管理人员、管线的规划、设计、施工人员和当地居民等熟悉管线情况的人员协助。 2.2地下管线探测原理 金属管线探测采用电磁感应原理。地下金属管线在发射机发出的电磁场的激励下产生感应电流，该感应电流又在管线的周围产生二次感应磁场，通过接收机接收该二次磁场来确定地下管线的位置与深度。 发射机现场工作有三种方式：第一种采用偶极电磁感应法，探测时将发射机的发射线圈垂直地放在地表，或水平放置于管线的正上方；第二种是采用直接感应法，探测时用夹钳夹住管线，发射机通过夹钳直接激发管线；第三种是采用充电法，直接将发射机的一极接在管线的一端，另一极接在待测管线的另一端或较远处的大地上，使发射电流直接流过被测管线。直接感应法和充电法应具备管线露头的条件，其中充电法只能用于给水、热力等管线外露且不带电的管线，多用于管线的追踪；偶极电磁感应法适用范围较广，既可应用于已知管线的追踪，也可以进行未知管线的普查。 接收机接收电磁场有两种方式：一种是采用垂直线圈接收，该接收方法在地下管线的正上方信号最大，离开管线信号逐渐减小，极大值点与半极大值点的水平距离x为管线中心线的埋深h，如图3.1所示。另一种是采用水平线圈接收，该接收方法在地下管线的正上方信号最小，在管线两侧各有一个
YCS2000A矿用瞬变电磁仪 勘探报告 2014年11月4日
龙煤集团七台河子公司龙湖煤矿瞬变电磁勘探报告 编制：张军 参加人员：高原荆怀亮燕锴 资料处理：燕锴 施工单位：中煤科工集团西安研究院有限公司
目录 第一章概述 (2) 1.1 仪器简介 (2) 1.2 产品使用环境条件 (3) 1.3使用方式 (3) 第二章矿井瞬变电磁原理 (4) 2.1矿井瞬变电磁法勘探简介 (4) 2.2 矿井瞬变电磁法地球物理特征 (7) 2.3勘探方法 (8) 2.4施工探测装置 (9) 2.5仪器工作原理 (9) 第三章仪器操作 (11) 3.1 准备工作 (11) 3.2 面板及连接 (11) 3.3操作过程 (11) 第四章工作量、技术措施及质量评述 (13) 4.1 工作量 (13) 4.2 技术措施 (13) 4.3 质量评述 (13) 第五章矿井瞬变电磁法勘探资料处理与解释 (14) 5.1资料处理 (14) 5.2资料解释 (16) 第六章结论及建议 (19)
第一章概述 《煤矿防治水规定》第一章第三条规定：防治水工作应坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，采取“防、堵、疏、排、截”的综合治理措施。 中“先探后掘”中的探即在巷道掘进过程中在迎头利用直接或间接的方法向前一定范围内进行探测（超前探测），查明前方及其采动影响范围内是否存在赋含水地质构造、导含水通道或采空积水区，为煤矿的防治水工作提供详细的地质资料。目前用于超前探测的直接方法为钻探方法，钻探结果比较直观，但施工周期较长，对巷道的正常掘进生产影响较大。用于探测的间接方法即采用地球物理勘探的方法进行探测，主要方法有：矿井直流电法（三点三极超前探测方法）、矿井瞬变电磁法、瑞雷波法和矿井地质雷达探测法。其中瑞雷波法主要解决地质构造界面的问题，对构造的赋水性或采空积水区的解释精度较低；矿井地质雷达现在主要处于研究试用阶段，主要是由于其探测深度相对较小。现在常用于超前探测的物探方法为：矿井直流电法（三点三极超前探测方法）和矿井瞬变电磁法。 1.1 仪器简介 瞬变电磁法是重要的地球物理探测手段之一，常用来查明含水地质体，如岩溶洞穴导水通道、煤矿采空区、不规则水体等，具有自动消除主要噪声且地形影响较小、可实现同点组合观测、对异常响应强且曲线形态简单，分辨能力强等优点。 YCS2000A矿用瞬变电磁仪（以下简称瞬变仪）是为煤矿井下含
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；
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