地质雷达的工程应用

地质雷达的工程应用（精选十篇）

地质雷达的工程应用 篇1

地质雷达是一种对地下的或物体内不可见目标或界面进行定位的电磁波探测技术。地质雷达探测主要有以下几个特点：⑴分辨率高。地质雷达的工作频率可高达5000MHz, 其分辨率可达数厘米；⑵工作效率高。地质雷达仪器轻便，从数据采集到处理成像一体化，工作效率大幅度提高；⑶无损性。由于地质雷达技术是通过对目标发射电磁波并处理、分析回波信号来完成的，因此，它对探测目标没有任何损害；⑷抗干扰能力强。地质雷达可以在各种环境中工作，抗干扰性能强，适应范围广。

1 地质雷达的工作原理

将高频电磁波以宽频脉冲的形式，通过发射天线定向送入地下，经过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。高频电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度以及波形等将随所通过介质的电性性质及几何形态的变化而变化。因此，通过对时域波形的采集、处理和分析，可以确定地下界面、地质体的空间位置及结构。

2 探地雷达的组成

探地雷达主要由主机、天线和后处理软件三部分构成。主机实现雷达系统的控制、数据采集、处理和显示。主机可以是单通道，即连接一副天线；也可以是多通道，同时连接多副天线作业。天线是探地雷达最为核心的部件，一般收发天线、发射机和接收机封装在一个箱体中，统称为天线。通常一台主机可以分别挂接中心频率不同的天线，以满足不同探测深度和分辨率要求。天线有分为地面耦合天线和空气耦合天线，前者紧贴地面移动，后者离开地面30～50cm移动，利于车载探测。由于地下介质情况复杂，探测到的数据资料往往要用后处理软件进行运算，以增强异常区域，利于得出准确的结论。

3 目标雷达图像的特点

图1中上方三种典型目标：空洞类似于球状或柱状目标、偏平目标和不同介质界面的层状面，如河流的冰-水-河床界面。对于球状目标，当天线从其正上方移动过去时，由于其雷达回波的走时从大变小再变大的过程，因此，在雷达图像上呈现出“双曲线”特征，其顶点对应的深度才是目标埋深。

对于层状的面界面，雷达回波随着界面的起伏而起伏。对于偏平目标，则在其边沿与柱状目标回波相近，在正上方与层状目标相近。图2是一个得到验证的工程探测实例雷达图像，有5处管线回波，斜坡是回填和基岩的界面。

4 地质雷达的现场检测

4.1 检测对象的分析和要求

地质雷达的检测效果与对检测对象的赋存环境的详尽分析直接有关。检测对象的深度是一个非常重要的问题。如果检测对象的深度超出雷达系统探测距离的50%，则不可能用地质雷达进行有效的检测。其次，检测对象的几何形态，包括高度、长度、宽度等也应当尽量了解，因为检测对象的尺寸决定了雷达系统可能具有的分辨率，关系到天线中心频率的选择。再者，被检测对象的导电率和介电常数等也需要掌握，因为这将影响到对能量反射或散射的识别。此外，在检测区域内不应存在大范围的金属构件和无线电频源，以免外界的干扰。在岩石介质中检测时，围岩的不均匀性态应限制在一定的范围之内，以免检测对象的响应被屏蔽在围岩性态变化之中而无法识别。

4.2 测网布置的原则

检测工作开始之前首先建立测区坐标，以便确定测线的平面位置。通常遵循以下原则：⑴当检测对象的发布方向已知时，测线应沿垂直于检测对象的长轴方向；如果检测对象的方向未知，则测线应布置成网格形式。⑵当检测对象的体积有限时，先用大网格小比例尺初查以确定目的大体范围，然后用小网格大比例尺测网进行详查。网格的大小等于检测对象的尺寸。⑶进行基岩面等二维体的调查时，测区应垂直二维体的走向，线距取决于检测对象沿走向方向的变化程度。

5 地质雷达资料的解译

地质雷达记录到的是地下介质的电性特征分布，要将其转化为相应的形体分布，就必须把物体的形态、钻探、地质雷达这三方面的资料有机结合起来，在此基础上获得被检测对象的整体信息。

5.1 反射层的拾取

地质雷达的地质解释的前提是拾取反射层，通常可以从通过地质勘探孔的测线开始，根据勘探孔与雷达图像的对比，建立起各种地层反射波组特征。识别反射波组的标志位同向性、相似性与波形特征等。

5.2 时间剖面的解释

在充分掌握区域地质资料、了解测区所处构造背景的基础上，充分利用时间剖面的直观性和覆盖范围大的特点，纵观整条测线，研究重要波组的特征及其相互关系，掌握重要波组的地质构造特征，特别重视特征波的同向轴变化。

6 地质雷达的应用

在工程勘察、地基基础工程中，地质雷达有着十分广泛的用途。应用地质雷达，不仅可以根据反射波信号的差异划分地层和地质体的界面、确定岩溶、土洞、脱空区以及地下金属管线的位置，而且还可以用来判断桩身质量和水泥土类挡墙、地下连续墙的施工质量。此外，还可以通过探测前方障碍物的情况，为地下管线的施工提供依据，为非开挖施工技术提供强大的支持。

6.1 地质雷达对地下土洞溶洞的探测

在石灰岩地区，譬如济南等地，岩溶现象的存在和发育，对工程地基承载的力的影响及工程安全不容忽视。图3为石灰岩地区岩溶的地质雷达图像，图4为土洞的地质雷达图像。

6.2 地质雷达对地下脱空区的地质雷达探测

图5是利用地质雷达对某工程地下脱空区的探测图像。

6.3 地质雷达对地下管线的探测

随着城市建设的发展，非开挖施工技术得到了越来越广泛的应用。迅速准确的地查明施工前方的各种障碍，是确保施工安全的重要前提。在这方面，地质雷达提供了一条十分有效的途径。图6是金属管道的地质雷达探测图像。

6.4 基岩起伏以及岩脉和破碎带的探测

在基岩不太深的地区，高层建筑的基础一般以基岩为持力层。因此，详细了解基岩的起伏、破碎带的发育具有重要的意义。特别是在基岩起伏剧烈，破碎带又相对发育的地区，单纯依靠工程钻探显然不能满足要求。结合钻探，利用地质雷达可以比较清楚地了解整个场地的基岩起伏和岩脉以及破碎带的分布。

6.5 地质雷达在施工质量检测中的应用

利用地质雷达可以对桩身的倾斜、地下连续墙的倾斜以及基坑挡土墙的施工质量进行检测。某工程桩基础采用两节预制混凝土方桩，设计桩身截面积350mm×350mm，单桩承载力为1200kN，但当静载荷试验加载到360kN时，桩身急剧下沉达59mm，已破坏，遂立即终止试验，其承载力仅为240kN，经过地质雷达检测，发现该桩下节桩身发生向北的倾斜，而且接桩部位存在明显缺陷，低应变检测也证实了这一点。

摘要：本文简要的介绍了地质雷达原理、组成、工程现场的实际使用方法、资料的分析解译等, 重点对地质雷达在地基基础工程中的应用进行了阐述。

关键词：地质雷达,原理,方法,解译,工程应用

参考文献

[1]《探地雷达方法与应用》李大心编著地质出版社1994年

隧道工程地质雷达检测分析论文 篇2

【摘要】通过实际工程应用，介绍地质雷达的特点、原理和探测解析方法;在隧道工程的超前地质探测预报以及隧道结构检测的应用中，证明了地质雷达的实用性、先进性及其实际应用中的重要作用。

【关键词】公路隧道;地质雷达;检测;超前预报;应用

1、工程概况

小北山二号隧道为长隧道，按左、右线分离布设。左线隧道起讫里程ZK19+571～ZK21+091，长1520m，揭阳端洞口采用削竹式，洞口设计标高30.353m，惠来端洞门采用削竹式，洞口设计标高17.398m，坡高0.5%～-1.317%，隧道最大埋深约209m。右线隧道起讫里程ZK19+599～ZK21+081，长1482m，揭阳端洞口采用削竹式，洞口设计标高30.493m，惠来端洞门采用削竹式，洞口设计标高17.490m，坡度0.5%～-1.321%，隧道最大埋深约212m。隧道位于丘陵地区，山体地形陡峭，山体植被较发育，山体发育花岗岩孤石，大小不一。隧址区基底主要为燕山期花岗岩，局部见辉绿岩岩脉，覆盖层由粘土、全～强风岩组成，基岩由中~微风化岩组成。隧址区地下水类型主要为潜水，含水层主要为第四系松散层的孔隙及中～微风化岩的风化裂隙。

2、地质雷达的发展及其应用

随着社会的高速发展，有很多的方便加上很多的仪器可以在岩土勘察中使用，重要的方法有弹性波法及其电磁波法。在实际工程当中经常使用的电磁波法就是地质雷达，隧道地震探测仪比较适合远距离宏观的地质问题探测;并且地质雷达方法可以结合高频电磁波而进行非常快的无损伤探测，因此频段非常高的话可以在隧道结构当中进行检测。公路的隧道工程埋深、规模以及数量随着时间的增加而不断地变多，而在施工的过程当中也遇到了很多复杂的工程地质条件。虽然说在设计以前都作了非常详细地质勘察，但是在隧道实际的开挖施工当中，还会有非常多的问题发生的。从这些方面就可以很好地说明，在隧道施工过程当中的围岩稳定性状况以及一些掌子面前方的实际情况，并且做出及时地超前预报。当隧道发生一些事故或者竣工以后，应该结合现行的规范上面要求以及隧道本身的结构特性，不但应该在隧道的表面进行观测以及净空断面进行测量，需要的时候还应该采用地质雷达进行一些更深入的检测，例如围岩的密实完整稳定的情况、钢拱架的分布情况、有无离析以及蜂窝麻面、衬砌混凝土的均匀一致性以及相对应的完整性以及衬砌有效厚度等等。经过实际的情况可以证明，地质雷达技术可以在隧道的施工当中作出非常详细的超前地质预报。现在，地质雷达检测技术已经发展到了单点探测以及连续探测的.实时自动成图。而国外的国家探地雷达基本上是单脉冲雷达，其工作的频率在50到2G赫兹，最为代表性的国家是美国和加拿大。我们国家所生产的一系列地质雷达，结合地下工程的超前预报的特点，采用的是脉冲调制式，这个的探测距离非常大，而且分辨率也非常高，其工作的频率大约在160到220兆赫兹，其探测的距离可以达到40到60米，可以很好地适应超前地质预报以及部分的工程检测。

3、探测的原理以及方法

结合设计的图纸以及设计的任务书按照规定进行开展地质超前预报的工作，其预测应该是沿着隧道纵向三十米的范围以内对一些不安全的地质问题进行检查，对前面的地层岩性变化以及水文地质特征(软弱岩层的分布、断层发育及其影响带、水的赋存情况等)进行探测，对隧道围岩的级别进行分析，并列出一些施工的建议，确保隧道施工的安全，减少一些不必要的损失，为动态的设计提供所需要的地质参数，从而可以更好地为隧道施工进行服务。本次的地质预报使用的是地质雷达系统，运用了空气耦合型100兆赫兹的天线，结合探测的前方岩石的特点以及现场施工的条件，对距离30米左右进行详细地探测。而这次预报的工作面位于ZK19+735里处的地方，使用一些点测的方式，使用一系列的方法对工作面的正前方进行详细地预测。

4、数据的处理以及得出来的结果

对实际测量出来的资料用一系列的软件进行处理分析，再结合现场的岩性所具体的实际情况，选择一个比较适合的相对介电常数，进而得出来一些成果，在成果的解释当中，开始的时候，假如发现了有非常明显的反相位反射波组出现的话，就应该岩性变坏的一个表现;假如发现了有非常明显的正相位强波反射波组出现的话，就应该是岩层岩性变好的一个表现，结合反射波反射强度的实际大小就可以区分反射界面前方介质的一系列的特征。依据雷达数据处理结果并结合地质资料分析得出以下预报结果：(1)掌子面为强风化花岗岩，上方自稳能力差，中部伴随严重掉块，局部潮湿明显，推断围岩级别为Ⅴ级。(2)掌子面右侧前方4~10m(ZK19+739~ZK19+745)区域反射信号强烈，同相轴紊乱，推测此区域与掌子面情况类似，有明显破碎带，围岩完整性差，推断围岩级别为Ⅴ级。(3)掌子面前方10~15m(ZK19+745~ZK19+750)区域反射信号衰退稳定，同相轴平稳但仍存在断开处，推测此区域岩性略微好转，但依旧破碎且含水，推断围岩级别为IV级。(4)掌子面前方15~30m(ZK19+750~ZK19+765)区域信号较弱，加大增益后发现同相轴较为连续，推测此区域岩性好转，级别应为IV级。依据结果给出的建议：(1)ZK19+735掌子面围岩为强风化花岗岩，自稳能力差，局部潮湿明显，中部掉块严重，应严格控制进尺，加强支护，预防坍塌。(2)掌子面前方10m区域围岩与掌子面情况相似，稳定性差，破碎带明显，容易坍塌。严格控制进尺，及时做好初期支护工作并保证强度，防止掉块与坍塌，同时做好排水工作。(3)掌子面前方20m区域后，岩性有所好转。建议采用上下台阶方法，并严格控制进尺，及时做好初期支护工作并保证强度，防止掉块与坍塌，同时做好排水工作。

5、结束语

地质雷达在隧洞检测的相关应用 篇3

关键词：隧洞检测；地质雷达；原理；技术

随着国家加大水利建设的投入，以及对水利工程质量的高度重视，采用地质雷达对隧道衬砌进行检测较为普遍。在介质中高频电磁波有高衰减性，應用受一定限制。检测效果除了与技术有关外，还与其他因素密切相关，需做好深入分析。隧洞地质雷达的检测原理、检测影响因素及检测技术等为以下重点研究的。

一、隧洞地质雷达的检测原理

地质雷达作为电磁技术可确定地下介质的分布光谱，光谱范围1MHz-1GHz。介质中的电磁波传播，其电磁场强度、路径、波形可随着通过介质几何形态及电磁性质而变化，故按照接收波双程走时（反射时间）、波形资料及幅度等，便能推断介质结构。

当隧道衬砌有缺陷时，缺陷衬砌和良好衬砌之间介电常数对比有所差异，导致雷达波异常反射。地下异常体几何形体可概括为面状体和点状体，其中面状体包括层面、裂隙等，点状体包括管线、孔洞等。不同地下异常体的雷达图像特征不同，面状体为线状反射，而点状体反射为双曲线弧。反射波振幅可用于判断异常区特征，反射波走时可用于判断异常位置，公式为h=（v2t2-x2/2）1/2，h表示异常体深埋，v=c/ε1/2表示介质中电磁波传播速度，ε表示介电常数，经测定或查相关参数获得，c表示空气中电磁波传播速度；t表示双程走时，而x表示收发距[1]。空气ε为1，电导率0，传播速度03m·ns-1，吸收系数0；水ε为80，电导率05ms·m-1，传播速度033m·ns-1，吸收系数01dB·m-1；黏土ε为5-40，电导率2-1000ms·m-1，传播速度006m·ns-1，吸收系数1-300dB·m-1；混凝土ε为4-20，电导率1-100ms·m-1，传播速度012m·ns-1；金属ε为300，电导率1010ms·m-1，传播速度0017m·ns-1，吸收系数108dB·m-1。当发射天线和接收天线沿着被检测的物体表面作同步逐点移动时，便能获得内部介质的剖面图像，以此进行衬砌质量检测。

二、地质雷达的检测影响因素

1、现场环境

主要体现在检测面平整度和杂波干扰两方面。干燥空气中雷达波速度03m/ns，是混凝土3倍。若检测面较不平整，则雷达天线和其侧面无法紧密接触，存在空气；如间隙较大，则被检测面可显示异常界面，产生多次反射信号，和衬砌内异常界面交错或重叠出现，可将干扰信号误判地下埋设物，或所推断衬砌层厚度较实际厚度偏大。隧道中的部分物体可形成反射信号，如金属构件，导致记录图谱多变，难以分辨，例如通信信号线、接触网高压电缆线、架线作业车金属平台。

2、检测区间的物理状态

雷达波波速决定着探测物深度判断精准度。衬砌层原材料影响衬砌层雷达波的传播速度。就隧道衬砌来说，混凝土振捣及搅拌均匀性、设计等级等均对介电常数取值有影响，故衬砌层的物理状态对雷达波变化有直接影响，主要为衬砌层材料及含水量变化影响。例如，雷达波水中速度033m/ns，而混凝土速度012m/ns，说明水对隧道检测的精度有很大影响[2]。

3、分辨率

分辨率直接决定了检测效果，并决定着物探分辨最小异常介质能力。收发天线的频率与探测深度有关，频率越低，则深度越深；而频率越高，则分辨率越高，不同土壤情况有不同探测深度。采用高频天线，可确保雷达分辨率足够，但高频天线可降低探测深度，对检测效果有影响。

三、如何提高地质雷达检测效果

1、对检测区间的物理状态作细致了解

检测前，需对隧道内设施情况、设计资料及施工记录等作详细了解，对隧道运营情况予以细致观察，重点观察衬砌裂隙有无渗漏水。

2、取芯位置布置应合理

实际检测前，按照衬砌混凝土电磁波速及介电常数予以现场标定。标定地质雷达电磁波速度对检测精度有很大影响，需合理布置标定地质雷达的波速取芯点位，分别统计不同状态下衬砌层雷达波速，认真分析其变化规律，争取对雷达波速误差导致的探测偏差予以有效控制。

3、天线应满足检测需要

结合检测需要，选择频率不同的天线，针对性的寻求探测最佳精度比及深度。从探测深度及分辨率两方面，对隧道不同衬砌部分检测要求予以综合衡量，并按照雷达探测深度及精度要求，选择天线。所有天线可综合运用或单独采用人工采点及连续采点。

4、有效抗干扰

加强现场描述，对现场强干扰物体（无线发射源和重金属等）位置进行准确描述，如电灯、电缆线。检测时，若天线移动时与衬砌表面的距离发生改变，衬砌和围岩间反射信号及表面信号为同步变化，但隧道物质反射波为反向变化，与之形成较明显的反差，则可推断反射波位置，来自衬砌内或隧道内[3]。

加强多次反射信号的区分。衬砌的内部结构较为复杂，在内部结构层和面层可发生多次反射信号，并容易和内部结构面反射信号偏离或重叠，从而造成结构界面厚度判断错误。需做好多次反射信号区分，防止资料判读出现偏差。

利用软件处理采集数据，处理方法可选择手动控制或自动控制增益，抑制杂波，对介质吸收予以补偿；背景去噪，对随机干扰的噪声进行抑制，使信噪比提高；时频变换及滤波处理，去除突出目的体或高频，减少多次波影响，使背景噪声降低。

结束语：

在隧洞检测中，地质雷达起重要作用。想要获得满意检测效果，应详细了解隧洞衬砌物理状态，并对地质雷达电磁波速度作客观标定，以此提高检测精度。笔者查阅资料及文献，对隧洞检测中地质雷达技术作出分析，供学者参考。

参考文献：

[1]李磊，王鹏禹，陈光荣，董栋.地质雷达检测技术在隧洞工程中的应用[J].水利水电施工，2011，04：55-58.

[2]窦宝松，鲍维猛，陈楠.地质雷达在隧洞衬砌检测中的应用[J].水利建设与管理，2009，05：12-14.

[3]程立，祁增云，杨显文.地质雷达在引水隧洞衬砌与灌浆质量检测中的应用[J].勘察科学技术，2012，01：59-61+64.

地质雷达在铁路隧道工程检测的应用 篇4

1 地质雷达检测原理

地质雷达也称为探地雷达, 与航空雷达相似, 是利用高频脉冲电磁波的反射探测目标体。利用主频为106～109 Hz波段的电磁波, 以宽频带短脉冲的形式, 由地面通过天线发射器发送至地下, 经地下目标体或地层的界面反射后返回到地面, 被雷达天线接收器接收, 通过对所接收的雷达信号进行处理和图像解释, 达到探测地下目标体的目的。对于隧道衬砌混凝土质量检测, 地质雷达主机通过天线T由介质表面向内部发射频率为106～109 Hz的电磁波 (见图1) , 当电磁波遇到不同媒质的界面时便会发生反射与透射。反射波返回衬砌表面, 又被接收天线R所接收 (发射与接收可为同一天线) , 此时雷达主机记录下电磁波从发射到接收的双程旅行时间∆t。因为电磁波在介质内的传播速度V可由已知介质厚度或现场打孔测定得到, 所以可由深度D=V·∆t/2式求出反射面的深度 (即介质厚度) 。

在地质雷达法勘探中, 电磁波通常被近似为均匀平面波。其传播速度在高阻媒质中取决于媒质的相对介电常数εr, 见公式 (1) :

式中:C=0.3 m/ns;εr为媒质的相对介电常数。

由此可知, 在隧道衬砌混凝土质量检测中, 电磁波的传播速度只与衬砌媒质的相对介电常数有关, 随之增大而减小。电磁波传播在遇到不同媒质界面时, 其反射系数为:

因此, 电磁波的反射系数取决于界面两边媒质的相对介电常数差异, 差异越大, 反射系数越大, 进而反射信号强度就越强, 界面就越清晰。对于隧道检测, 涉及的主要媒质为:混凝土、钢筋、空气、水和围岩。铁路隧道内所涉及的这几种媒质物性差异均较大, 会形成较强的反射, 符合地质雷达检测的基本前提条件。

2 铁路隧道检测实例

2.1 隧道工程地质概况

某铁路隧道全长503 m, 经过丘陵低山区, 植被发育。隧道进口段表层系第四系残积坡积粉质黏土, 黄褐色, 硬塑, 层厚0.5～1 m。下伏系侏罗纪凝灰岩, 浅灰色, 弱风化, 节理裂隙较发育, 地下水不发育。隧道中部 (DK×+～DK×+570) 段表层系第四系冲积粉质黏土, 黄褐色, 硬塑, 层厚>2 m。其下系侏罗纪凝灰岩, 浅灰色, 弱风化, 节理裂隙较发育, 地表水较发育。隧道出口段表层系第四系残积坡积粉质黏土夹碎石, 黄褐色, 硬塑, 层厚约0.5 m。下伏侏罗纪凝灰岩, 浅灰色, 强风化, 层厚1.5～2 m;其下为侏罗纪凝灰岩, 浅灰色, 弱风化, 节理裂隙较发育, 地下水为基岩裂隙水, 较发育。

2.2 隧道检测流程

铁路隧道衬砌检测采用SIR-20型地质雷达 (美国GSSI公司) 主机 (见图2) 、5103型400 MHz收发单置屏蔽天线 (收发一体) 及连接电缆和电瓶 (见图3) 。

根据有关技术要求, 采用对衬砌无损检测, 沿隧道纵向共布置6条测线:拱顶、左拱腰、右拱腰、左边墙、右边墙及仰拱或底板 (见图4) 。边墙测线位于隧道边墙底部, 拱腰测线位于隧道起拱线和拱顶中部, 仰拱或底板在检查井与水沟电缆槽的中间。

检测里程:DK××+300～DK××+780;隧道长度×××m;测线长度×××m。实际操作中将SIR-20型地质雷达配置的400 MHz天线紧贴隧道表面, 然后以3 km/h速度匀速移动天线, 采用人工触发方式, 每10 m打一个标记, 进行连续测量。

测量参数设置:测量方式依据所测媒质一般采用400 MHz天线沿隧道纵向做连续测量, 时窗范围30 ns;采样率512样本/线;扫描率100线/s。

2.3 检测资料处理及分析

(1) 资料处理。将采集的数据传输到计算机, 利用RADAN专用雷达处理软件将原始记录切除首尾废段→按10 m标记对记录进行水平均衡→调整测量方向保持一致→零点校正→水平、垂直滤波→识别界面及有效信号→输入介电常数→拾取衬砌厚度界面→分析回填情况。

(2) 介电常数的确定。本次检测介电常数εr的确定, 采用温福线隧道检测多次打孔计算得到的平均介电常数εr, 由已知公式计算混凝土的衬砌厚度, 式中C为光速 (C=0.3 m/ns) , Δt为电磁波对衬砌界面的双程旅行时间。隧道的介电常数平均值εr=7.0。

(3) 检测图像分析。在地质雷达对隧道衬砌进行检测过程中, 背后回填情况可分为:密实、不密实和空隙大小 (单位:cm) 。在雷达图像上的判识原则如下:

密实:衬砌背后回填密实、无空隙;

不密实:衬砌背后回填大部分密实、局部有小空隙;

空洞空隙大小:衬砌背后回填不密实、空隙范围大。

衬砌界面:地质雷达对隧道衬砌厚度界面进行检测时, 天线由表面向内辐射电磁波, 当遇到衬砌界面时, 产生反射, 在雷达图像上可以看到一界面清晰连续的反射波组, 然后输入合适的介电常数, 对同相轴进行追踪, 即可得衬砌界面的连续厚度值, 衬砌界面图像见图5—图8。

在图像中可以清晰地分辨出衬砌、钢筋、钢拱架的分布情况及不密实区域的规模和空洞的空间分布状态, 为后续作业提供准确的位置。

3 结论与展望

(1) 通过对铁路隧道衬砌质量的检测, 表明地质雷达在判断隧道衬砌厚度、空洞规模、钢拱架位置等方面具有较高的准确性。对施工单位采取加固措施消除隐患提供准确的数据, 将隐患排除在隧道投入使用之前, 对隧道的安全使用和正常营运起到重要作用。

(2) 提高地质雷达检测精度, 必须选择好工作参数。地质雷达检测技术的关键在于选取合适的频率天线、数据的采集和对所采集波形的分析判断。

(3) 通过工程实践表明, 地质雷达检测隧道质量是一种快速高效、实用方便、安全经济的无损检测方法, 大力推广该技术将产生显著的经济效益、技术效益和社会效益。

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

[2]TB10223—2004铁路隧道衬砌质量无损检测规程[S].北京:中国铁道出版社, 2004

[3]杨峰, 苏红旗.地质雷达技术及其在公路隧道质量检测中的应用[J].筑路机械与施工机械化, 2005 (10)

地质雷达在滑坡滑面分析中的应用 篇5

地质雷达在滑坡滑面分析中的应用

福建省地质灾害易发区主要分布在生活聚居区边缘,直接危害到生活区的人民生命财产安全,边坡设计过程中一个很重要的依据就是工程地质条件,因此对边坡工程地质结构的调查显得尤为重要,但由于客观条件使用常规地质钻探手段往往施工困难,工程投资大,费用高,而且控制范围有限,很难查明滑坡滑动面及不良地质结构面的整体发育情况,地质雷达作为一种新型的高分辨率无损探测工具,采用地质雷达超强地面耦合天线结合钻探,可以有效地解决这个问题,为滑坡治理与支护提供设计参数,本文通过对沙县某滑坡工程勘察的.实例进行详细说明,介绍了地质雷达技术在边坡工程地质勘测中的应用.

作 者：张玉峰 作者单位：福建东辰综合勘察院,福建,福州,550005刊 名：中国西部科技英文刊名：SCIENCE AND TECHNOLOGY OF WEST CHINA年，卷(期)：08(30)分类号：P5关键词：地质雷达 边坡 工程地质勘察 福建沙县

地质雷达在覆盖层厚度探测中的应用 篇6

浅埋；覆盖层；地质雷达

1.引言

近年来，随着我国公路，特别是高速公路的迅速发展，公路隧道建设已进入大发展的新时期。公路隧道一般具有跨度大、开挖断面大的特点，施工难度大，容易出现冒顶，侧壁坍塌、失稳等问题。尤其隧道穿越浅埋地段时，由于隧道上方覆盖层埋深浅，围岩条件差，基本无自稳能力。施工方法不当可能导致隧道出现滑坡、坍塌、衬砌开裂变形等病害，影响隧道结构的完整性、耐久性及使用性。当隧道穿越浅埋地段时，对隧道上方覆盖层厚度及上方覆盖物的分布情况的精确探测，能较好的指导隧道设计及施工作业。

目前对覆盖层厚度探测的方法很多，相比于电法勘察和地震勘察，地质雷达探测方法具有高分辨率、无损性、高效率等特点。本文以地质雷达方法应用为例，探讨地质雷达方法在浅埋隧道覆盖层厚度探测中的应用。

2.基本工作原理

地质雷达是采用电磁波探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：电磁波以宽频带脉冲形式通过发射天线发射，经目标体反射或透射，被接收天线所接收，见图1。

电磁波的传播取决于物体的电性，物体的电性中有电导率 和介电常数 ，前者主要影响电磁波的穿透（探测）深度，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[1]。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，都会形成电性界面，雷达信号传播到电性界面时产生反射信号返回地面，通过接收反射信号到达地面的时间和信号强弱就可以推测地下介质的分布及变化情况。

电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度和波形将随所通过介质的电性差异及集合形态而变化，由此通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下界面、目标体的空间位置甚至结构状态。

3.应用实例

下面以贵州黎平至洛香高速公路某隧道左幅出口浅埋段覆盖层厚度探测为例。

A.工程概况

隧道区位于雪峰古陆西缘，苗岭隆起带东侧的黎平短轴穹隆内，地质构造复杂。隧道洞口出口段为元古界清水江组（pt2q）砂岩。隧道出口左幅洞口ZKXX+715~ZKXX+685里程段埋深为3m~14m，属浅埋区。隧道上覆碎石土，松软结构；下部围岩破碎，以风化裂隙为主，松散结构，无自稳能力。隧道洞口位于两山坡之间的凹陷地带，隧道两侧所受偏压大。如图2所示。

B.测线布置

地质雷达天线采用美国地质雷达SIR-2000的100M天线，测量方式采用点测方式，点距为10cm。根据隧道轴部走向，雷达探测共布置2条测线。一条沿隧道纵走向在隧道左拱腰处上方的地表ZK17+715~685段布置，一条沿隧道纵走向在隧道右拱腰处上方的地表ZK17+ 685 ~715段布置。如图3所示。

C.数据采集及成果分析

地质雷达探测图像如图4、图5所示。

从图4、图5中可以看出，隧道洞口前方ZKXX+ 715~ZKXX+705段存在一条斜向的直线型反射同相轴，如图中Ⅰ所示，推测该段为管棚段；隧道左侧管棚段下方存在一条明显的不规则反射界面，如图中Ⅱ所示，推测该段为管棚注浆部分。而后施工结果证实，该探测结果与施工结果基本吻合。

隧道洞口前方ZKXX+ 715~ZKXX+685段也存在另一明显的不规则反射界面，如图中Ⅲ所示，推测该反射界面为隧道上方覆盖层与隧道基岩的分界面。由该反射界面可推断，隧道上方覆盖层厚度呈现由小到大的变化趋势，其变化范围约为3.5m ~6m。由隧道后续开挖揭露的地质情况判断，该雷达探测结果与实际情况基本吻合。

4.结论

用地质雷达方法在该浅埋隧道覆盖层厚度探测中取得了较好效果，证实该方法在探测隧道浅埋区覆盖层厚度及其分布的应用中是有效可行的。

综上所述，地质雷达方法在浅埋隧道上方覆盖层厚度及分布的探测中是有效的方法手段之一，该方法方便、快捷、工作效率高、探测效果明显。同时，地质雷达抗干扰能力不强，地面附近的钢材及电线对其可产生干扰，在应用中应正确识别干扰；另外，由于地表不平整，也会给地雷雷达探测带来了不小的难度，尤其是深度确定有一定的影响。

地质雷达是一种正在不断发展的无损探测技术，对不良地质状况的探测效果良好，但准确率不可能达到百分之百，对雷达图像异常情况的准确判断解释，需要大量的经验积累。

[1]李大心编著.探地雷达方法与应用[M]北京：地质出版社.1994

[2]郝建新，魏玉峰，林雄斌.地质雷达探测干扰因素及图像识别研究[J]工程勘察.2008.11

[3]许新刚，李党民，周 杰.地质雷达探测中干扰波的识别及处理对策[J]工程地球物理学报.2006.02

[4]肖宏跃，雷 宛，杨 威.地质雷达特征图像与典型地质现象的对应关系.煤田地质与勘探.2008.04

地质雷达在工程质量检测中的应用 篇7

目前, 在查明混凝土衬砌内第一层钢筋数量方面的检测方法有开孔或开槽检测和无损检测。其中开孔或开槽检测属于传统检测方法, 不仅效率低, 代表性差, 偶然性大, 而且破坏了衬砌的整体性;无损检测法是利用声、光、磁和电等特性, 在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下, 检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性, 给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息, 进而判定被检对象所处技术状态的所有技术手段的总称。它不仅效率高, 代表性强, 而且对检测对象无损害, 是工程质量检测所追求的目标。本文介绍无损检测法中的地质雷达检测方法在查明混凝土衬砌内第一层钢筋数量方面的应用效果。

2 地质雷达测试方法与技术

2.1 地质雷达优点

探地雷达 (Ground Penetrating Radar, 简称GPR) 是利用无线电波来确定地下介质分布的一种方法。它是利用高频电磁波的反射来探测目标体, 根据接收到的反射波的旅行时间、幅度与波形资料, 推断地下介质的结构与分布。

探地雷达技术具有几个突出的优点:

(1) 是一种非破坏性的地球物理探测技术, 可以安全的应用于城市和在建的工程现场以及河流、水库的堤防;

(2) 适应性和抗干扰能力强, 可以在各种噪音环境下工作;

(3) 与地震勘探有相通之处, 地震方法中的许多成熟技术可以在雷达中应用;

(4) 具有工程地质勘测方面较为满意的探测深度, 配备低频天线, 一般的地下地质条件下探测深度约为30~50m, 比较适宜的条件下可达近百米, 浅层分辨率一般可达厘米级;

(5) 自动化程度高, 微机全程控制资料的采集、记录、处理和显示, 可以实现实时处理;

(6) 一般1~2人即可操作, 可单点测量, 也可连续测量, 效率高、成本低。

2工作原理及基本组成[1]

地质雷达是高频电磁波以宽频脉冲的形式, 通过发射天线定向送入地下, 经过存在电性差异的地下地层或目标体的反射后返回地面, 由接收天线接收, 如图1所示。脉冲波行程需时:

式中:h为异常体埋深, m;x为收发距, m;v为在介质中的传播速度, m/ns;v值可以用宽角方式直接测量, 也可以根据v≈c/姨ξ近似算出 (当介质的导电率很低时) 。c为真空中的速度, m/s;ξ为介质常数, 无量纲。由此可得反射体深度:

地质雷达探测的分辨率, 可以分为垂直分辨率和水平分辨率。其中, 垂直分辨率在理论上一般把λ/4作为垂直分辨率的下限 (λ为雷达子波波长) , 但实际中很难达到这一分辨率, 在野外中通常采用探测深度的十分之一或波长的一倍。水平分辨率除与测点距离有关外, 还与菲涅尔带有关, 用第一菲涅尔带半径计算横向分辨率。

3 工程实例

3.1 测试情况简介

本次测试目的是查明B洞K0+00~K0+2.9段左边墙衬砌第一层主筋的数量。根据目的要求, 采用雷达测试方法, 进行工程质量检测。主要使用的仪器为:SIR-3000雷达主机、900MHz及1500MHz收发一体天线。

3.2 测线布置

B洞为城门型, 边墙混凝土内表层钢筋距离混凝土表面20~30cm, 主筋间间距为15cm, 表层主筋分布平行于边墙表面且垂直于洞轴线。本次测线布置为距离B洞底板1.5m平行于洞轴线布置。测线布置示意图如图2。

3.3 测试参数的选择

本次地质雷达测试是采用美国GSSI生产的SIR-3000雷达系统, 其主要部件包括:SIR-3000雷达主机、900MHz收发一体天线, 如图3所示。该套雷达系统具有高精度、高分辨率, 轻便快速, 测试场地要求宽松的特点, 可用于水电、公路、铁路等多领域的探测工作。

3.4 测试成果分析

对B洞左边墙测试区测线资料进行处理分析后成果图见图4。根据钢筋与周边混凝土介电常数的明显差异, 我们从图4中, 分析出B洞左边墙测试区内的主筋分布数为25根。

为验证检测结果的准确性, 最后对检测区进行了凿开检测。该检查区, 凿开的照片如图5。从图5中我们能准确数出检测区内的主筋数为25根。

通过雷达检测结果与凿开检测结果的对比, 我们发现雷达检测结果与实际情况完全吻合, 测试结果准确、可靠。

4 小结

本次使用雷达检测方法检测B洞K0+00~K0+2.9段左边衬砌墙主筋数量结果与实际情况完全吻合。同时, 通过雷达检测结果与实际情况的对比发现:

雷达检测方法在检测距混凝土表面20~30cm, 平行间距15cm的钢筋数量方面, 准确可靠, 同时具有对被测对象无损害的优点, 是在类似工程质量检测中值得推广的一种检测方法。但同时在本工程实例中, 也发现地质雷达检测由于混凝土第一层的钢筋对电磁波具有很强的吸收作用, 致使距第一层40cm的第二层钢筋反射不明显, 无法准确判断第二层钢筋的数量, 因此, 该方法也存在他的一定局限性, 使用前需注意。

参考文献

[1]罗成果, 姚德兀, 冯寅.地质雷达在导流洞钢筋数量检测中的应用[J].勘察科学技术, 2012, 03:55~56.

[2]杨正刚, 黄易.岩溶坝基岩体质量综合物探技术检测应用研究[A].贵州省岩石力学与工程学会, 贵州省岩石力学与工程学会2011年学术年会论文集[C].贵州省岩石力学与工程学会, 2011:7.

[3]姜卫方, 万明浩, 谢雄耀, 赵永辉, 王水强.混凝土体内钢筋位置检测实例——高频地质雷达应用效果[J].上海地质, 1999, 01:47~49+54.

[4]沈小俊, 王连成, 李建军, 曾耀.雷达技术在公路工程隧道无损检测中的应用研究[J].公路交通技术, 2014 (01) :111~117.

地质雷达在电力工程勘探中的应用 篇8

电力工程勘探常规的方法是采用钻探技术来进行，然而随着电力市场的发展，山区输电线路、山区风电场、岩溶区发电厂、老厂区改造等工程项目越来越多，这些电力工程的工程勘察采用常规的钻探很难进行，如：溶洞、地下暗河、断层、破碎带、采空区等，为了解决钻探施工困难以及准确查明工程中的不良地质条件，可以采用工程物探的方法来进行岩土工程勘察。

地质雷达作为一种先进的工程物探技术，采用电磁波在不同介质中的传播理论技术，具有抗干扰能力强、测量结果直观准确和高效率等特点。随着近年来地质雷达不断发展和完善，地质雷达技术在岩土工程中的应用日趋广泛。本文介绍地质雷达在几个电力工程中的应用实例。

1 基本原理

地质雷达是利用超高频窄脉冲电磁波探测介质分布的一种工程物探方法，其工作原理是通过发射天线以脉冲形式向地下发射高频电磁波，由于地下介质的成分、结构以及环境的不同，不同介质的物理性质（如介电常数）存在较明显差异，使电磁波在各介质的分界面上产生反射，返回到地面被接收天线接收并由主机记录（见图1）。

当地下介质的波速已知时，可根据测到的精确t值，并根据雷达波形、电磁场强度、振幅等进行处理和分析，便可判断目标体的位置、深度和几何形态。

2 应用实例

2.1 某电厂岩溶勘探

贵州某电厂厂区大面积出露强—中等风化白云岩，在溶蚀沟槽中见第四系地层1～2m，岩性以黄、棕黄色粘土为主。在前期勘探中，采用高密度电法对厂区进行了不良地质情况勘察，从高密度电法结果来看在厂区主厂房、锅炉区域存在电阻率高阻异常区，初步判断该区域存在岩溶发育。

为了进一步查明厂区岩溶发育情况，在厂区进行了地质雷达探测。探测区内岩层主要为导电导磁率相对较低的白云岩和部分灰岩，与探测目的体（溶洞、溶蚀宽缝）相比，存在较大的电性和磁性差异，具备了地质雷达探测的前提。

现场用瑞典MALA地质雷达（RAMAC/GPR）探测，采用的主要技术参数为：50MHz非屏蔽天线，天线间距4.2m。采样步长0.5m，叠加128次，采样率根据实际情况做适当调整，采用点测方式进行探测。雷达探测时厂区进行了平整，表层为基岩或回填施工面，施工现场有大量的施工机械和电缆，对雷达信号有一定的干扰。在数据处理时用Reflexw软件进行了维滤波、静校正、增益等处理。得到能较清析的反映岩溶位置的雷达剖面（见图2～4）。

2.2 赤诚某风电场基岩面勘探

赤城某风电场于张家口市赤城县与沽源县交界的冰山梁之上，为张家口坝上高原向坝下山区地貌单元过渡地带，地貌属高山区，沟谷切割强烈。风机塔区域内地层主要由块石、碎石及强风化-中等风化花岗岩、安山岩及安山质凝灰岩等构成。由于该风电场区地处高山，沟谷横错，钻探机械设备难以到达风机塔位，在岩土工程勘探时采用钻探、探井对每个风机塔进行勘探难度很大，因此，在已有探坑资料的基础上进行地质雷达探测，给出风机塔区域地层的碎石层厚度及基岩面变化情况。

现场地质雷达勘探采用的主要技术参数为：50MHz非屏蔽天线，天线间距4.2m。采样步长为0.2m，叠加次数、采样率根据实际情况做适当调整，采用点测方式进行探测。经对雷达剖面与探坑资料进行对比，可以看出雷达剖面能很好的反映出地层层面的变化情况（见图5、6）。

52号风机探坑资料显示，0～2m为碎石，2～4.5m为强风化基岩，下面为中等分化基岩；而从雷达图（图6）也能看出2m有一个反射面，对应碎石层，4.3m左右有一个反射面，对应强风化基岩。

64号风机探坑资料显示，0～1m为碎石，1～4.5m为强风化基岩，下面为中等分化基岩；而从雷达图（图7）看出，碎石层界面反映不清楚，而强风化基岩界面反映清晰。

2.3 沽源某风电场基岩面勘探

沽源某风电场49.5MW工程位于张家口市的沽源县黄花梁，地貌属高山区，沟谷切割强烈，交通不太方便。风机塔区域地层主要为由第四系残坡积粉土、块石、碎石土及燕山期中-微风化花岗岩、侏罗系粗面安山岩及安山质凝灰岩构成。

岩土工程勘察的目的主要是解决上部覆盖层的厚度问题。由于钻探、探井施工难度很大，因此，在已有探坑资料的基础上进行地质雷达探测，给出风机塔区域地层的基岩面变化情况，以减少钻探、探井的工作量，提前勘察工期。

现场地质雷达勘探采用的主要技术参数为：50MHz非屏蔽天线，天线间距4.2m。采样步长为0.2m，叠加次数、采样率根据实际情况做适当调整，采用点测方式进行探测。经对雷达剖面与探坑资料进行对比，可以看出雷达剖面能准确反映出覆盖层与基岩面的变化情况（见图7、8）。

2.4 某特高压直流输电线路塔位基岩面勘探

该线路为直流联网±660kV输电线路，全长约1400.0km，河北段全长约200.5km。河北段线路西起邢台县西部河北与山西交界处，向东止于清河县东部渡口驿村北、河北与山东交界处的卫运河。

线路西段位于河北邢台境内，山区、丘陵等地形地貌类别较多，该段线路主要出露的地层为片麻岩、砂岩、石灰岩、白云岩等。依据勘测任务书和施工图设计阶段勘测精度要求，本次勘测在充分利用已有地质资料的基础上，采用逐基调查、测绘、探井和钻探等综合手段进行勘测。同时，还使用地质雷达物探方法进行山区勘探，揭露塔位处覆盖层厚度及岩石的风化状态，以提供准确的地质资料。

现场地质雷达勘探采用250MHz屏蔽天线和50MHz非屏蔽天线，天线间距分别为0.31m和4.2m。采样步长为0.2m，叠加次数、采样率根据实际情况做适当调整，采用点测方式进行探测。经对数据进行处理和分析，得到雷达剖面能准确反映出覆盖层的厚度与基岩面的变化情况（见图9、10）。

3 结束语

通过地质雷达在以上几个电力工程中的应有以下体会：

(1) 采用地质雷达对山区风机塔、输电线路塔的基岩面勘探以及岩溶勘探是一种快速便捷的工程物探方法。

(2) 在现场实施地质雷达勘探时，往往地面不平整，且有灌木、树丛等影响，这不但增加了勘探的难度，同时对勘探的结果也有一定的影响。

(3) 在现场勘探的同时，可对采集到的雷达波形进行简单分析，如发现异常状况，应采用不同频率天线及不同方位进行反复勘探，从而确保勘探的准确性。

(4) 地质雷达勘探过程中经常会有干扰因素存在，如树丛、车辆、设备基础等，因此，如何正确识别干扰信号，从而得到准确有效的分析结果至关重要。

(5) 地质雷达是一种正在不断发展的工程物探技术，对不良地质状况的探测效果良好，单一地使用探地雷达技术，在介质介电参数具有一定差异的前提下可以获得清晰的地质雷达图像异常，但是，地质雷达受自身局限性的影响，准确率不可能达到百分之百，对雷达图像异常情况的解释判断，需要积累大量的实际经验，同时需要结合其它勘探技术来综合分析问题。

参考文献

[1]李大心.探地雷达方法与应用[M].北京:地质出版社, 1994年.

[2]王兴泰等, 工程与环境物探新方法新技术[M].北京:地质出版社, 1996年.

地质雷达在地质灾害调查中的应用 篇9

1地质雷达及其原理介绍

地质雷达主要用于探明地下物质的分布, 起源于20世纪70年代, 最大的优势是探测效率高, 对探测目标几乎不会造成任何破坏性影响, 分辨率也非常高, 具有非常强的抗干扰性。由于现代科技发展迅速, 对地质雷达的研究也越加深入, 地质雷达的应用范围也越来越广, 尤其是在地质灾害调查中应用效果非常好。地质雷达的工作原理如下:地质雷达发射机借助发射天线发射讯号, 讯号的中心频率保持在12.5-1200M之间, 脉冲宽度保持在0.1ns。讯号发射出去之后, 在岩层中如果存在探测目标, 则讯号会发生反射。直达与反射讯号都会被接收机接收, 通过不断的放大, 直接通过示波器表示出来。因此工作人员主要通过查看示波器中是否存在反射讯号, 就能够判定出该区域是否存在着被测目标。如果已经断定存在反射目标, 工作人员可以通过反射讯号的达到接收机所使用的时间以及探测目标物体所需要的反射波速, 就能够准确的大概估计出探测目标距离。因为地质雷达应用的是高频电磁波, 抗干扰性非常强, 因此地质雷达与普通的探测类仪器相比, 应用范围更广泛。

2地质雷达用于地质灾害调查的可行性

现阶段, 影响人类生存发展的地质灾害有很多, 比较典型的有地震、滑坡、地裂缝等。从宏观角度来说, 无论哪一种地质灾害, 造成的影响有多大, 就会在土壤、岩层等各种介质中留下相应的痕迹, 也就是学者常讲的介电界面。比如发生地裂缝时, 地面上定会留下裂缝;发生断裂时, 定会存在破碎带;发生滑坡时, 会出现地穴、陷坑等。无论哪一种形式的界面, 两面的介质都存在着明显的差异, 就是使得电磁波在穿过介电界面时, 会产生明显的反射能量差距, 波形幅值变化异常突出, 这样就可以分析出此界面大概方位以及目前所处的状态。正是基于上述阐释, 能够明确看出地质雷达可以用于地质灾害调查, 同时因为地质雷达应用的都是非常先进的技术, 比如宽频带、高频等, 这使得地质雷达无论是在探测精度上, 还是在探测效率上, 都有突出的优势。

3地质雷达在地质灾害调查中的应用

地质雷达在地质灾害调查中已经有了非常广泛的应用, 本文主要从地裂缝、岩溶塌陷、滑坡等几方面进行介绍。

3.1地裂缝调查应用。因为地下水超量开采、地面由于大量的人工活动而产生不均匀沉降, 再加之, 受到各种自然因素的影响, 断裂活动增加等, 这些因素都会引发地裂缝。地裂缝地质灾害一旦发生, 情况非常危急, 会造成大量的人员上网, 财物损失也十分严重。因为地裂缝的发生过程比较缓慢, 开始之初只是地表段段续续的展露, 规模并不大, 有些裂缝的宽度仅仅达到几毫米, 所以人们通常都不会注意。因为开始阶段, 地裂缝的规模、范围都比较小, 应用普通的超声波法, 无法对裂缝的延伸变化进行清晰的观测, 但是地质雷达则能够做到这一点。工作人员首先选取几个探测点, 应用地质雷达进行探测, 将探测的图像进行多次重复的叠加, 就可以发现该区域是否存在裂缝, 裂缝的形状以及宽度。

3.2岩溶塌陷调查应用。岩溶塌陷主要发生在隐伏基岩或者是白云岩区域中。因为地下水长期受到溶蚀影响, 基岩逐渐的形成溶洞, 随着溶洞的范围扩大, 致使基岩覆盖层逐渐的形成土洞, 最终产生岩溶塌陷。因为岩溶塌陷主要发生在地表下面, 与其他类型的地质灾害相比, 隐蔽性更强。正是因为如此, 人们对此并不重视, 常常是造成了严重后果, 才了解到岩溶塌陷已经十分严重。使用普通的探测方法也精确的检测出岩溶塌陷隐患。但是应用地质雷达则可以解决这一问题。首先依据区域特点, 选择地质雷达类型, 确定收发距, 确定记录长度, 在此基础上进行不断的在叠加、扫描, 即可获得有关图像。依据图像显示效果, 如果波组是双曲线特点, 而且呈现出非常强的信号, 具有多相位, 则可以直接断定为该区域就是隐伏溶蚀区。如果图像中出现一组强波, 则可以断定该区域就是隐伏岩溶塌陷区。

3.3滑坡调查应用。滑坡主要发生在斜坡地貌区域中。因为地表水长时间的侵蚀、地下水也存在着长时间的潜蚀, 再加之, 施工活动、地震活动等影响, 都会产生滑坡。出现滑坡之后, 人们通常会采取工程措施或者是选择使用地震勘测法进行探测, 但是无论是工程措施, 还是地震勘测法, 都需要人们付出比较大的精力, 而且成本也比较高, 另外, 最终结果的精确性也无法保证。相比较而言, 使用地质雷达则具有非常好的效果。采用的是加Pulse EKKOⅣ型探地雷达, 其天线中心频率为100MHz, 天线间距为1.2 m, 步长为0.5 m, 采样间隔为800ps, 叠加次数为4次, 先后进行了道间平均和道平均处理、增益和衰减处理以及低通滤波处理, 得到了较为清晰的图像。从中可以看出滑坡在深度7~12m范围内连续分布。

3.4在活动断裂调查中的应用。活动断裂作为一种巨大的灾害隐患已引起人们的注意和重视, 它可以诱发地震、地裂缝以及地面沉降等多种地质灾害, 危害极大, 如果能准确地确定出活动断裂的位置, 从而在以后的工程建设中避开或采取有效的防护措施, 可以最大限度地减少损失。在活动断裂的调查方面, 快速、高效、经济的地质雷达已逐渐取代了钻探及变形监测等传统方法。某建筑场址的雷达探测图像, 采用的是Pulse EKKO 100型探地雷达, 其天线中心频率为50MHz, 天线间距为2.0m, 测点间距为1.0m。从中可以看出最清晰的同相轴为砂土层与粘土层分界面的反射。该同相轴有2处被明显错断, 断距达2.4~2.6m。明显反映出第四系地层中活动断层的存在。

结束语

综上所述, 可知地质雷达是一种先进的探测技术, 应用在地质灾害调查中具有积极的作用。实际上, 由于地质雷达优势明显, 其不仅仅应用在地质灾害调查中, 还应用在其他领域, 随着地质雷达研究的深入, 该探测技术在地质灾害调查方面将会发挥出更大的作用。

摘要：地质雷达在地质灾害调查中已经获得了广泛的应用, 这对有效的预防地质灾害, 做好防范对策, 减少地质灾害损失有着非常重要的作用。本文首先对地质雷达以及原理进行了介绍, 其次对地质雷达用于地质灾害调查的可行性进行了分析, 最后对地质雷达在地质灾害调查中的应用进行了探讨, 希望有所帮助。

关键词：地质雷达,地质灾害调查,应用

参考文献

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地质雷达的工程应用 篇10

一、地质雷达探测原理及方法

1. 探测原理。

地质雷达方法是指利用高频电磁波, 以脉冲形式通过发射天线定向地向地下发射。电磁波在地下介质中传播时, 当遇到存在电性差异介质的界面会发生反射, 返回地面后由接收天线接收, 并由采集系统以数字形式记录下来。通过处理采集数据, 可以获得时间或深度剖面;根据记录到的反射波的到达时间和求得的电磁波在介质中的传播速度, 可以确定反射界面或目标体的深度;同时根据反射波同向轴的形态及其振幅的相对强弱变化等因素, 可以判断目标体的性质及空间规模, 从而达到对地层或地下目标体的探测。地质雷达的工作原理如图1所示。

2. 探测方法。

测线主要布置在隧道掌子面上, 在探测过程中可采用两横两竖或一横三竖的布线方式, 必要时可加密雷达测线, 或在隧道开挖底板或侧壁布置雷达测线, 以增加雷达的原始数据信息量, 保证探测结果的准确性。

地质雷达测量通常采用点测和连测两种方式。点测法主要适用于隧道掌子面较为粗糙、凹凸不平的工作环境, 要求天线按固定的距离移动才能保证采集数据的剖面宽度与测线长度一致;连测方式是通过测距轮的滚动或预先设置好的时间间隔自动采集数据, 适用于较光滑的掌子面。由于隧道掌子面工作环境较差, 一般情况下均采用点测法。

二、工程应用实例

龙井隧道为贵州省思南至剑河高速公路中的一条公路隧道。隧道场区地处云贵高原向湘西丘陵及广西丘陵过渡的斜坡地带, 隧道主要穿越奥陶系下统大湾组 (Q1d) 泥灰岩、红花园组 (Q1h) 灰岩、桐梓组 (Q1t) 白云质灰岩。由于地质情况较为复杂, 查明隧道掌子面前方岩溶、岩体破碎带、节理裂隙密集带、地下水等不良地质非常重要。在龙井隧道的预报过程中, 采用美国GSSI生产的SIR20型地质雷达, 100 MHz主频天线, 采样点数为512, 采样窗口长400 ns, 介电常数、扫描率等参数根据隧道掌子面地质情况进行相应调整。下面, 笔者就龙井隧道预报实例简单介绍几个典型的地质情况。

1. 节理裂隙密集带。

节理裂隙密集带主要存在于断层影响带、岩脉带及软弱夹层中, 由于裂隙内有不同成分、不均匀的充填物, 与周边围岩形成电性差异。当雷达电磁波传播到裂隙表面时, 会产生较强的界面反射波, 同相轴的连续性反映了裂隙面是否平直、连续;在穿越裂隙的过程中会产生绕射、散射、波形杂乱、波幅变化大等现象, 反映了裂隙内充填物的不均匀性。在龙井隧道出口ZK88+220处掌子面进行探测时, 得到图2–a所示的雷达图像。从图中可以看出, 雷达波在ZK88+220-ZK88+233范围内反射较强, 反射波同相轴规整度较差, 且波形细碎、杂乱, 雷达波能量衰减也较快, 结合掌子面地质情况推测ZK88+220-ZK88+233里程段为节理裂隙密集带, 围岩稳定性差, 建议施工单位在本段施工时应谨慎掘进, 并做好加强支护。后经开挖验证, 该段岩体呈薄层状, 节理裂隙发育。该段发育状况如图2–b所示。

2. 岩溶。

岩溶是指地表水和地下水对可溶性岩石所进行的以化学溶解作用为主、机械侵蚀作用为辅的溶蚀作用, 以及侵蚀–溶蚀作用和与之伴生的堆积作用的总称。一般来说, 溶洞雷达图像特点是被溶洞侧壁的强反射所包围的弱反射空间, 溶洞底界面的反射则不太明显。当溶洞为空洞或充水时, 洞体内雷达波几乎是没有反射的;当溶洞充填覆盖物质时, 则可见一组较短周期的细密的弱反射, 这是由洞内土体所产生的。

在龙井隧道进口YK88+580处掌子面进行探测时, 得到图3所示的雷达图像。从图中可以看出, 雷达波在YK88+583-YK88+591里程段有一明显雷达波反射异常区, 该段雷达波反射较强, 并且衰减较慢, 反射区有明显边界。该段隧道穿越白云质灰岩地层, 结合现场掌子面地质情况和地勘资料, 推测YK88+583-YK88+591里程段发育一溶洞, 可能充水、充泥。后经开挖验证, 该段发育一溶洞, 充泥一般, 如图5所示。

3. 富水带。

隧道富水带是指含水量大, 开挖后可能产生涌水现象的段落。介电常数是雷达工作的基础, 水的相对介电常数为81, 水的电导率远高于隧道岩体, 预报中地质雷达对水特别敏感。一般情况下地质雷达探水有以下规律:雷达波对水和含水率高的介质的反射强烈, 反射波强度大;雷达波从其他介质到含水层界面的反射波相位与入射波相反;雷达波通过含水体后, 高频成分被吸收, 反射波的优势频率降低。在龙井隧道出口ZK88+310处掌子面进行探测时, 得到如图4所示的雷达波图像。从图中可以看出, 雷达波在掌子面前方ZK88+313-ZK88+323里程段衰减较快。结合隧道掌子面地质情况和地勘资料, 推测ZK88+313-ZK88+323里程段为富水带。后经开挖验证, 该段地下水发育, 呈线流状出水, 富水带如图4所示。

三、结论

1.

地质雷达应用于隧道地质预报过程中, 可准确探测到各种不良地质现象, 如岩体破碎带、节理裂隙密集带、地下水、岩溶等, 且分辨率较高, 能够为隧道安全施工提供可靠的依据。

2.

地质雷达的探测深度和探测精度受岩体性质影响较大, 围岩完整性越好, 探测深度和探测精度就越高。

3.

地质雷达在进行现场探测时, 易受施工现场干扰, 特别是开挖台车等金属物的影响。因此, 如何正确识别干扰, 从而得到准确的探测结果至关重要。

4. 隧道地质超前预报是地质勘察工作的延续和补充。