浅谈探地雷达在铁路建筑中的应用

探地雷达 (Ground Penetrating Radar, 简称G P R) 是一种新型的无损检测设备, 它利用超高频 (106Hz----109 Hz) 脉冲电磁波探测地下介质的分布情况。探地雷达检测技术具有分辨率高、采集速度快、后期数据处理简便等特点。因此在铁路、公路、建筑、市政、考古等领域得到广泛的应用, 并受到广大现场技术人员的认可和喜爱。本文结合渝怀线铁路挡土墙的检测实践, 对探地雷达在铁路建筑中的应用作一介绍。

1 工作原理

探地雷达主要由控制单元、天线和界面单元组成, 控制单元是雷达的核心部分, 它是在计算机的基础上配合信号发生触发器、A/D转换器共同组成。探地雷达工作时向地下发射高频电磁波, 当遇到不同介质分界面时产生的回波由天线接收极接收, 反射界面的深度可由公式D=V·D t/2=C·∆t/2 (ξr1/2) 求得。 (C为电磁波在空气中的介电常数, ∆t为电磁波在衬砌介质中的双程旅行时间, ξr为介质的相对介电常数值) 。其中雷达波在不同介质中的传播速度是不一样的, 因此我们需要对不同介质的层设置不同的雷达波速, 以得到精确的分层厚度值。一般我们采用钻孔取芯的方法或在已知厚度的地方做实验得出真实的波速值。波速值的求法是根据波在介质中的双程走时时间是不变的原理来求得的, 即D1/V1=D2/V2=△t, 其中, D1为钻孔取芯得到的实际介质分层厚度, V1为我们需要求的雷达波速值, D2为从雷达图上读出的介质分层厚度, V2为在测量前事先设定的雷达波速。雷达工作原理如图所1、图2所示。

2 工程实例

2.1探地雷达检测挡土墙质量

2.1.1挡土墙检测方法

本次检测的是渝怀线设计高度5米及5米以上的衡重式路基挡土墙, 挡土墙示意图及检测示意图如图3所示。

挡土墙是铁路路基的重要防护建筑物, 它的质量好坏直接关系到铁路的正常运营。但挡土墙多为隐蔽工程, 施工完成后很难从其好看的外表而发现在施工过程中存在的很多工程质量问题, 因此, 对挡土墙的质量检测成为质检部门的重中之重。探地雷达因无需破坏挡土墙的整体结构, 在墙体表面快速扫描之后就可以分析得出挡土墙墙体厚度是否达到设计标准, 内部有无空洞及密不密实等情况而得到迅速推广和应用。墙体测线布置如图3所示, 主要分为横向和纵向两个基本测线方向。因为大多数挡土墙下方都被土回填了, 所以横向测线往往不在同一标高位置处, 而存在着变线的情况, 我们可以采用打标的方法假定为一条连续的测线而一次完成, 从而加快了检测进度。

2.1.2典型部位雷达图

图4是沿着浆砌片石挡土墙的一条横向测线扫描得到的雷达图, 此位置的挡土墙厚度均匀, 没有大的变化, 如图4所示, 挡土墙的厚度分界面非常明显, 厚度约1.3米 (可以从雷达后处理软件上直接读出挡土墙厚度) 。我们之所以把挡土墙的厚度定在此位置是因为该处有一明显的分界线存在, 并且该分界线上下的雷达波形差异较大, 上部雷达波形相对细密并存在多个小抛物线, 为明显的浆砌片石雷达波形反应, 下部雷达波形相对疏松, 为挡土墙后面介质的雷达波形反应。图5是沿着浆砌片石挡土墙的一条竖向测线扫描得到的雷达图, 此位置的挡土墙厚度沿着测线前进方向逐渐增加, 基本上呈线性变化, 如图5所示, 在图两侧分别用箭头标示出了挡土墙厚度的起始位置和最后位置。

3 结语

使用探地雷达进行挡土墙和隧道质量检测, 不仅检测速度极高, 日平均检测长度达到3公里, 而且精度很高, 数据处理十分方便, 满足铁路施工规范的检测精度要求, 取得了很好的监督检查作用。探地雷达操作简单, 性能良好, 使用安全可靠, 具有很好的推广应用价值, 它不仅可用于挡土墙、隧道的质量检测, 还可对铁路路基进行检测和用于隧道超前预报等。

摘要：探地雷达是一种先进的无损检测设备, 因其高精度的分辨率, 快速的检测方法而迅速地在各个工程行业得到了推广。本文结合笔者使用探地雷达对铁路建筑检测的体会, 简单介绍一下探地雷达的应用。

关键词：探地雷达,挡土墙