探地雷达在工程检测领域的应用分析

　　摘　要：由于探地雷达的高效、准确、无损伤，现已被广泛应用于工程检测和工程地质勘察领域。通过工程实例结合理论知识，对探地雷达在隧道超前预报、衬砌检测及工程勘察中的岩溶探测的应用进行介绍分析，让工程技术人员对探地雷达问题的解决有进一步的认识。

　　关键词：探地雷达;隧道;岩溶;实例

　　1　引 言

　　以往工程建设过程中，钻探受场地等各方面影响，局限性较大，手段较为单一，而探地雷达法以其高效、无损检测的特点在检测、勘察等方面应用较广 , 实际工作中能得到形象直观的雷达探测图像。本文以探地雷达的工作原理为基础，根据探地雷达电磁波的传播特性 , 即在不同介质的界面发生反射并伴随异常的这一特点 , 结合工程检测实例进行总结分析，进而体现了探地雷达在工程检测方面的优势 , 高效快捷无损的特点以及它在其他方面的应用潜力。

　　2　原 理

　　探地雷达(Ground Penetrating Radar，GPR)是中浅层目标体的有效探测设备，采用电磁波方法探测具有电性差异的两种地下介质的分界面 ( 见图 1、图 2)。GPR 探测利用反射、速度测距、层析成像等技术：发射天线在地面以宽频带短脉冲的形式向地下发射高频电磁波，入射波在存在介电性差异的两种介质的分界面(地层界面或目的体)产生反射波，接收天线可接收记录反射波的波形、振幅及到达时刻(双程走时)，并以雷达图像的方式显示探测结果;根据测量的双程走时和波速计算出目标体深度;连续测量测线各点的反射波，形成雷达图像。

　　3　隧道检测

　　3.1 超前预报

　　陕西某隧道，左线桩号 YK190+890，通过对现场隧道掌子面及围岩的观察，发现其上裂隙发育普遍，围岩及掌子面存在渗水和漏水现象。掌子面岩性为微风化片麻岩，拱部及右侧围岩较破碎，进行雷达超前预报探测。

　　根据现场条件选用的雷达工作参数为：探地雷达天线中心频率 100MHz, 通过探地雷达图像分析(图 3)， 6~16m 范围内反射波异常，推测为裂隙发育区，存在裂隙水。19~28m 局部围岩破碎。后经现场爆破开挖后至 YK190+681 位置，掌子面出现多处漏水点，最大漏水点水量达到 40m3 /h，推测 YK190+685—YK190+674 段裂隙发育，岩石破碎，后续整体开挖至 YK190+677 漏水点依旧水量较大，再次进行雷达探测确定掌子面前方异常分布状况。

　　根据现场试验结果，选用的雷达工作参数为：探地雷达天线中心频率 400MHz, 通过探地雷达图像分析(图 4)，探地雷达探测范围内，从左至右，在时间剖面上有 2 组相同特征的异常，编号分别为①、②。

　　①号异常：雷达反射波呈倾斜、由右向左延伸的、能连续追踪的强振幅反射波组，推断该反射波组为断层的反映;其走向近南北，由西向东倾斜，倾角为 30°。

　　②号异常：与①号特征相同，走向近南北，推断该反射波组为断层的反映。综合分析两条断层涌水通道。

　　现场开挖至 YK190+174 处，涌水点消失，结合现场情况与雷达探测结果一致。

　　断层裂隙反映在雷达图像呈以一定倾角向深部延伸的反射波组，可连续追踪，频率变化不大。

　　3.2 衬砌检测

　　图 5 为某隧道某段探地雷达剖面图，从图上可以看清楚衬砌厚度及钢拱架的数量及位置，基本满足设计要求。初支厚度 33cm，试验参数：scans/sec:20， scans/m:40， samp/scan:512。

　　图 6 为某隧道拱顶段探地雷达剖面图，由于混凝土层与空气层介电常数相差较大，在该界面产生强反射，从图中可以看出雷达波反射波呈二次强反射特征，振幅较强，为脱空典型特征，图 7 中雷达波形两侧存在明显绕射波，异常中心区域波形呈多次强发射，为空洞典型特征。

　　4　岩溶探测

　　某大厦拟建场地开挖过程中发现溶洞，采用探地雷达法探测岩溶发育、裂隙、破碎及溶洞发育情况。根据现场情况，选用雷达工作参数为：天线中心频率 100MHz，天线距 1m，时窗 150ns，测点距 0.2m。电磁波在穿透岩体时，如果岩体岩性均匀，无裂隙溶蚀现象，将不产生反射波或反射波较弱，反之将产生强烈反射。所以对于不同特征目标体，其探地雷达图像将有不同的反射特征。

　　图 8 为溶洞探测的雷达图像，图中 2.2m 位置为雷达探测溶洞，经实际开挖后溶洞底充填黏土及碎石， 5.2~6.8m 位置经开挖后基岩溶蚀，岩石表面溶孔清晰可见。图 9、图 10 为未充填溶洞。反映溶洞的探地雷达图像表现为一双曲线(弧形)，具有很大的反射强度，异常中心较宽缓，并伴有二次或多次反射，双曲线型异常周围则表现为弱反射，异常特征明显。

　　5　裂隙发育、粘土充填

　　由图 11 可见在 2.1m 点位左右，约 0.6 ～3.5m 深度反射波振幅很弱，波形略有杂乱，与两侧反射波同相轴不连续，为发育在较完整岩层内的裂隙，其间充填原岩碎块和粘土。

　　由图 12 可见在 1.5~2m 点位置，约 2.2~3.4m 深度反射波振幅很弱或无明显反射波，其间充填粘土。

　　6　结 语

　　本文在探地雷达原理的基础上，介绍了探地雷达在隧道超前预报、衬砌检测、岩溶勘察方面的实际应用，通过对探地雷达图像分析，提高了检测技术人员对探地雷达的认知。但是，探地雷达也会收到强磁干扰的影响，存在探测效果不佳的情况，这时就需要结合其他物探技术来一起解决问题。随着探地雷达技术水平的不断提高，如三维雷达技术及层析成像技术的成熟，会取得广泛的应用。通过探地雷达技术在上述工程质量检测应用中，随着技术的发展，探地雷达技术将在其他工程方面，具有同样的借鉴价值。

　　参考文献

　　[1]　李大心 . 探地雷达方法及应用 [M]. 北京 : 地质出版社，1994.

　　[2]　王惠濂 , 李大心 , 邓世坤 , 等 . 探地雷达在建筑地基探测中的应用 [J]. 地球科学 ,1993(03).

　　《探地雷达在工程检测领域的应用分析》来源：《中国标准化》2018年11期，作者：郭鹏; 赵宪堂; 欧阳伟。

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