地质雷达(SIR-20)在某公路隧道中的应用
地质雷达技术在隧道建设过程中的应用
地质雷达技术在隧道建设过程中的应用摘要：阐述了地质雷达检测的工作原理,并结合具体高速公路隧道检测的工程实例,介绍了地质雷达在高速公路隧道建设过程中对隧道施工质量进行控制的具体应用。
关键词：隧道；地质雷达；质量控制近年来随高速公路向山区发展，公路隧道数量、规模越来越大。
隧道支护体系是关系着结构安全的重要组成部分，若施工不当将出现衬砌厚度不够、衬砌与围岩间存在脱空区、塌方回填不实等问题，导致衬砌承载力降低，影响隧道稳定，严重的可造成拱部坍塌，易给结构安全和营运安全留下隐患，因此须采取适当措施将上述质量隐患找出并排除在正常营运前。
但传统抽芯、凿孔、回弹检测方式受条件所限，难以对隧道支护质量做广泛、快速检测。
地质雷达检测是近年来应用于浅层探测的一项新技术，其特点是快速、无损、可连续检测，并以实时成像方式显示探测结果，分析、解释直观方便，加上其探测精度高、样点密、工作效率高等优势而倍受青睐。
使用地质雷达对隧道衬砌结构进行检测，是物探领域发展较迅速、效果较显著的方法之一。
图1探地雷达原理示意图1地质雷达探测原理探地雷达发射和接收的是高频电磁波，据电磁波理论，电磁波在介质中传播特性取决于介质波阻抗，而又主要与介质相对介电常数ε成比例关系，即。
当相邻两层介质的ε存在差异时，即两介质波阻抗有差异时，使入射到两结构层分界面上的电磁波产生反射（图1），形成反射波，被雷达仪器接收到，从而使该结构层分界面被识别出来。
这种波阻抗差异可用反射系数R表示，即也可用功率反射系数Pr表示，即。
反射系数直接反映介质电性及其差异。
由上述表达式可知，在一定深度范围内相邻两介质相对介电常数ε差异越大，反射波越强，反射界面越易识别。
2数据采集方式、主要技术参数2.1数据采集方式探地雷达在野外工作时有多种数据采集方式，如自由采集（Free）、连续采集(Continuous)、点采集(Step)等。
考虑到隧道质量检测特殊性，一般常采用点采集方式，这种方式利用测量轮触发天线控制开关，可自动、均匀、连续地记录数据，数据采集效率高，其点距范围一般0.01m—9.99m，定位误差为±0.2%左右，定点精度高。
地质雷达（SIR-20）在温福铁路隧道工程检测中的应用
地质雷达（SIR-20）在温福铁路隧道工程检测中的应用
地质雷达(SIR-20)在温福铁路隧道工程检测中的应用
介绍了地质雷达在温福铁路隧道无损检测中的应用情况.对隧道左边墙、右拱腰、拱顶进行了无损检测,雷达图像可清晰显示出衬砌厚度、空洞、钢拱架,表明地质雷达便于检查隧道施工质量,有利于加强施工质量管理和控制.
作者：刘亚川曾祥福 Liu Yachuan Zeng Xiangfu 作者单位：中铁工程设计咨询集团有限公司,北京,100055 刊名：铁道勘察英文刊名：RAILWAY INVESTIGATION AND SURVEYING 年，卷(期)：2009 35(5) 分类号：P631.2 关键词：地质雷达温福铁路隧道检测。
SIR20探地雷达在杨家山隧道超前地质预报中的应用
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Ｓ Ｉ Ｒ ２ ０探 地 雷 达 在 杨 家 山隧 道超 前 地 质预 报 中的应 用
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图 １ 地 质 雷 达 探 测 原 理 示 意 图
Ｆ ６ — ７ （ 骑 马 场 断 层 南段 ） 、 Ｆ ７ （ 贾 壳 山断 层 ） 、 Ｆ ７ — １ 、 Ｆ ｖ ７ — ２ 、 Ｆ ７ — ３ 、 Ｆ ７ — ４等 断 裂 ， 隧 道 穿越 之 杨 家 山构 造 发 育 ， 构造形式 复杂， 隧
地质雷达在公路隧道衬砌质量检测中的应用
地质雷达在公路隧道衬砌质量检测中的应用摘要：地质雷达是一种利用高频电磁脉冲波反射原理来实现探测目的的工程探测技术，结合宁安高速隧道工程实际，阐述了地质雷达在高速公路隧道复合式衬砌质量无损检测中的应用，并对典型的雷达图像进行分析，得出隧道初期支护厚度、钢拱架数量以及二衬厚度、环向钢筋数量。
现场使用结果表明地质雷达技术能够有效地运用于高速公路隧道质量无损检测之中。
关键词：地质雷达；隧道；复合式衬砌；无损检测1 引言随着我国经济的不断发展，人们对于交通的需求日益提高。
隧道作为高速公路穿越山岭的最优选择在近些年得到日益广泛的应用，而隧道在运营中出现的质量问题也屡见不鲜。
如隧道在使用过程中常出现二砌裂损、厚度不够，初期支护拱架间距过大、数量不足，初支与原岩不耦合等问题，严重影响了隧道的正常使用，从而引起更大的安全问题。
因此，对隧道进行全面质量检测显得尤为重要[1-3]。
目前，对于隧道质量检测多采用传统的方法，即开孔或开槽取样检测，该方法不仅效率低、代表性差、偶然性大，而且破坏了衬砌的整体性[4]。
所以，人们一直在寻找一种高效、全面、快速的检测方法，使这些缺点能够得到解决。
地质雷达法以其高分辨率、无损性、高效率和强抗干扰能力等优点，正逐渐成为隧道工程质量检测的一种有效手段[5-6]。
2地质雷达的工作基本原理地质雷达作为一种无损检测技术，自上世纪70 年代开始应用至今已有40多年的历史，在工程各个领域都有重要的应用，主要解决场地勘查、线路选择、工程质量检测、病害诊断、地质超前预报和地质构造等问题。
探地雷达的基本原理如下图1所示。
地质雷达是利用高频电磁脉冲波的反射探测目的体及地质现象的。
其探测过程如下：地质雷达通过发射天线向地下发射高频电磁脉冲，此脉冲在向地下传播过程中遇到地下介质分界面时会产生反射。
反射波传播回地表后被接收天线所接收，并将其传入主机进行记录和显示，每一测点接收到一道雷达波形，一条测线上全部测点的雷达波形排列在一起，形成完整的雷达剖面，经过资料的后处理，进行反演解释便可得到地下地层或目的体的位置、分布范围、埋深等[7]。
地质雷达在公路隧道衬砌检测中的应用
文 章编 号 ：０ ４ ６ ２ （０ ０ ０ —０ ２ ０ １０ —４ ９２ １ ）５ ０ ８ — ３
隧 道 衬 砌 作 为 隧道 的 主要 受 力 结 构 ，对 隧 道 的 安 全 运 营 起
边墙布置 ２条（ 水沟盖板以上 １ 。 ＿ｍ）具体布置方式如图 １ ４ 所示 。 同 时， 可以根据需要布置一条环 向测线做为加密检测 。
故 ， 以二 衬 厚 度 检 测 是 隧 道 工 程 质 量 检 测 的 主要 任 务 ， 有 重 所 具
要意义 和使用价值。喷射混凝土与模筑衬砌介电常数有差别 ， 但 不是很大 ， 它们之间若接触很好或粘结 ， 可能没有 明显 的反射 则 波或仅有微弱的反射波。 如果喷射混凝土中有钢质拱架 ， 则可强烈 地反射雷达波 ， 故可看到分散的月牙形强反射图像 ， 可通过月牙形
地质雷达主要利用宽带高频时域 电磁脉冲波 的反射探测 目
的体 。
达记录中每 ５ｍ作一个标记 ， 在雷达 的时 间剖 面图上标 明里程 ，
由公式 ￡￣４ ＝ ｓ
／， 达根据测得 的雷 达波走时 ， ｖ雷 自动求
以 保证 雷达 图像 点 位 的 准确 。 在 进 行 拱 顶 、 腰 测 线 数 据 采 集 时 ， 于 位 置 较 高 ， 搭 建 拱 由 需
采用地质雷达进行工程质量无 损检测时 ，首先要针对检测 对象 的不 同 ， 合理布置检测测 线 ， 对于公路隧道 的二衬检测 ， 为 了对整个二衬断面进行检测 ， 通常沿里程方 向布置 ５条测线 ， 其 中： 拱顶布置 １ 、 条 拱腰布置 ２条（ 两侧各 １ 、 条 距离边墙 ２ 、 ． ｍ） ５
山 西科 技
Ｓ Ｎ Ｉ Ｃ Ｅ Ｃ Ｎ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ ＨＡ Ｘ ＩＮ Ｅ Ａ ＤＴ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｓ
地质雷达技术在公路隧道质量检测中的应用
地质雷达技术在公路隧道质量检测中的应用摘要：目前公路隧道工程中，常常出现衬砌背后空洞、衬砌厚度不足等质量缺陷。
本论述以某公路隧道建设工程为例，通过对隧道部分段落的隧道衬砌进行地质雷达无损检测，波形图数据处理分析，及时发现隧道施工过程中容易出现的质量缺陷，加强隧道施工过程质量管控，为后续施工提供数据支撑，达到消除隧道质量隐患和提升隧道施工质量的目标。
关键词：地质雷达；衬砌；无损检测；电磁波1.地质雷达检测原理及应用条件地质雷达检测的基本原理是采用电磁波探测技术，利用电磁波在不同介质中传播所产生的反射现象和数据差异来分析具体的地质情况，如图1所示。
从原理上讲，地质雷达类似于声纳设备，发射机发射脉冲电磁波讯号，该电磁波讯号在岩层、土壤等介质中传播，在传播过程中遇到与所检测的岩层、土壤等不同介质的物体时会发生反射，接收机拾取所反射的信号，记录它并在相配套的计算机软件中显示为不规律的波形图像，根据所显示的波形图像可判断地下物体的位置和距离，用于检测各种地下构筑物。
图1 地质雷达工作原理地质雷达发射电磁波所造成的反射是由电磁波传播介质中电阻抗的变化产生的，在地质雷达频率范围内，地下介质的电阻抗变化主要由相对介电常数的变化决定，反射系数R如式1所示：式中：e1、e2分别为相对介电常数。
由式1可以看出，信号反射的强弱主要取决于不同介质的相对介电常数差值，差值越大，信号反射越明显。
在隧道检测中，一般检测的介质主要由围岩、混凝土、空气、水构成，有关介质的介电常数值见表1所列。
表1 不同介质的相对介电常数2.隧道质量检测应用实例2.1 工程概况该隧道分离式设计，间距约30 m。
右线进口桩号为K119+730，出口桩号为K120+685，全长955 m；均属中隧道。
隧址区属构造剥蚀中低山地貌单元，山体形态多浑圆状，山脊较宽，洞室埋深较大，岩性主要为中风化板岩，岩体节理裂隙较发育，岩体较破碎，稳定性较差，顶部无支护可能会发生掉块、坍塌现象，施工时洞室会有渗水、滴水现象。
地质雷达在公路隧道超前地质预报中的运用
地质雷达在公路隧道超前地质预报中的运用摘要：在科学技术的发展背景下，公路隧道工程中的超前地质预报问题得以解决。
并且还在对公路隧道超前地质预报中所涉及到的技术及操作流程进行了解析，通过利用地质雷达原理，分析出隧道工程超前地质预报的数据，作业人员会根据采集到的数据进行制定准备计划，以此加快公路隧道的作业。
本文主要针对地质雷达在公路隧道工程超前地质预报中体现的作用进行简单的分析，还简单介绍了地质雷达在公路隧道作业中的技术体现，希望可以为今后公路隧道工程工程作业提供便利。
关键词：地质雷达；公路隧道；超前地质预报；探究前言众所周知，我国高速公路上隧道路段较为常见，这都是在科学技术的发展推动下得以快速发展，充分说明了科技技术的发展大大加快了我国交通事业的发展进程。
近年来，隧道工程作为公路建设中实施操作较难的一项作业，再加上不同地质所涉及到的岩石属性都是不同的，这也就意味着会给公路隧道工程作业造成一定的施工难度。
进而，可以使用地质雷达技术对隧道建设进行数据采集分析，通过数据可以制定出最佳的施工方案，从而加快公路隧道的着整体建设进度，提高了工作的效率。
1地质雷达技术的超前地质预报特征在建设公路隧道期间，隧道施工过程中会遇到崩塌、岩溶断层破碎和地下水量过大等负面因素，而这些因素极有可能会造成事故，阻碍施工进度。
进而，需要在建设公路隧道前期，最好勘探准备工作。
但是往往因为条件及技术方面的因素，对隧道勘探准备工作造成影响，导致隧道内的实际情况与勘探的结果相差较大。
基于此，隧道超前地质预报工作对于公路隧道施工而言尤为重要，而针对地质雷达方面的技术有很多。
例如最为传统的地质雷达成像技术，会以图像的形式与实际情况进行相对比，而这一技术对于勘探隧道工作而言有着非常重要的作用；但是，该地质雷达技术在成像方面仍有待提高，相比与实际情况还存在一些差距，再就是如何根据图像显示来区分识别地质现象等问题，都需要进一步更新完善。
而当前的地质雷达勘探技术相比以往传统的勘探技术而言，地质雷达技术可以通过高频电磁波，利用电磁波的反射原理进隧道内的数据进行采集处理，再根据数据生成内部图像，从而精准的判断出隧道内的地质情况，从而加快公路隧道施工的进程。
地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用
地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用摘要：公路隧道正式施工过程中，受多方面因素影响，难以对复杂地质做出精准性判定，难以预先采取强有力的措施加以防范，增加地质灾害产生风险。
需积极利用地质雷达，对前方地质状况进行预报，采取预防措施，保证工程安全。
关键词：地质雷达；公路隧道；超前地质预报；应用公路隧道施工中可能产生多个不良地质现象，针对其及时做出预报，可积极采取预防措施提高施工效率，而且保证施工质量可靠性。
地质雷达作为一类分辨率较高的探测仪器，凭借自身优势用于工程勘察中，可及时、精准判定前方地质状况，有针对性做好预防措施。
1.地质雷达工作原理及基本方法1.地质雷达工作基本原理地质雷达作为一类最基本的探测方法，主要利用电磁反射探测技术，实际工作原理见图1，发射器将发射天线作为核心介质，向围岩和衬砌中定向发射相应的电磁波，电磁波实际传输途径过程中遇见存在电性差异界面，第一时间发生反射，从不同深度返回反射波主要交由天线和接收器接收。
同时，最先接收从反射天线历经两个天线所在介质表面传播至接收天线直达波，将其作为整个系统初期点。
信号通过加工处理之后，对直达波之后反射传输回归的不同时间段的反射波，取其时间1/2，与其相吻合介质的电磁波传播速度乘积为反射目标实际深度。
其实际目的层深度计算公式如下：h=1/2式中：h为目的层深度；x为发射天线和接收天线实际距离；V为介质中电磁波实际速度。
为精准性辨识反射目标自身性质，需充分结合多元化的反射信息特征，如反射波强度、纵向变化等，衬砌与围岩、围岩中空洞等均为反射界面自身目标。
地质雷达工作基本前提为探测主体目标与周围介质间存在显著的差异性，雷达波在介质中传播实际速度V与介质电磁性近似关系如下：V=c/式中V为介质中电磁波实际速度，c为真空中光速（m/ns）；为介质相对介点常数；为介质导磁率。
图1 探第雷达工作原理示意图1.地质雷达探测方法和步骤2.1天线频率的选择天线频率选择合理性直接决定最终地质雷达探测精准性，天线中心频率实际选择过程中需充分考量各方面因素，如目标体实际深度、最小尺寸等。
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地质雷达(SIR-20)在某公路隧道中的应用
【摘要】简述了地质雷达的工作原理及其探测方法，采用SIR-20型地质雷达为例进行探测，同时结合掌子面的地质描述对巴郎山公路隧道开挖掌子面进行超前预报。
通过预测可及时、详细地了解开挖掌子面前方岩层结构情况,为施工单位合理安排施工进度和减少工程隐患提供依据。
【关键词】SIR-20地质雷达；超前地质预报；掌子面
近年随着我国基础设施建设投入不断增大,全国各地的高速铁路、公路和地铁建设进入一个新的时期,而这当中隧道工程数量巨大。
隧道施工时,掌子面前方的断层、软弱岩层、溶洞等不良工程地质条件都是很常见的工程地质问题[1]。
这些地质因素不仅影响隧道的掘进速度,甚至会造成严重的工程事故。
若能准确地在隧道掘进中提前了解掌子面前方岩性结构的变化情况,就可以根据所掌握到的这些地质构造情况,可及时合理地安排掘进进度、修正施工方案、安排防护措施、避免险情发生.
本文以位于四川省小金的巴郎山公路隧道掘进中所进行的超前预报为例，介绍美国GSSI公司SIR-20型地质雷达的原理和应用，并对隧道超前预报中的常见问题及解决办法进行了一些探讨。
1 地质雷达的工作原理
SIR-20地质雷达系统是美国劳雷工业公司生产的，它的系统包括硬件(主机、天线、传输电缆等)和软件(现场数据采集、预处理、后处理等)两大部分。
它利用电磁波信号在物体内部传播时电磁波的运动特点进行探测,发射天线将高频电磁波以宽频带短脉冲形式送入掌子面前方,在电磁波向掌子面前方传播的过程中,当遇到存在电性差异的目标体(如空洞、裂隙、岩溶等)时,电磁波便发生反射,由接收天线接收,并由主机记录。
在雷达资料中便会出现明显的特征反射,根据接收到的特征反射,由地质雷达图像判断其地质特征。
2 应用实例
2.1 工程概况
巴郎山隧道位于小金、汶川、宝兴三县交界处的巴朗山，是省道S303线的一段，是连接九环线和卧龙大熊猫自然保护区及东方圣山四姑娘山的唯一道路。
该隧道的测区位于川西高原东部，四川盆地西部边缘，地势高差悬殊，西高东略低，温差变化大，植被分布受气温控制，垂直分带明显，测区属深切高中山峡谷冰川地貌。
隧址区的地层有新生界第四系全新统崩坡积层、坡洪积层、冰碛、冰水堆积层和中生界三迭系地层。
2.2 现场测线布置及测量方法选择
测区分为导洞里程桩号为DK107+030~DK106。
现场勘查后，考虑到该隧道掌子面不平整的情况,运用地质雷达点测测量方式可以减少测量过程的误差,提高预测的精度。
因此根据掌子面大小、施工方法及掌子面平整程度，测量方式选GEO，使用中心频率为40MHz的天线，其探测深度在30m左右，在掌子面上布置一条水平测线。
仪器天线要求紧贴洞壁和掌子面，测点3-4个。
在探测时做测线素描图,同时记录好每条测线的方向和对应的文件编号。
2.3 测区图像分析
根据在巴朗山隧道预报情况，对侧线1—导洞里程桩号的PK107+030~PK106雷达图像作处理与解释说明。
对采集图像处理分析后得到雷达云图和波形图（如下图）。
导洞DK107+030~DK106里程的预报结果为：
DK107+030前方30米范围内电磁波反射明显，同相轴连续，局部反射振幅较小，根据雷达波形分析前方30m范围内破碎带，前方围岩为中强风化砂质板岩，掌子面DK107+030前方9-12米处岩体节理裂隙发育明显，存在一定量的裂隙水，掌子面DK107+030前方18米左右处岩体节理裂隙发育，局部围岩成碎块状结构，岩体完整性较好。
依据《工程岩体分级标准》推断掌子面DK107+030前方30米范围围岩级别为Ⅳ级。
3 结语
为了提高对地质雷达波形图的解释和识别的准确性和精度,需要对不良地质条件下各种介质雷达波形图的典型特征进行反复地研究和积累大量的图像资料,以实现能与现行隧道围岩级别划分标准相对应,提高量化处理的水平。
应用地质雷达检测隧道掌子面前方岩石结构，能有效分析隧道掘进中会遇到的比如断层、含水裂隙、软弱夹层等情况，其监测检测结果基本符合实际状况，同时为地质雷达在公路隧道监测检测方面的应用积累了一些宝贵的经验。
参考文献：
[1]王明德.地质雷达在管线探测中的应用[J].工程地球物理学报, 2009, (6): 65-68.
[2]吴栋等.地质雷达在震后滑坡路面分析中的应用[J]西南科技大学期刊；2010。