论地质雷达在公路隧道检测中应用

【摘要】由于隧道工程具有改善线性和增强运营效益等诸多特征，所以，目前急需要一种安全系数高、切实可行的方法全面检测隧道整体结构；笔者认为，应采用地质雷达的探测技术，因为其具有较高的分辨率和准确率，而且速度快、效果高，能够及时的对公路隧道进行全方位的检测，我们应大力推广这一技术。本文首先论述了地质雷达的检测原理，其次分析了雷达波在公路隧道衬砌中的具体波相。
【关键词】地质雷达；隧道检测；原理
0 引言
地质雷达属于一种无任何损害的检测设备，由于它的操作简便、具有较高的分辨率等诸多优势特征，因此，在公路隧道施工中得到了广泛的应用。比如，新疆维吾尔自治区公路工程质量监督局在2007年的11月份引进了由美国劳雷公司所生产的检测隧道质量的仪器，这一仪器主要由雷达主机快速的发射雷达脉冲，持续及时的采集，这对于公路隧道质量的监督与管理具有十分重要的现实意义。

1 地质雷达的检测原理

地质雷达主要是利用超高频率的电磁波探测地下介质分布。其遵循的是电磁波脉冲在地下传播的原理下而进行工作的，也就是说，电磁波脉冲通过发射天线射出，在地下实际传播时受到介质介面如空洞、钢构件的反射，最后通过接收天线接收。电磁波在介质中进行传播时，无论是它的路径，还是电磁场强度都会随着自身通过介质的电性质以及几何形态而不断的发生变化。所以，我们可以按照双程走时、幅度以及波形资料，得出介质的实际结构。
我们可以从电磁波理论中得出，对于非磁性的介质，电磁波实际反射属性只和介质的介电常数有着一定的关系。如果公路砌筑层中出现了像空洞、衬砌背后充水等现象时，不同介质的介电常数会呈现出较大的差异，它们之间可以因此而形成电磁波反射界面。通过地质雷达发射的电磁波脉冲在向下传播过程中所遇到的这些反射界面时，就会发生反射现象。而如果衬砌层或者衬砌层背后出现了病害情况如空洞、含水等，就会在雷达资料中呈现出一定的特征反射，比如，脱空过程中会出现夹层放射等现象，当衬砌背后存在含水情况，那么，就会进一步增大介电常数，在地质雷达资料中就会呈现出高含水性的反射。由此可见，在公路隧道病害检测中已经广泛的应用了地质雷达这一快速高效的检测技术，最终取得的效果是极高的。

2 雷达波在公路隧道衬砌中的波相分析

2.1公路隧道中雷达波相识别的要点

要想及时的获取到雷达探测的结果，就必须有效的处理和判断雷达记录，这里所说的判断，实质上就是将理论与实践结合起来的综合分析，必须要有扎实的理论基础与丰富的实践经验做支撑。雷达记录判读也可称之为雷达记录波相分析，其主要是资料解释的基础。本文以下对波相分析的要点进行了介绍。
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1.1反射波的振幅与方向

我们可以从反射振幅上对两侧介质的属性进行明确的判定；当波从小的介电常数进入到大的介电常数的介质中时，也就是说，从高速介质进入到低速介质，从光疏进入到光密介质过程中，实际反射系数呈现为负，也就是说，反射波振幅反向。相反，如果从低速介质进入到高速介质，反射波振幅的方向就会和入射波的方向相同。这是对界面两侧介质性质和属性进行判断的基础性依据。比如，从空气中进入土层、折射波不反向、而混凝土呈现出了反射振幅反向。如果是从混凝土后边的脱空区再反射回来时，反射波不反向，最终所呈现出的是脱空区的反射和混凝土表面反射间形成了相反的方向。检测如混凝土后面出现了含水情况，那么，就会使得波从该界面反射产生反向，和表面反射波是同一个方向，并且具有较大的反射振幅。混凝土中的钢筋，波形传播距离几乎为零，反射自然反向，并且有着极强的反射振幅。所以，对于雷达波判别，反射波的振幅及方向是其关键的一项依据。
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1.2反射波具有的频谱特征

不同的介质，其结构特征也有着不同，内部反射波具有的高低频率特征也存在着很大的差异，我们可以将其当做是区分各种物质界面的基本依据。比如混凝土和岩层相比，质地较为均匀，不会像岩石内部结构那样的复杂，所以，在围岩中内具有明显的反射波，尤其是有着丰富的高频波。混凝土内部没有过多的反射波，一般存在缺陷的地方才会有反射。比如表面松散土电磁性质十分的均匀，反射波比较弱。其下部新鲜基岩中如果是高频弱振幅反射，那么，就可从频率特性中将各层分开。当节理带与断裂带结构出现了破碎现象，内部就会有较多的反射与闪射，在与其相应走时位置处呈现出了高频密纹反射。

2.2公路隧道中常见的异常波相识别

2.1衬砌托空层的波形特征

我们将衬砌与围岩间的脱空区称之为空气，其和混凝土以及围岩的波阻抗存在着明显的差异，反射波正反相间，实际反射较强，脱空区断断续续的盘旋，位置十分的清楚，非常容易进行辨别。如果衬砌混凝土背后回填的不够密实，以及混凝土与围岩间存在空隙，那么，空气和混凝土介电常数就会有很大的差别，电磁波会在混凝土与空气之间产生出极强的反射信号。如果脱空较大，那么，就可清晰的看到围岩界面，在地质雷达剖面图上可以看出在混凝土层下部产生出了多次的反射波，同相轴呈现了弧形状，能够明显的看出其能量的提高。

2.2几种异常波相的图形特征

实际中，如果雷达波遇到了消防洞，就会产生出多次极强的反射，异常波形十分的复杂与纷乱，次数多且宽度整齐固定，在表层同相轴错断；如果遇到预埋管，那么就会产生出窄而长的弧形反射，反射较强，形状相同。如果遇到钢筋网，那么，就会呈现出锐弧形，钢筋大小与雷达分辨率会对其造

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成一定的影响，而产生出鱼鳞状，具有较强的反射。
3 结论
综上所述可知，地质雷达属于一项无任何损害的检测技术，它能够采集大量的所需数据，经济合理、快捷，且能够有效的防止公路隧道工程施工过程中各种质量通病的发生。
参考文献
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