第九节 地质雷达

第九节地质雷达法检测混凝土衬砌质量

地质雷达法适用于探测隧道喷锚衬砌和模筑衬砌厚度、密实性、背后空洞、内部钢架、钢筋分布等。

一、地质雷达法的原理

地质雷达是一种用于确定地下介质分布的光谱（频率为1M~2GHz）电磁技术，在隧道内通过电磁波发射器向隧道衬砌发射高频宽频带短脉冲，电磁波经衬砌界面或空洞的反射，再返回到接收天线。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化，根据接收到的电磁波传播时间（也称双程走时）、幅度与波形资料推断介质的结构，即可求得反射界面的深度。

二、地质雷达探测系统组成

低频天线探测距离长、精度低，高频天线探测距离短、精度高。

四、地质雷达天线的选择

根据探测对象和目的不同、探测深度和分辨率要求综合选择。

(1)对于探测深度≤1.3m的混凝土结构（如隧道衬砌结构、路基路面密实性）宜采用400~600MHz天线；900MHz天线探测深度＜0.5m；900MHz加强型天线探测深度＜1.1m；1.5GHz天线探测深度＜0.25m，宜作为辅助探测。

(2)对于探测深度为1.3~15m的混凝土结构（如仰拱深度、厚度等）或较大不良地质（空洞、溶洞、采空区等）宜采用100MHz和200MHz天线。

【2018助理综合】雷达探测衬砌厚度的原理，是根据反射回来的电磁波的（    ）来求得天线距反射界面距离。

A.传播时间 B.混凝土中传播速度       C.幅度 D.波形资料

【答案】AB

【2018单选】地质雷达天线频率越低，则（    ）。

A.波长越大，能量衰减快，预报距离越小    B.波长越大，能量衰减慢，预报距离越大

C.波长越小，能量衰减快，预报距离越小    D.波长越小，能量衰减慢，预报距离越大

【答案】B

【2020综合】做衬砌厚度检测时，宜采用地质雷达（    ）Hz的天线。

A.100M B.400M C.600M D.1500M

【答案】BC

【2018多选】对于探测＞1.3m的混凝土结构，宜采用（    ）Hz的雷达天线探测。

A.50M B.100M C.600M D.1.5G

【答案】AB

五、现场检测

喷射混凝土厚度、二次衬砌混凝土厚度、仰拱深度、混凝土衬砌内部情况及空洞等均可采用地质雷达法检测。

1.测线布置

隧道施工过程中质量检测以纵向布线为主，环向（横向）布线为辅。两车道纵向测线应分别在隧道拱顶、左右拱腰、左右边墙布置测线，根据检测需要可布置5～7条测线；三车道、四车道隧道应在隧道的拱腰部位增加两条测线，遇到衬砌有缺陷的地方应加密；

一般环向测线沿隧道纵向的布置距离为8~12m。若检测中发现不合格地段，应加密测线或测点。

2.检测方式

(1)纵向布线采用连续测量方式，特殊地段或条件不允许时，可采用点测方式，测量点距不宜大于200mm，测线每5～10m应有里程标记。

(2)环向测线尽量采用连续方式检测；也可采用点测方式，每道测线不小于20个测点。

天线的定位方法可采用常用的手动打标定位法和测量轮测距定位法。

4.主要参数设置方法

1)介质常数标定

(1)检测前应对喷射混凝土或二次衬砌的相对介电常数或电磁波速做现场标定，且每座隧道应不少于1处，每处实测不少于3次，取平均值，即为该隧道的相对介电常数或电磁波速。

(2)标定方法：

①钻孔实测。

②在已知厚度部位或材料与隧道相同的其他预制件上测量。

③在洞内、洞口或洞内横洞位置使用双天线直达波法测量。

5.检测工作注意事项

(3)必须保持天线与被测衬砌表面密贴（空气耦合天线除外），天线不能脱离结构物表面或任何一端翘起。

(4)天线应能灵活调整高度，使天线与测线位置准确对应。

(5)天线应移动平衡、速度均匀，移动速度宜为3~5km/h。

(6)当需要分段测量时，相邻测量段接头重复长度不应小于1m。

(7)记录测线位置和编号、天线移动方向、标记间隔等。

(8)在衬砌表面准确标记隧道里程桩号，严格控制误差。

(9)应随时记录可能对测量产生电磁影响的物体（如渗水、电缆、铁架、埋管件等）及其位置。

【多选】地质雷达在隧道施工检测中应用广泛，可用于检测（    ）。

A.衬砌厚度 B.混凝土中的钢筋

C.混凝土强度 D.衬砌背后空洞

【答案】ABD

【2021助理判断】地质雷达探测时介电常数现场标定。（    ）    【答案】正确

【2024判断】隧道施工阶段检测衬砌背后空洞时，测线应以横向布置为主、纵向布置为辅。（    ）                                                    【答案】错误

【2018助理综合】雷达检测过程中需注意的事项有（    ）。

A.纵向连续布线，根据需要在拱顶、左右拱腰、左右边墙，布置5~7条

B.采用点测方式，测点间距500mm

C.保持天线与被测物表面密贴

D.天线移动速度均匀，移动速度宜为3～5km/h

【答案】ACD

【2018助理/2020综合】雷达检测时，可能对检测信号产生干扰的因素有（    ）。

A.渗水 B.电缆 C.钢架 D.埋管件

【答案】ABCD

【2018助理综合】雷达介电常数标定方法有（    ）。

A.钻孔实测

B.在已知厚度部位测量

C.已知厚度的并且材料与隧道相同的其他预制件上测量

D.在洞口使用双天线直达波测量

【答案】ABCD

六、数据处理与解释

1.数据处理

1)处理步骤

(1)确定混凝土的电磁波速确定混凝土的电磁波速

(2)混凝土的雷达波相对介电常数混凝土的雷达波相对介电常数

(3)回波起始点（零点）的确定

(4)数据距离归一化处理

(5)滤波处理

水平光滑滤波、水平背景去除滤波、降低增益

3.混凝土结构背后回填密实性分析

(1)密实：反射信号弱，图像均一且反射界面不明显。

(2)不密实：反射信号强，信号同相轴呈绕射弧形，不连续且分散、杂乱。

(3)空洞：反射信号强，反射界面明显，下部有多次反射信号，两组信号时程差较大。