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第卷第期物探化探计算技术年月
文章编号:——
探地雷达检测隧道衬砌厚度的研究
李孟娟,李川
昆明理工大学信息工程与自动化学院,昆明
摘要:在铁路、公路和水电站等项目的建设中,隧道、地下洞室工程通常是最为重要的工程。
探地雷达作为一种快速、高效、高分辨率的无损探测技术,已在隧道衬砌厚度检测中得到推广和
应用。这里介绍了探地雷达检测方法的工作原理,应用于隧道衬砌厚度检测时的测线布置,以及
反射信号的形成过程,并讨论了应该如何结合地质、设计、资料对隧道衬砌结构层位进行划分。
关键词:探地雷达;隧道衬砌;反射波成像
中图分类号:.文献标识码:
探地雷达的检测原理
前言
用探地雷达,简称
隧道、地下洞室通常是铁路、公路和水电站等检测隧道衬砌厚度,采用的是反射测量方式。
项目建设中的重要工程。隧道衬砌后,受诸多因素其工作原理是高频电磁波以宽频带短脉冲形式,通
影响,隧道衬砌混凝土可能会出现厚度未达到设计过天线发射器,发射至介质内部。经过存在电
要求等质量问题。为及时发现隧道衬砌质量问题, 性差异的介质层,一部分电磁能量被反射折向地
需对隧道的衬砌质量进行快速和高分辨率的检面,为雷达天线接收器接收,而另一部分能量
测⋯。探地雷达方法具有快速、连续、无损检测的被折射进入下一层介质继续传播。通过测得的反
特点,因此,在隧道质量检测中,探地雷达得到了广射波旅行时间丁双程走时及电磁波在介质中的
泛的应用。传播速度,就可以计算出反射面距表面的距离。并
探地雷达起源于年德国的一项关于埋且,根据接收到的反射波的振幅、频谱与波形的变
地特性的专利技术,将探地雷达应用于隧道地层检化,可以判定介质的性质及属性,其工作原理如图
测,是在年国际隧道协会地下结构维护所示。
与修复工作组召开关于研究隧道衬砌无损检测适
发射天线接收天线
用技术的会议中提出的。随后,世界各国对地质雷
达应用于混凝土结构检测,进行了大量的研究,并
分界面
在工程实践的精确性和准确度上进行了相关的理分界面目标体反射波
论分析,其中的一项研究结果表明,在隧道衬砌厚
度的探地雷达法检测中,影响探地雷达探测深度、图探地雷达检测隧道衬砌厚度的工作原理
精度以及分辨率的主要因素,有介质的导电率、介. —

电常数以及探测频率、采样速度等。同时,探地雷
达的天线频率和探测精度是相互矛盾的,因此选择
电磁波在隧道衬砌结构中的双程走时为
天线时应准确考虑。
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物探化探计算技术卷
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式中为发射天线与接收天线之间的距离
见图,在剖面探测中是固定的;为电磁波在
介质中的波速/,以宽角方式直接测量,也可
根据/近似算出,其中为光速./, 面
为地下介质的相对介电常数数值。当已知
时,仪器可测到精确反射波的双程旅行时问值
,一,从而求出反射界面的深度图连续扫描
见上页图。、一
当发射天线和接收天线相距很近时, . 地质与工程介质结构
目标的深度可近似为雷达的探测对象通常是多界面结构,隧道
/ 中的围岩、衬砌、二衬等共同构成了一个多界面结
野外采集及雷达剖面成像构。当雷达波向介质内