理论概述

探地雷达介绍

探地雷达（Ground Penetrating Radar(GPR)）具备较多优点，如连续、无损、高效、准确等探测优点。探地雷达由集成主机、天线组件和相关软件等几个部分组成。

探地雷达通常广泛用于考古、基础深度确定、冰川、地下水污染、矿产勘探、溶洞、地下管缆探测、分层、地下埋设物探察、公路地基和辅层、钢筋结构、水泥结构、无损探伤等检测。

理论概述

探地雷达理论介绍

基本理论

发射天线根据电磁波在有损介质中的传播，向要测量的介质发射高频宽频短脉冲的电磁波。如果在发射电磁波时遇到不均匀界面，会将部分电磁波进行反射，反射系数与被测介质的介电常数有较大关系。雷达主机及时接收并处理此部分产生的反射波，根据介质的介电常数和电导率不同确定介质中电磁波传播速度，结合电磁波双程走时来确定界面或目标体的位置分析接收的反射波形态、幅度、变化特征，以对目标物体进行识别。

介电常数

介电常数是一个无量纲物理量，它表征一种物质在外加电场情况下，储存极化电荷的能力。自然界中物质的介电常数最大的物质是水，介电常数为81，最小的是空气，数值为1。介电常数不同的两种介质的界面，会引起电磁波不同的反射，反射波的强度与两种介质的介电常数及电导率的差异有关。即使介电常数的差异小到1，也能产生反射，该反射也能被雷达检测到。

设备介绍

探地雷达测试设备

产品外观

产品特点

1、探地雷达优点

1.携带方便

2.GPR是无损探测技术

3.数据采集速度非常快

4.水平和垂直位置精度高

2、岩联探地雷达特点（与市面对比）

1.结构上（一体式天线）

系统集成度高：雷达收发天线与主机控制模块集成在一起，免去了很多线缆的连接，这样做最大的优势是，极大地屏蔽了雷达内部噪声干扰。另一方面一体化设计，大大降低了雷达现场组装的过程，提高了工作效率，同时也方便携带和使用。

2.数据传输

首创的无线传输机制：雷达与上位机（笔记本电脑）采用无线方式通讯，只需要打开电源，连接WiFi就可以工作，并且可以实时在电脑上观测采集数据，现场分析，也能实时观测异常，定位异常点，非常方便。

3.适用性

全中文软件，界面友好，符合国内工程人员使用习惯。一键式参数设定，雷达自适应参数校验，方便使用，简单易学，极大提高工作效率。三种工作模式（点测、连续、测距）适应于各种工程应用场。

工程实例

探地雷达现场应用-广东某在建隧道项目

隧道概述

明挖法隧道段采用矩形框架或拱形明洞式衬砌结构，矿山法隧道段采用曲墙带仰拱的复合式衬砌结构，盾构法隧道段釆用单层管片衬砌结构。

矿山法隧道初期支护釆用C25喷射混凝土，二次衬砌采用防水钢筋混凝土；工作井主体结构釆用防水钢筋混凝土，盾构隧道管片衬砌采用C55、C60钢筋混凝土，轨下填充釆用C20混凝土。

检测依据

探地雷达检测以中华人民共和国家行业标准：

1.《铁路隧道工程质量检验评定标准》，TB10417 一98 ；

2.《铁路混凝土与砌体工程施工及验收规范》，TB10210 一97；

3.《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》，TB10223 一2004 ；及设计要求为依据。

检测要求

1.初支厚度及钢拱架缺失；

2.初支内部及背后缺陷；

3.二衬砌厚度及钢筋网缺失；

4.二衬内部缺陷；

设备选择

1.在隧道工程检测中，探地雷达具备方便、快捷、无损的检测优点。

2.检测范围的深度在1m内，可以使用900 MHz天线，来识别隧道的具体情况。

扫描技术

1.扫描位置

现场测线布置示意图

测线布置应以纵向布置为主，横向布置为辅，每5 -10m 测线应有一个里程标记。

隧道施工阶段检测：单洞两车道隧道应分别在隧道的拱顶、左右拱腰、左右边墙布置5条测线。单洞三车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测线。

交工验收阶段检测：单洞两车道隧道应分别在隧道的拱顶、左右拱腰布置共3条测线。单洞三车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测线。

2.设备参数设置

①工作模式：连续模式（未配测距轮，建议配测距轮可精准测距，定位缺陷位置）

②天线类型：900M

③测量时窗：30ns(衬砌厚度40cm，30ns保证1米深度的分辨率)

④天线延时：28（保证首波在梯形框附近）

⑤介电常数：8（考虑到混凝土养护临期不够，并未达到设计强度）

⑥扫描速度：120scan/s（工程用车，速度均匀，根据现场设备移动速度匹配）

⑦自动增益：-16（根据波形在方框内的占比调整，建议居中占2/3，过大颜色过重，不利于分辨缺陷，过小看不清反射波，可根据需要局部增益设置以凸显想要排查的深度范围）

示图分析

探地雷达数据分析

信号判断

探地雷达图像处理包括图像解释和识别异常，一方面基于探地雷达图像的分析解释，另一方面由工程实践情况综合分析。

数据解释

1.密实：衬砌信号幅值较弱，波形均匀，甚至没有界面反射信号；

2.不密实：衬砌界面反射信号强，信号为强反射信号，同相轴不连续，错断，一般区域化分布；

3.空洞：衬砌界面反射信号强，呈典型的孤立体相位特征，通常为规整或不规整的双曲线波形特征，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大 ；

4.脱空：衬砌界面反射信号强，呈带状长条形或三角形分布，三振相明显，通常有多次反射信号；

5.钢筋网:有规律的连续的小月牙形强反射信号,月牙波幅较窄；

6.钢架：分散的月牙形强反射信号。

现场图像分析

1.拱顶数据：

2.测拱线数据：

总结

影响雷达检测结果的几个因素

1.现场影响因素：

现场检测条件不同、测线定位差异、桩号定位误差等；

2.介电常数标定：

介电常数一般在现场试验标定较可靠，可选择能够直接测量混凝土厚度的地方进行标定；

3.设备选用：

针对不同的目标体，应选用合理的设备配置。

4.混凝土龄期影响：

对于衬砌的检测往往分为施工过程检测和竣（交）工验收检测，施工过程检测时根据现场情况，有时在混凝土浇筑后不久进行，混凝土的强度尚在变化、其含水情况亦不稳定，且其含水率往往较交工时大，因此其混凝土介电常数取值难以准确。施工过程检测中的取值如果参照交工验收时的混凝土介电常数取值，往往偏小，进而造成衬砌厚度判读结果偏大。这也是造成施工过程检测和交工验收检测两者结果争议的主要原因之一；

5.目标准确识别：

需要检测人员有专业的物探知识以及丰富的现场经验。

一切从顾客感受出发·珍惜每一次服务机会！