浅析地质雷达技术在我国的发展及应用

地质雷达0-SIR-3000用户手册

TerraSIRch SIR-3000用户手册 美国地球物理测量系统公司

TerraSIRch SIR-3000用户手册 (1) 第一部分介绍 (1) 1.1仪器配置Unpacking Your System (1) 1.2概述General Description (1) 硬件连接Hardware Connections (1) 第二部分启动和设置TerraSIRch (6) 2.1 硬件设置Hardware Setup (6) 2.2 系统启动与显示 Boot-Up and Display Screen (8) 数据显示窗口 Data Display Windows (9) 2.3 系统模式和菜单：概述 System Modes and Menus (10) 系统菜单SYSTEM (10) 采集菜单COLLECT (12) 雷达Radar (12) 扫描SCAN (13) 增益GAIN (15) 信号位置POSITION (16) 滤波器FILTERS (17) 回放菜单PLAYBACK Menu (18) 扫描SCAN (18) 处理PROCESS (19) 输出菜单OUTPUT Menu (19) 显示DISPLAY (19) 数据传输Transfer (20) 2.4: 命令栏Command Bar (20) 参数设置模式In Setup Mode (20) 运行模式（In RUN Mode） (22) 第三部分TerraSIRch设置采集参数 (24) 3.1: 二维采集参数设置 (24) 第一步：系统启动 (24) 第二步：检查参数 (24) 打开参数设置文件 Load SETUP (24) 测量轮标定 Survey Wheel Calibration (25) 测量轮的缺省设置： (26) 检查时间窗口 Check RANGE (27) 检查扫描数/单位距离 Check SCN/UNIT (27) 检查增益 Check GAIN (28) 第三步：资料采集 (28) 3.2 TerraSIRch模式下设置参数采集单个文件以做三维测量 (29) 第一步：系统启动。 (29) 第二步：检查采集参数树下的各个参数。 (29) 打开参数设置表 Load SETUP (29) 检查测量模式 Check MODE (29) 检查时间窗口 Check RANGE (29)

地质雷达 原理

地质雷达是目前分辨率最高的工程地球物理方法，在工程质量检测、场地勘察中被广泛采用，近年来也被用于隧道超前地质预报工作。地质雷达能发现掌子面前方地层的变化，对于断裂带特别是含水带、破碎带有较高的识别能力。在深埋隧道和富水地层以及溶洞发育地区，地质雷达是一个很好的预报手段。 1、基本原理 探地雷达是一种用于确定地下介质分布情况的高频电磁技术，基于地下介质的电性差异，探地雷达通过一个天线发射高频电磁波，另一个天线接收地下介质反射的电磁波，并对接收到的信号进行处理、分析、解译。其详细工作过程是：由置于地面的天线向地下发射一高频电磁脉冲，当其在地下传播过程中遇到不同电性（主要是相对介电常数）界面时，电磁波一部分发生折射透过界面继续传播，另一部分发生反射折向地面，被接收天线接收，并由主机记录，在更深处的界面，电磁波同样发生反射与折射，直到能量被完全吸收为止。反射波从被发射天线发射到被接收天线接收的时间称为双程走时t，当求得地下介质的波速时，可根据测到的精确t值折半乘以波速求得目标体的位置或埋深，同时结合各反射波组的波幅与频率特征可以得到探地雷达的波形图像，从而了解场地内目标体的分布情况。

一般，岩体、混凝土等的物质的相对介电常数为4—8，空气相对介电常数为1，而水体的相对介电常数高达81，差异较大，如在探测范围内存在水体、溶洞、断层破碎带，则会在雷达波形图中形成强烈的反射波信号，再经后期处理，能够得到较为清晰的波形异常图。 在众多地质超前预报手段中，使用探地雷达预报属于短期预报手段，预报距离与围岩电性参数、测试环境干扰强弱有关。一般，探地雷达预报距离在15~35米。 2、探地雷达在勘查中的基本参数 ①数电磁脉冲波旅行时

地质雷达的应用

地质雷达的应用领域 探地雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)，又称地质雷达，是近些年发展起来的高效的浅层地球物理探测新技术，它利用主频为数十兆赫至千兆赫兹波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由地面通过天线发射器发送至地下，经地下目的体或地层的界面反射后返回地面，为雷达天线接受器所接受，通过对所接受的雷达信号进行处理和图像解译，达到探测前方目的体的目的。与传统的地球物理方法相比，探地雷达最大的优点就是具有快速便捷、探测精度高以及对原物体无破坏作用。因此，探地雷达在道路建设和公路质量检测领域已逐渐被认识到并广泛应用起来。 地质雷达自上世纪70年代开始应用至今将近30年了，其应用领域逐渐扩大，在考古、建筑、铁路、公路、水利、电力、采矿、航空各领域都有重要的应用，解决场地勘查、线路选择、工程质量检测、病害诊断、超前预报、地质构造研究等问题。在工程地球物理领域有多种探测方法，包括反射地震、地震CT、高密度电法、地震面波和地质雷达等，其中地质雷达的分辨率最高，而且图象直观，使用方便，所以很受工程界信赖和欢迎。 1.1 工程场地勘察 地质雷达最早用于工程场地勘查，解决松散层厚度分布，基岩风化层分布，以及节理带断裂带等问题。有时也用于研究地下水分布，普查地下溶洞、人工洞室等。在粘土补发育的地区，探查深度可达20m以上，效果很好。 1.2 埋设物与考古探察 考古是地质雷达应较早的领域，在欧洲有成功的实例，如意大利罗马遗址考古、中国长江三峡库区考古等项目都应用了雷达技术。利用雷达探测古建筑基础、地下洞室、金属物品等。在现今城市改造中，有时也需要了解地下管网，如电力管线、热力管线、上下水管线、输气管线、通信电缆等，这对于地质雷实是很容易的。目前地质雷达为地下管线探测发展了

地质雷达操作规程

地质雷达法检测操作规程 1、地质雷达法适用范围 地质雷达法可用于地层划分、岩溶和不均匀体的探测、工程质量的检测，如检测衬砌厚度、衬砌背后的回填密实度和衬砌内部钢架、钢筋等分布，地下管线探查及隧道超前地质预报等。 2、地质雷达主机技术指标： （1）系统增益不低于150dB； （2）信噪比不低于60dB； （3）采样间隔一般不大于、A/D模数转换不低于16位； （4）计时误差小于1ns； （5）具有点测与连续测量功能，连续测量时，扫描速率大于64次/秒； （6）具有可选的信号叠加、实时滤波、时窗、增益、点测与连续测量、手动与自动位置标记功能； （7）具有现场数据处理功能，实时检测与显示功能，具有多种可选方式和现场数据处理能力。 3、地质雷达应符合下列要求： （1）探测体的厚度大于天线有效波长的1/4，探测体的宽度或相邻被探测体可以分辨的最小间距大于探测天线有效波第一聂菲儿带半径。 （2）测线经过的表面相对平缓、无障碍、易于天线移动。 （3）避开高电导屏蔽层或大范围的金属构件。

4、地质雷达天线可采用不同频率的天线组合，技术指标为： （1）具有屏蔽功能； （2）最大探测深度应大于2m； （3）垂直分辨率应高于2cm。 5、现场检测 （1）测线布置 1、隧道施工过程中质量检测应以纵向布线为主，横向布线为辅。纵向布线的位置应在隧道的拱顶、左右拱腰、左右边墙和隧道底部各布置一条；横向布线可按检测内容和要求布设线距。一般情况线距8～12m；采用点测时每断面不少于6点。检测中发现不合格地段应加密测线或测点。 2、隧道竣工验收时质量检测应纵向布线，必要时可横向布线。纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰和左右边墙各布一条；横向布线线距8～12m；采用点测时每断面不少于5个点。需确定回填空洞规模和范围时，应加密测线和测点。 3、三线隧道应在隧道拱顶部位增加2条测线。 4、测线每5～10m应有一历程标记。 （2）介质参数的标定： 检测前应对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定，且每座隧道不少于一处，每处实测不少于3次，取平均值为该隧道的介电常数或电磁波速。当隧道长度大于3km、衬砌材料或含水率变化较大时，应适当增加标定点数。

第二讲 国内外地质雷达技术发展状况

第二讲国内外地质雷达技术发展状况（历史与现状） 探地雷达的历史最早可追溯到20世纪初，1904年，德国人Hulsmeyer首次将电磁波信号应用与地下金属体的探测。1910年Leimback和Lowy以专利形式在1910年的专利，他们用埋设在一组钻孔里的偶极子天线探测地下相对高的导电性质的区域，并正式提出了探地雷达的概念。1926年Hulsenbeck第一个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路，指出只要介电常数发生变化就会在交界面会产生电磁波反射，而且该方法易于实现，优于地震方法[1,2]。但由于地下介质具有比空气强得多的电磁衰减特性，加之地下介质情况的多样性，电磁波在地下的传播比空气中复杂的多，使得探地雷达技术和应用受到了很多的限制，初期的探测仅限于对波吸收很弱的冰层厚度（1951，B.O.Steenson，1963，S.Evans）和岩石和煤矿的调查（J.C.Cook）等。随着电子技术的发展，直到70探地雷达技术才重新得到人们的重视，同时美国阿波罗月球表面探测实验的需要，更加速了对探地雷达技术的发展，其发展过程大体可分为三个阶段： 第一阶段，称为试验阶段，从20世纪70年代初期到70年代中期，在此期间美国，日本、加拿大等国都在大力研究，英国、德国也相继发表了论文和研究报告，首家生产和销售商用GPR的公司问世，即Rex Morey和Art Drake成立的美国地球物理测量系统公司（GSSI），日本电器设备大学也研制出小功率的基带脉冲雷达系统。此期间探地雷达的进展主要表现在，人们对地表附近偶极天线的辐射场以及电磁波与各种地质材料相互作用的关系有了深刻的认识，但这些设备的探测精度、地下杂乱回波中目标体的识别、分别率等方面依然存在许多问题。 第二阶段，也称为实用化阶段，从20世纪70年代中后其到80年代，在次期间技术不段发展，美国、日本、加拿大等国相继推出定型的探地雷达系统，在国际市场，主要有美国的地球物理探测设备公司（GSSI）的SIR系统，日本应用地质株式社会（OYO）的YL－R2地质雷达，英国的煤气公司的GP管道公司雷达，在70年代末，加拿大A－Cube公司的Annan和Davis等人于1998年创建了探头及软件公司（SSI），针对SIR系统的局限性以及野外实际探测的具体要求，在系统结构和探测方式上做了重大的改进，大胆采用了微型计算机控制、数字信号处理以及光缆传输高新技术，发展成了EKKO Ground Penetrating Radar 系列产品，简称EKKO GPR系列。瑞典地质公司（SGAB）也生产出RAMAC 钻孔雷达系统，此外，英国ERA公司、SPPSCAN公司，意大利IDS公司、瑞典及丹麦也都在生产和研制各种不同型号的雷达。80年代全数字化的GPR问世，具有划时代的意义，数字化GPR不仅提供了大量数据存储的解决方案，增强了实时和现场数据处理的能力，为数据的深层次后处理带来方便，更重要的是GPR 因此显露出更大的潜力，应用领域得以向纵身拓展。 第三阶段，从上个世纪80年代至今，可称为完善和提高阶段。在此期间，GPR技术突飞猛进，更多的国家开始关注探地雷达技术，出现了很多探地雷达的研究机构，如荷兰的应用科学研究组织和代尔夫大学，法国_德国的Saint-Louis 研究所（ISL），英国的DERA，瑞典的FOA，娜威科技大学和地质研究所，比利时的RMA，南非的开普敦大学，澳大利亚昆士兰大学，美国的林肯实验室和Lawrence Livermore国家实验室以及日本的一些研究机构等等。同时，探地雷达也得到了地球物理和电子工程界的更多关注，对天线的改进、信号的处理、地下目标的成像等方面提出了许多新的见解。GSSI公司在商业上取得了极大的成功，

地质雷达测量技术

地质雷达测量技术 内容提要：本文在简述地质雷达基本原理的基础上，介绍了地质雷达检测隧道衬砌质量的工作方法，通过理论分析、实际资料计算、实测效果等方面说明采用地质雷达技术检测隧道衬砌质量的必要性和可靠性。 关键词：地质雷达测量技术 1 前言 地质雷达（Geological Radar）又称探地雷达（Ground Penetrating Radar），是一项基于不破坏受检母体而获得各项检测数据的检测方法，在我国已在数百项工程中得到了应用，并取得了显著成效。同时，随着交通、水利、市政建设工程等基础设施的大力发展，以及国家对工程质量的日益重视，工程实施过程中仍急需用物理勘探的手段解决大量的地质难题，因此，地质雷达极其探测技术市场前景十分广阔。 地质雷达作为一项先进技术，具有以下四个显著特点：具有非破坏性；抗电磁干扰能力强；采用便携微机控制，图象直观；工作周期短，快速高效。它不仅用于管线探测，还可用于工程建筑，地质灾害，隧道探测，不同地层划分，材料，公路工程质量的无损检测，考古等等。 2 地质雷达技术原理 地质雷达是运用瞬态电磁波的基本原理，通过宽带时域发射天线向地下发射高频窄脉冲电磁波，波在地下传播过程中遇到不同电性介质界面时产生反射，由接收天线接收介质反射的回波信息，再由计算机将收到的数字信号进行分析计算和成像处理，即可识别不同层面反射体的空间形态和介质特性，并精确标定物体的深度（图1）。

图1 地质雷达检测原理图 3 雷达的使用特性 3.1无损、连续探测，不破坏原有母体，避免了后期修补工作，可节约大量的时间和费用。 3.2 操作简便，使用者经过2－3天培训就能掌握。 探测时，主机显示器实时成像，操作人员可直接从屏幕上判读探测结果，现场打印成图，为及时掌握施工质量提供资料，提高了检测速度和科学水平。并且通过数据分析，还可以了解道路的结构情况，发现道路路基的变化和隐性灾害，使日常管理和维护更加简单。 3.3 测量精度高，测试速度快。在车载工作方式下，测试速度大大提高，当车速达80Km/h时，系统仍能正常工作。 3.4 收、发天线离地面的探测高度可以针对不同的埋地目标进行调整，以达到最佳的探测能力和探测分辨率：同时还可以调节收发天线之间的距离寻找系统工作的最好效果。 3.5 测点密度不受限制，便于点测和普查。 工作方式的灵活使得用户可以连续普查某一段工程的质量,也可随时对异常区域进行重点探测 和分析。 3.6 便于维护与保养。 本系统采用了结构化设计，对于使用不当或其它原因造成的质量问题，简单地更换接插件即可保证雷达的正常工作。 3.7 可扩充配置。 通过选择相应的发射源和收发天线，再配上相应的处理软件，就可以在中、深层探测范围，如地下管线、地基空洞、钢筋分布、堤坝密实程度等方面扩大应用。 4 地质雷达在检测隧道衬砌质量中的应用 新建隧道施工中为确保隧道衬砌质量，采用传统“钻、看”的检测方法显然已不能满足“多断面、全方位”的检测要求，业主和施工单位都在探索采用无损检测技术有效监控和确保隧道衬砌质量的新方法。 隧道衬砌的质量检测包括1)隧道衬砌厚度，2)隧道衬砌背后未回填的空区，3)隧道衬砌的密实程度，4)施工时坍方位置及坍方的处理情况。5)有时还可检测围岩中地下水向隧道侵入的位置。4.1 工作方法

地质雷达

地质雷达在隧道超前地质预报中的应用 摘要：本文简要介绍了地质雷达基本原理及其探测深度、精度，并结合实例阐述了地质雷达的工程应用。 关键词：地质雷达；隧道超前地质预报；掌子面 引言 目前，我国修建大量穿越山岭的特长隧道。由于这些隧道大都处于地下各种复杂的水文地质、工程地质岩体中。为了摸清和预知周围的水文地质和工程地质条件，隧道地质超前预报显示出越来越重要的作用。在隧道开挖掘进过程中，提前发现隧道前方的地质变化，为施工提供较为准确的地质资料，及时调整施工工艺，减少和预防工程事故的发生非常重要。一、地质雷达基本原理及探测深度、精度 地质雷达( Ground Penetrating Radar, 简称GPR, 也称探地雷达) 是利用超高频(106Hz～109Hz)电磁脉冲波的反射探测地下目的体分布形态及特征的一种地球物理勘探方法。发射天线( T) 将信号送入地下，遇到地层界面或目的体反射后回到地面再由接收天线( R) 接收电磁波的反射信号，通过对电磁波反射信号的时域特征和振幅特征进行分析来了解地层或目的体特征(见图1)

图1 地质雷达反射探测原理图 根据波动理论，电磁波的波动方程为： P = │P│e-j（αx-αr）﹒e-βr（1）（1）式中第二个指数-βr是一个与时间无关的项，它表示电磁波在空间各点的场值随着离场源的距离增大而减小，β为吸收系数。式中第一个指数幂中αr表示电磁波传播时的相位项，α为相位系数，与电磁波传播速度V的关系为： V = ω/α（2）当电磁波的频率极高时，上式可简略为： V = c/ε1/2（3）式中c为电磁波在真空中的传播速度；ε为介质的相对介电常

美国劳雷公司地质雷达中文版说明书

软件用户手册 美国地球物理测量系统公司美国劳雷工业公司翻译 2004年9月

第二章显示、编辑、打印雷达数据 (3) 概述General Overview (3) 推荐数据处理顺序Recommended Data Processing Sequence (3) 编辑文件头Editing the File Header (5) 数据显示选项Data Display Options (7) 显示参数设置Display Parameters Setup (14) 线扫描显示参数Linescan Display Parameters (15) 波形显示参数Wiggle Display Parameters (18) 示波器显示参数O-Scope Display Parameters (21) 其它显示选项Other Display Options (24) 交互显示Interactive Display (25) 编辑数据Editing the Data (29) 显示数据Viewing the Data (29) 去除不必要的信息Removing Unnecessary Information (30) 保存为单独文件Saving the Selection in a Separate File (35) 编辑标记Editing the Markers (36) 标记类型 (36) 标记数据库选项 (37) 打开标记编辑对话框 (38) 标记信息浏览 (39) 标记编辑 (40) 去标记To Delete A Marker (41) 加标记To Add A Marker (41) 手动修改标记类型To Manually Change Marker Type (42) 做图片出报告Generating Displays For Reports (44) 打印文件Printing a File (46)

地质雷达在工程中的应用

地质雷达在工程中的应用 李勃 (辽宁省有色地质局一0八队，沈阳 110121) 摘 要:探地雷达是近年来发展起来的一种物探新技术新方法。本文介绍了其基本原理及在岩溶地质勘探、地下管线探测、高速公路检测中应用的实例分析，重点阐述了雷达图像的推断解释，同时表明地质雷达具有快速经济、灵活方便、剖面直观等优点，具有良好的实用性。 关 键 词:地质雷达 实例分析 实用性 1 前 言 地质雷达，全称地质勘探雷达系统（Ground Penetrating Radar ）(简称GPR)。它是通过向所探测地面下方发射高频电磁波束、并接受来自地下的介质界面的反射波来探测地下介质分布的地球物理勘探设备。其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图像显示等优点，备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查等众多领域，取得了显著的探测效果和社会经济效益，本文以三个实例，说明探地雷达技术在工程中的应用效果。 2 基本原理 地质雷达是一种使用高频电磁波探测地下介质分布的非破坏性探测仪器。它 通过剖面扫描的方式获得地下剖面的扫描图像(图1)。雷达通过在地面上移动的发射天线向地下发射高频电磁波， 电图1 地质雷达探测工作 图2 雷达波形记录示意图 天线天线 地面基岩面溶洞 点位（m) 12345670 双 程 时 间 (ns)

磁波在介质中传播时，其电磁波强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收到波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度与波形资料，可推断介质的结构。雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录，波形的正负峰分别以黑、白表示，或者以灰度或彩色表示。这样同相轴以等灰度、等色线即可形象地表征出地下反射面。图2为波形记录的示意图，图上对照一个简单的地质模型，画出了波形的记录，在波形记录图上各测点均以测线的铅垂方向记录波形，构成雷达时间剖面，通过对雷达图像的判读，可确定地下界面或地质体的空间位置及结构。 3 工程实例 3.1 岩溶地质勘探 本次工作任务是探测挖掘坑深部15米内有无岩溶洞穴、溶槽溶沟、溶蚀裂隙。挖掘坑为一溶洞，根据钻探资料可知，上面为洞穴堆积物，下面基岩层为灰岩。 地质雷达的观测方法采用剖面法。根据所揭示的地层分布特征，覆盖层的电 磁波平均速度一般为0.06～0.08 m/ns ， 下伏灰岩电磁波平均速度一般为0.09～ 0.12m/ns;考虑雷达波的穿透能力，采用 100Mhz 天线，设定探测窗口为500ns ， 采样点为1024，采取连续观测采集数据。 在隐伏基岩为灰岩的地区，溶蚀破碎带是一种较为常见的地质现象，一般情况下，致密的灰岩雷达波相特征是非常弱的反射或无反射，其周期较上覆黏土层应明显增加。而当致密的灰岩层在地下水的作用下发生溶蚀后，首先是以细微裂隙形式存在，且伴随溶蚀程度的提高而逐渐扩大，当这些细小的裂隙发展到一定程度后，常常会上下，左右连通，致使周围岩石破碎，进而形成溶蚀破碎结构。由于这些破碎的裂隙空间常常被空气、水以及黏土等物质所充填，进而使得裂隙与围岩之间接触面两侧的波阻抗存在差异，因此，当雷达波运行到这些波阻抗存在差异的接触面时，将会发生反射、折射和绕射，形成杂乱的强波阻抗反射特征。 当溶蚀裂隙扩展到一定程度，便发育成溶洞。溶洞雷达图像的特点是被溶图3 溶蚀破碎带雷达变面积曲线图 破碎

地质雷达报告

福州绕城公路东南段 南峰隧道超前地质预报 （地质雷达） 编号：BG-CQYB-A16-001 合同段：A16合同段 施工单位：中铁十七局集团第一工程有限公司探测范围：右线出口LYK8+335～LYK8+310 编制： 校核： 检测单位：中国科学院武汉岩土力学研究所 检测日期：2013年12月27日 报告日期：2013年12月27日

一、工作概况 2013年12月27日，中国科学院武汉岩土力学研究所对福州绕城公路东南段A16合同段南峰隧道出口右洞进行了超前地质预报，采用GSSI 公司生产的SIR-20地质雷达进行数据采集，配属100MHZ 的屏蔽天线进行了探测。本次探测范围为右线出口LYK8+335～LYK8+310，共25m 。 二．预报的方法技术 （一） 地质雷达超前预报的基本原理 地质雷达(Ground Penetrating Radar ，简称GPR)是近年来应用于浅层地质构造、岩性检测的一项新技术，其特点是快速、无损、连续检测，并以实时成象方式显示地下结构剖面，使探测结果一目了然，分析、判读直观方便。因探测精度高、样点密、工作效率高而倍受关注。随着该项技术的不断完善和发展，其应用领域不断扩展。 隧道地质雷达超前预报方法是一种用于确定隧道掌子面前方介质分布变化的广谱电磁波技术。如图1所示，利用一个天线向掌子面前方发射无载波电磁脉冲，另一个天线接收由岩体中不同介质界面反射的回波，利用电磁波在岩体介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性 质(如介电常数Er) 及几何形态的变化差异，根据接收到的回波旅行时间、幅度和波形等信息，来探测掌子面前方介质的地层结构与异常地质体。 理论研究与实验室模拟试验证明，电磁波在物体或介质中的传播速度v 、走时t 、与介质的相对介电常数Er 有如下关系： v x z t 2 24+= r c v ε=

地质雷达使用与操作2

地质雷达仪的操作与保养 0.0前言：作为近十余年来发展起来的地球物理高新技术方法，地质雷达以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点，备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域，取得了显著的探测效果和社会经济效益，并在工程实践中不断完善和提高，在工程探测领域应用不断被拓宽。 就目前市场上而言，地质雷达厂家主要有加拿大ERROR，美国SIR系列，瑞典MALA，国产青岛中科院光电所等等，其设备主要部件都是操作平台，仪器主机，以及配套雷达三大块。目前国内各种地质雷达使用研发已相当成熟，不同厂家的仪器性能不断改善和优化。相信在以后工程实践中，地质雷达会应用越来越光，且越来越适应各类不同的现场条件。 我公司引进的是瑞典MALA公司生产的RAMAC/GPR地质雷达，现主要介绍该仪器的使用及其小知识。 首先仪器硬件部分，仪器操作平台为IBM笔记本电脑，分采集软件GROUND VISION和分析处理软件REFLAXW软件；雷达主机为同步采集系统和高频模块；雷达的发射和采集天线为集成天线，目前购置了1.2GHZ 屏蔽天线，500MHZ屏蔽天线，100MHZ屏蔽天线，50MHZ非屏蔽天线共四种。通过在不同的工作领域合理调配不同的天线，再辅以不同的辅助设备，（比如隧道中的脚架，提升车，公路上的拖车，水上物探上的木船，或者防水密闭管等等），使工作更便捷，应用效果更准确。 雷达的基本操作应当说比较傻瓜型，使用起来应该说比较容易上手，在实践中应当遵循《城市工程地球物理规范》等国家，行业标准，以及仪器本身操作指南，使测试工作安排，测线布置，采样方式，测试精度，测试效果，以及测试成果等等满足工程技术要求。 1.0 基础篇 一、软件安装 1、计算机开机时，首先进入 BIOS 设置（如IBM 按F1 进入，其它参阅计算机使用手册） 将并口设置为 ECP 方式，端口地址设为0378。 2、如果是 Windows XP 或2000 操作系统，应在控制面板中进入设备管理器，在并口属性中 的端口设置栏：筛选源方案选择“使用指派给此端口的任何中断”，并选择“使用即插 即拔设备”；在资源栏：输入/输出范围选“0378-037F” 3、使用软件安装光盘，点击“setup”进行安装，按照安装提示进行安装即可。 二、雷达操作使用

地质雷达检测的基本原理及其在公路隧道中的应用效果

地质雷达检测的基本原理及其在公路隧道中的应用效果 满银 贵州省交通科学研究院贵州贵阳 摘要：经济从沿海向中西部发展，带动部分地区经济的同时，也带动了部分地区交通状况的改善，各色公路在全国各地的普及，使其在修建时也面临各种不同的问题，如在山区修建公路时需要开凿隧道等问题。隧道的开凿是一项有难度的技术活，必须做到测量的准确，不能出一点差错。科技的发展使隧道在开凿过程中简便了不少，尤其是地质雷达检测系统在隧道开凿过程中的应用，彻底取代了旧时代所用的测量方法。地质雷达检测是一项非破坏性的、分辨率高、快速且准确的检测方法，它所独有的特质决定了它具有技术上的优越性。 关键词：地质雷达；检测；公路；隧道 改革开放以来，国家综合实力稳步提升，经济也逐渐从沿海一带向中内地发展，发展经济的基础首要的是交通的便利，因此，我国公路交通的建设规模日益扩大，公路的建设遍布全国各地。由于我国地形多以山地、丘陵为主，地形阶梯跨越较大，在修建公路的同时难免遇到一些障碍。当在山地和丘陵地区修建公路时，考虑到路程、安全和便捷的问题，往往需要开凿隧道，取代盘山公路。而科学技术的发展，使得隧道在开凿过程中难度大大降低，尤其是地质雷达检测在公路隧道开凿过程中的应用，大大降低了隧道开凿的测量难度。 一、地质雷达检测的应用原理 地质雷达检测是指用雷达探测地下的物体，扫除障碍以保证施工的顺利进行。地质雷达在施工过程中探测岩石层中的目标时，通过发出超高频率的以宽频带短脉冲为形式的电磁波，发出的电磁波会形成一个反射讯号。不同的地形其内部结构不同，不同结构层的电磁特性不同，因此，会产生不同频率的电磁波，并且发出反射信号。当地面上接收到地质雷达发来的检测信号，便通过接受装备将信号输入到接收器中，然后再将其放大由示波器直观的显示出来。所以，通过对接收到的电磁波发出的反射信号的频率特征等加以解析，就可以了解到所探测的地形结构的特征。 地质雷达在探测过程中所能探测到的最远的距离被称为地质雷达的探测深度，它受到两个方面的制约，分别是地质雷达检测的活动范围以及地质雷达检测

隧道衬砌地质雷达无损检测技术

隧道衬砌质量地质雷达无损检测技术 1 前言 1.1工艺概况 铁路隧道衬砌是隐蔽工程，用传统的目测或钻孔对其质量进行检测有较大的局限性；应用物理勘探的方法对隧道衬砌混凝土进行无损检测，可取得快速、安全、可靠的效果。 1.2工艺原理 电磁反射波法（地质雷达）由主机、天线和配套软件等几部分组成。根据电磁波在有耗介质中的传播特性，当发射天线向被测介质发射高频脉冲电磁波时，电磁波遇到不均匀体(接口)时会反射一部分电磁波，其反射系数主要取决于被测介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到探测识别目标物体的目的(图 1)。 图1 地质雷达基本原理示意图 电磁波在特定介质中的传播速度是不变的 ，因此根据地质雷达记录的电磁波传播时间ΔT ，即可据下式算出异常介质的埋藏深度H ： H V T =??2 (1) 式中，V 是电磁波在介质中的传播速度，其大小由下式表示： V C =ε (2) 式中，C 是电磁波在大气中的传播速度，约为3.0×108m/s ； ε为相对介电常数，不同的介质其介电常数亦不同。 雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数可表示为： 212 1εεεε+-=r (3) 反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差越大，反射信号越强。 雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和波的频率。电导率越高，穿透深度

越小；频率越高，穿透深度越小。 2 工艺特点 电磁反射波法（地质雷达）能够预测隧道施工中衬砌的各种质量问题，分辨率高，精度高，探测深度一般在0.5m～2.0m左右。利用高频电磁脉冲波的反射，中心工作频率400MHz/900 MHz/1500 MHz； 采用宽带短脉冲和高采样率，分辨率较高； 采用可调程序高次迭加和多波处理等信号恢复技术，大大改善了信噪比和图像显示性能。 （1）操作简单，对工作环境要求不高； （2）对衬砌隐蔽工程质量问题性质判断一般精度较高，分辨率可达到2～5cm，检测的深度、结构尺寸以及里程偏差或误差小于10%，缺陷类型识别准确度达95%以上； （3）通过专业的RADAN 6.0分析软件，专业的技术人员可以迅速的完成数据处理等。 3 适用范围 地质雷达有其适用范围和适用条件，目标体与周围介质是否存在足够的电性差异，是探测工作是否有效的前提，这种电性差异就是介电常数；应根据不同的检测对象和检测要求选用不同的天线类型；适用条件，探测的目标体与周围介质有较大的介电常数差异并具有较好的反射条件；上覆层导电性较弱；目标体具有一定的体积，引起的异常有一定的强度；具有一定的探测对比资料。 该技术适用于隧道衬砌质量施工过程控制和竣工验收的无损检测。 4 主要引用标准 《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB 10753-2010） 《铁路隧道工程施工质量验收标准》TBl0417-2003 《铁路隧道衬砌质量无损检测规程施工规范》（TB10223-2004） 《铁路工程物理勘探规程》（TB10013-2004） 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001） 《云桂铁路石林隧道地质雷达无损检测实施细则》 云桂铁路石林隧道相关设计图纸以及相关施工资料。 5 施工方法 1、检测前的准备工作: 收集隧道工程地质资料、施工图、设计变更资料和施工记录；

地质雷达检测技术及应用

收稿日期:2007-07-18 作者简介:薛桂玉,男,武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,工程师。 文章编号:1001-4179(2008)05-0084-02 地质雷达检测技术及应用 薛桂玉1 　刘道明2 　余志雄1 　谭　敏 2 (1.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉430072;　2.长江水利委员会设计院,湖北武汉430010) 摘要:地质雷达检测技术是一种高精度、连续无损、经济快速、图像直观的高科技检测技术。在工程地质、岩土工 程、地基工程、道路桥梁、混凝土结构无损探伤等领域应用较广。介绍了地质雷达的工作原理,并对地质雷达检测技术应用于水电工程的滑坡体和库区溶洞探测的效果进行了分析,该技术能快速准确地探明滑坡体覆盖层厚度和库区溶洞分布,且有经济、快速、无损、直观等优点。关　键　词:地质雷达;无损检测技术;滑坡体;溶洞中图分类号:P225.1 文献标识码:A 地质雷达(又称探地雷达,Ground Penetrating Radar ,简称GPR )检测技术是一种高精度、连续无损、经济快速、图像直观的高科技检测技术。它是通过地质雷达向物体内部发射高频电磁波并接收相应的反射波来判断物体内部异常情况。作为目前精度较高的一种物理探测技术,地质雷达检测技术已广泛应用于工程地质、岩土工程、地基工程、道路桥梁、文物考古、混凝土结构探伤等领域。 1　地质雷达的工作原理 地质雷达仪器主要由控制单元、发射天线、接收天线、笔记本电脑等部件组成。工作人员通过操纵笔记本电脑,向控制单元发出命令;控制单元接收到命令后,向发射天线和接收天线同时发出触发信号;发射天线触发后,向地面发射频率为几十至几千兆赫的高频脉冲电磁波;电磁波在地下传播过程中,遇到电性不同的界面、目标或局域介质不均匀体时,一部分电磁波反射回地面,由接收天线接收,并以数据的形式传输到控制单元,再由控制单元传输到笔记本电脑,以图像的方式显示。对图像进行处理分析,便可得出地下介质分布情况,从而实现检测的目的。其工作流程如图1所示。 按照现场测量和数据采集技术,地质雷达检测技术可以分为剖面法、宽角法、多天线法等几种方法。其中最为常用的是剖面法,即发射天线和接收天线以固定间隔距离沿测线同步移动的一种测量方法。发射天线和接收天线同时移动一次便获得一个记录。当发射天线与接收天线同步沿测线移动时,就可以获得一系列记录组成的地质雷达时间剖面图像。其中横坐标为天线在地表测线上的位置,纵坐标为电磁波从发射天线发出经异常介质反射回到接收天线的双程走时。 当发射天线与接收天线之间的距离相对天线与异常介质的距离很小时,可以近似认为双程走时正比于天线与异常介质的距离。又由于电磁波在介质中的传播速度V 与介质的相对介电常数εr 有如下关系: V =c Πεr (1) 式中c 为真空中的电磁波传播速度,一般c =0.3m Πns 。因此, 当异常介质呈面状(如断层)时,在地质雷达剖面图上得到的异常面与实际界面相似;当异常介质呈点状(如洞穴)或线状(钢筋、水管)且走向与测线方向垂直时,在地质雷达剖面图上得到的异常面呈抛物线状(如图2)。根据这个特征,我们可以判断出异常介质的形状,并确定其位置。 图1　地质雷达工作流程示意 2　地质雷达检测技术探测滑坡体 2.1　某水电站滑坡体简介 某水利枢纽由主坝、副坝、泄洪、引水洞、发电站及竹木过坝 等建筑物组成。滑坡体位于大坝左岸电站进水口上游山坡中部坳坡段。右下侧边缘距引水洞进口仅20m 左右。滑坡体顶部边缘高程130～135m ,滑坡脚高程103m 。大致从南西向东北(即向库内)方向滑动,其东西长80～120m ,南北宽70～90m ,分布面积约8000m 2,体积约10万m 3。滑坡体地段第四纪覆盖层较深,主要为粘土、风化土,部分含碎石,多与下伏母岩有关,局 第39卷第5期人　民　长　江Vol.39,No.5 2008年3月 Y angtze River Mar.,　2008

地质雷达探测技术说明C.doc

减免税进口仪器、设备说明 今有中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院进口Scintrex公司CG-5型重力仪一套。 一、仪器主要部分 1.灵敏系统：主要部件由一个矩形石英框架支撑着，用一个支杆固定在密封器顶盖上。灵敏系统的位移方式属角位移。 2.测量系统：由测读装置、测程调节装置及纵、横水准器等组成，测量出弹簧长度变化后经过电子系统转化成电流的大小，从而数字化将测量值显示到主机显示屏上。 二、仪器性能 相比较其他传统金属弹簧重力仪而言Scintrex公司生产的CG-5型重力仪不容易产生掉格现象从而保证了更高的测量精度和稳定性： （一）石英材料的滞后作用比金属材料小。对于悬挂承重的石英弹簧来说，一旦去掉承重，弹簧就会精确地恢复原状，而一个金属弹簧则会保持一定的记忆。Scintrex所制造的石英传感器是整体铸造，包括石英弹簧及其悬挂连接点是一个整体结构，它的滞后作用比类似的金属部件要小许多。

（二）传感器的所有联结点，象悬挂弹簧的支点和石英弹簧本身焊成一个整体。相反，金属弹簧重力仪的各种功能部件都是通过机械连接装配在一起的。所以整体熔凝的石英传感器不会出现部件之间的滑移或内部变形。这是使石英传感器不易产生掉格的又一个重要原因，也使它很少出现测试数据混乱的现象。 （三）石英弹簧比金属弹簧具有比较大的温度系数，并且石英弹簧传感器是垂直悬挂式弹簧，对于相同的重力值，它的弹簧伸长比金属弹簧重力仪中的金属弹簧小。三、仪器工作原理 Scintrex公司CG-5型重力仪采用无静电熔凝石英材料做为传感器，是基于一种垂直悬挂式石英弹簧，弹簧末端的重锤上悬挂一根测量弹簧。当作用在重锤上的重力发生变化时，可以伸缩测量弹簧，使摆杆改变原来的静平衡位置。这样通过测量弹簧的伸缩量来测定重力的变化。重力变化同弹簧的伸缩量成线性关系，从而勘探地表重力场变化的先进仪器。 通过测定地表各点上的重力加速度的值，对地下介质和地质体的分布做出推断。 四、仪器技术参数 传感器类型：无静电熔凝石英 测量范围：8000mGal，不用重置 自动修正：潮汐、仪器倾斜、温度、噪声、地震噪声 尺寸：30cmX21cmX22cm 重量（含电池）：8kg 电池容量：2X6Ah(10.78V) 袖珍锂电池 功耗：25°C时4.5W 工作温度：-40～+45°C 环境温度修正：通常0.2microGal/°C 大气压力修正：通常0.15microGal/kPa 磁场修正：通常1microGal/Gauss(微伽/高斯) 五、仪器在教学中的应用 该仪器是我院“地球物理学”专业和“地球探测与信息技术”专业勘探地质构造、

地质雷达操作注意事项及日常维护

地质雷达操作注意事项及日常维护 1.出工前检查仪器及其配件是否齐全。 2.出工前先检查仪器工作正常与否，电池电量是否充足。 3.电源12伏特直流电源，红正黑负。采用220伏特交流稳压电源充 电，详见《电池使用注意事项》。SIR-20充电器在国内使用时应置于230VAC档。 4.仪器电板装入后，仪器即处于待机或工作状态，因此仪器长时间 不用或处于运输过程中，应把仪器电池取出。 5.电池或电瓶，要做定期维护。建议每个月做充电放电。 6.先连接系统各个部件，主机+电缆+天线+标记杆+测距轮，再接通 电源开机；先关机再拆设备附件。 7.更换设备部件（如电缆、天线、打标器、测距轮等等）要求无电 操作。即关闭主机电源后再拆或连接安装。 8.发现仪器信号不好或怀疑仪器工作不正常，先关闭主机电源再检 查电缆两端接头（电缆与主机的接头、电缆与天线的接头是否连接正确），检查完毕确认无误再接通电源开机。 9.电缆线应绕圈收放，不能折叠。 10.在工地现场注意保护仪器，轻拿、轻放，避免人为损坏。电缆线 应避免机械轧、拉，重物压损等现象造成断裂，避免长期在地面磨损。 11.如发现没有接收到雷达信号，应联系检查雷达电源电池是否连接、

电池是否有电、网络电缆线是否连接、网络ip地址是否被修改、关闭再开机检查仪器是否有信号、用不同的天线比对、用不同的电缆比对信号等，如初步判断某处有问题或发现不到问题，请及时联系厂家。 12.电缆连接防止虚接。联机时注意电缆接口方向，电缆接头应与面 板垂直，拧紧，与主机端旋转至红线处。天线端旋转至三个小卡槽露出，同时注意固定电缆。电缆与天线应用环行扣连接。13.仪器使用、搬运转移过程中，主机与天线注意防震。避免设备内 部部件接触不良。仪器主机要装箱运输。 14.天线系统应该轻拿轻放，或者测试过程中，防止长时间剧烈震荡 破坏天线系统。 15.测试时，100兆天线的长轴方向与电缆线垂直，成90度角。电缆 不能与天线平行，不能在天线上面过，也不在天线下面过。主机系统测试期间，应放置在3-5米范围以外。电缆不能绕圈，防止线圈产生交变电磁场干扰。 16.整套雷达系统应尽量远离高压线缆，防止强电磁干扰对仪器系统 造成损伤。 17.测试过程中要避免照明电缆、表面金属障碍物。在无法避开照明 电缆时，建议关闭照明电以后再进行雷达测试。 18.避免雷雨天操作。 19.出工测试，要保护好天线、电缆接头，做好防水措施。 20.整套雷达仪器系统应注意防水防尘防震。

地质雷达在工程勘探中的应用

探地雷达技术在工程勘探方面的应用 米晓利 (中国石油集团东方地球物理公司邮编 072751 ) 自九十年代中期，我们先后采用美国GSSI公司生产的系列探地雷达在工程勘探领域进行了不同地质问题的检测服务，积累了丰富的工作经验，现将我们在工程勘探和检测方面的应用情况介绍如下。 一、探地雷达的基本原理 探地雷达的工作原理是运用电磁波的理论，通过宽频带时域发射天线，向介质发射高频短脉冲电磁波。波在介质传播过程中遇到不同电性介面就会产生反射，再由接收天线接收反射回来的信息，由计算机将接收回来的数字信号进行分析计算和成像处理。 探地雷达与通信雷达技术极为相似，都是依据不同频率的天线向目的体发射电磁波来确定目的体的形状和位置的。同时电磁波的传播理论，与地震反射波法弹性波的传播理论又极为相似，两者都遵循同一形式的波动方程，因此探地雷达的解释与地震反射波法的解释很类似。 探地雷达发射的高频电磁波传播速度主要与介质的介电常数有关。电磁波在某种介质中传播时，遇到不同的界面（如岩体的脱空、充水等）将会产生反射和透射。运用这种原理即可解决不同领域的地质问题。 二、探地雷达在不同方面的应用 1、在公路检测方面的应用 探地雷达是一种可对公路质量进行无损检测的新技术，由于其良好的应用效果，近年来，在国内外都得到了广泛的应用。我们于2000年引进了当前国际上处于领先水平的美国GSSI公司SIR10-H道路检测雷达，并在此基础上进行研究开发，形成了一套完整的道路雷达检测技术。 根据反射波的双程走时，即可由式①推算出界面的深度。 H=v ?T/2 ① 对于公路面层（基层）厚度检测而言:

H 是面层（基层）厚度; v 是介质中电磁波的传播速度; T 是反射波的双程走时。 垂直极化电磁波垂直入射时，界面的反射系数为： 其中：εr1 、εr2为上下介质的相对介电常数。 公路面层或基层的施工都有严格的材料和施工工艺的要求，可认为各层介质电性是均匀的，各层之间即存在一个明显的界面，因此在雷达剖面上将出现强的界面反射。在上下面层或上下基层之间也存在电性差异，也将在雷达剖面产生界面反射。 2、在隧道超前预报、衬砌检测方面的应用 在公路、铁路等建设项目的隧道施工中，由于岩体的工程地质、水文地质条件的复杂多样性，对一些诸如断层、岩性变化、地层破碎带、充水、充泥、溶洞等地质灾害的探测仅靠前期的物探勘查工作是不够的，为避免灾害事故的发生，往往还要在隧道施工时，进行物探超前预报工作。目前主要采用的方法有地震反射法和探地雷达法，这些方法都在一些工程建设中发挥了重要作用。 超前预报应用实例 212 1r r r r r εεεε+- =Scans 沥青上面层 沥青下面层 沥青中面层 地面 基层 图1 某公路雷达检测图象