地質(zhì)雷達(dá)在隧道檢查井探測中的應(yīng)用

薄小飛

（山西省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，山西 太原 030006）

隧道中央排水溝是隧道結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，但在施工過程中由于施工不當(dāng)可能會造成排水溝堵塞，影響結(jié)構(gòu)的安全。如何快速查明中央排水溝的位置就顯得非常重要。

由于施工過程中沒有做好標(biāo)記或清晰的記錄在案，使得尋找檢查井變的盲目，極大地增加了工作量。選擇合適的探測方案以及探測儀器就變得尤為重要。

1 地質(zhì)雷達(dá)原理

地質(zhì)雷達(dá)探測原理是其發(fā)射天線向地下連續(xù)發(fā)射脈沖式高頻電磁波，當(dāng)遇到有電性差異的界面或目標(biāo)體（介電常數(shù)和電導(dǎo)率不同）時即發(fā)生反射波和透射波。接收天線接收反射波并經(jīng)電纜傳遞給主機，在主機顯示屏上形成實時的時間剖面。根據(jù)記錄到的反射波的到達(dá)時間和求得的電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，確定界面或目標(biāo)體的深度；同時根據(jù)反射波的形態(tài)、強弱及其變化等因素來判定目標(biāo)體的性質(zhì)[1]。探測原理如圖1所示。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)探測原理示意圖

另外，根據(jù)雷達(dá)反射信號的特點可知，對于孤立的埋設(shè)物其反射的同向軸為向下開口的拋物線，有限平板界面反射的同向軸中部為平板，兩端為半支下開口拋物線[2]。該特點是判斷金屬構(gòu)件的一個重要特征。反射圖像如圖2所示。

圖2 獨立埋設(shè)物反射圖像

2 工程實例

現(xiàn)以山西某高速公路隧道為工程實例，隧道檢查井井蓋為水泥井蓋（井蓋內(nèi)有鋼筋網(wǎng)）和金屬井蓋。檢測儀器：采用勞雷公司的SIR-20型地質(zhì)雷達(dá)并配備400 M天線；檢測方法：檢測時沿隧道中線附近貫穿整條隧道。檢測時，檢測人員時刻關(guān)注雷達(dá)圖像，發(fā)現(xiàn)異常點及時暫停，并將儀器向后倒退至異常點后方，以緩慢的速度重新測試一次，以確認(rèn)異常點是否為井蓋。

檢測過程中，水泥井蓋反射圖像如圖3、圖4所示。

圖3 水泥井蓋雷達(dá)反射圖像

圖4 放大后的水泥井蓋雷達(dá)反射圖像

圖3為正常探測速度下水泥井蓋的雷達(dá)反射圖像，圖4為緩慢速度下水泥井蓋的放大圖像。通過圖3、圖4可知：雷達(dá)天線經(jīng)過水泥井蓋時呈現(xiàn)出強烈的反射，并且該反射由多條拋物線組成（如圖3所示）。這是由于井蓋中敷設(shè)有鋼筋網(wǎng)，當(dāng)鋼筋遇到雷達(dá)電磁波時會產(chǎn)生強烈反射，鋼筋的反射圖像呈現(xiàn)拋物線形狀，且水泥井蓋中的鋼筋為多條，故探測到水泥井蓋時會呈現(xiàn)出由多個拋物線組成的圖像。

金屬井蓋反射圖像如圖5、圖6所示。

圖5 金屬井蓋雷達(dá)反射圖像

圖6 放大后的金屬井蓋雷達(dá)反射圖像

圖5為正常探測速度下金屬井蓋的雷達(dá)反射圖像，圖6為緩慢速度下金屬井蓋的放大圖像。通過圖5、圖6可知：雷達(dá)天線經(jīng)過金屬井蓋時會呈現(xiàn)出強烈反射，并且該反射像呈拉長后的拋物線。這是由于金屬井蓋遇到雷達(dá)電磁波產(chǎn)生強烈反射，且井蓋的尺寸相對較大，所以會產(chǎn)生中間為平板的拋物線。

通過水泥井蓋和金屬井蓋雷達(dá)圖像的對比可知：兩種情況下的雷達(dá)電磁波反射明顯，都呈現(xiàn)出了類似拋物線形狀的圖像，但是兩者又有許多不同之處。首先，水泥井蓋是由網(wǎng)狀鋼筋組成，雷達(dá)探測到的是較密集的鋼筋反射圖像，并且對雷達(dá)信號的屏蔽作用較小；其次，金屬井蓋是由整塊鋼板組成，雷達(dá)探測到的是尺寸較大的金屬的反射，雷達(dá)信號反射更強烈，并且對雷達(dá)信號的屏蔽作用明顯。

3 結(jié)論

地質(zhì)雷達(dá)在隧道檢查井探測中應(yīng)用效果明顯，不同的檢查井井蓋雷達(dá)反射圖像差異顯著。水泥井蓋的雷達(dá)反射圖像是較密集的鋼筋反射圖像，且對雷達(dá)信號的屏蔽作用較??；金屬井蓋的雷達(dá)信號反射更強烈，且對雷達(dá)信號的屏蔽作用明顯。能夠準(zhǔn)確掌握不同井蓋之間雷達(dá)圖像的差異是快速判斷井蓋位置的關(guān)鍵。