ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－９２３５．２０１４．０４．０３１ ２０１４年第４期・ＰＥＡＲＬ ＲＩＶＥＲ人民珠江 探地雷达技术在引水隧洞 衬砌质量检测中的应用研究 刘洪一 （珠江水利科学研究院，广东 广州５１０６１１） 摘要：探地雷达可以高效的、连续的、非破坏性的对水工引水隧洞进行隐患详细排查检测。现简要介绍探地雷达 的探测原理和各种测试参数包括天线中心频率、时窗、采样率和介电常数的选取，以及隧洞衬砌各种常见病害在雷 达图像中的对应特征的判读与解释。为探地雷达检测技术应用于水工引水隧洞混凝土衬砌质量检测提供参考，也 为隧洞施工方对隧洞的质量隐患修补和处理提供行之有效的基础资料，避免了盲目的修补处理和资源浪费。 关键词：探地雷达；引水隧洞；衬砌检测 中图分类号：ＴＶ５５４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—９２３５（２０１４）４０－００８９－０３ １前言 需要的雷达色谱波列图，再根据电磁波的双向传播时问和电 随着水利水电工程的建设不断发展，引水隧洞的建设越 磁波在介质中的传播特征等多种因素综合分析，从而判断和 来越多，引水隧洞质量隐患问题也突出显现出来。衬砌作为 识别所探测地下介质的异常分布情况。 隧洞主体受压结构，其建设质量是确保水利水电工程安全运 ３探地雷达的测试参数 营的基本保障。传统的检测方法如钻芯取样法工作量大、效 ３．１天线中心频率的选择 率低下、代表性低，对衬砌本身造成损伤，为日后工程的健康 根据探测对象的深度、大小和场地所允许使用条件来选 运行带来了诸多隐患。这样的检测方法已经满足不了目前 择天线的中心频率。相同条件下，如果探测对象的埋深较 施工检测的需要，而探地雷达由于本身具有快速、无损、经 深，则需要选择天线中心频率较低的天线。根据探测目标的 济、抗干扰强、分辨率高等优点，对解决目前检测引水隧洞衬 差异，天线中心频率按下式计算： 砌质量存在的问题是一种实用的方法。 ２探地雷达原理 厂＝ （２） 探地雷达原理是通过发射天线向地下发射广谱、高频电 式中厂——天线中心频率，ＭＨｚ； ——空间分辨率（１１１），即 磁波短脉冲信号，由接收天线接收地下反射回来的电磁波信 探地雷达所能识别最小尺寸的探测对象； ——所需 号来推断目标体介质结构分布的特征和异常。探地雷达通 探测介质的相对介电常数。 过天线发射电磁波对探测目标体进行全断面测量的方式获 ３．２ 时窗的选择 取雷达波图像，电磁波信号在地下介质内部传播时，如果介 时窗是指数据采集合成记录时的特征子波长度所对应 电常数有所差异，就会发生反射、透射和折射。不同介质的 的时间。时窗的选择应基于最大探测距离ｄ…与介质的电 介电常数的差异与反射的电磁波信号的能量成正比。 磁波速 而定，可按下式估算： 通常用反射系数Ｒ来表示这种波阻抗差异： Ｗ＝１．３×＝＝ （３） 尺≈（叼 一叼 ）／（ ２一 １） 一（￣／８ ～ ８：）／（ ｓ。＋￣／ ） （１） 式中 ——时窗，ｄ ——需要的探测深度，ｍ； ——介 式中叩。、町 ——上层与下层介质的波阻抗，ｓ。、 ：—— 质中电磁波的传播速度，ｍ／ｎｓ。 上层与下层介质的介电常数。 时间窗口的选择是否合理将直接影响到电磁波图像的 发射天线连续向地下发射高频电磁波束，与此同时，位 显示效果，考虑到深度和速度的变化，一般增加０．３倍的余 于地面上的接收天线主要接收来自地下的存在介电常数差 量，如选择的过小会丢失所要探测目标体底部数据信息，选 异地质体反射回来的电磁波和其他干扰波等。反射回来电 的过大底部信号将会出现失真，上部的信号的分辨率也会下 磁波的波形、波幅等主要特征由雷达主机及时记录，记录的 降，不能清楚的反映地质异常。 电磁波经过增益、叠加和滤波等技术处理后，根据需求形成 ３．３ 采样率的选择 收稿日期：２０１４－０４４）４ 作者简介：刘洪一，男，河南长葛人，主要从事水利工程物探方面的试验检测研究。 ８９