鐵路隧道雷達檢測方法

1. 隧道超前地質預報的各種方法、原理及使用條件

包括：HSP、TSP、TGP、TRT、TST、負視速度等各種方法。

1、TSP隧道

其工作原理是利用在隧道圍岩以排列方式激發彈性波，彈性波在向三維空間傳播的過程中，遇到聲阻抗界面，即地質岩性變化的界面、構造破碎帶、岩溶和岩溶發育帶等，會產生彈性波的反射現象，

這種反射波被布置在隧道圍岩內的檢波裝置接收下來，輸入到儀器中進行信號的放大、數字採集和處理， 實現 拾取掌子面前方岩體中的反射波信息，達到預報的目的。其中TSP、TGP、TRT應用的是反射理論，尚需在小孔徑偏移成像病態問題方面進行努力。

2、TST隧道

該方法充分認識三維波場的復雜性，能進行方向濾波，僅保留掌子面前方的回波，避免現行超前預報方法中虛報、誤報率高的技術缺陷。能准確確定掌子面前方圍岩波速分布，為岩體工程類別判定提供依據，同時避免現行方法預報位置不準確的缺陷。

TST地質超前預報技術具有如下優點：

TST隧道超前預報技術是國內外唯一的實現了地下三維波場識別與分離的超前預報技術，有效消除側向波和面波干擾，保證成像的真實性；

TST是唯一的實現了圍岩波速精確分析的超前預報技術，保證構造定位的精確性；

TST是建立在逆散射成像原理基礎上的超前預報技術，與傳統的反射地震技術相比具有更高的解析度。同時運用了地震波的運動學和動力學信息，不但可精確確定地質構造的位置，同時獲得圍岩力學性狀的空間變化；

TST採用獨特專業設計的觀測方式，保證觀測數據同時滿足圍岩波速分析、三維波場分離和方向濾波的需要。

3、HSP隧道

該方法和地震波探測原理基本相同，其原理是建立在彈性波理論的基礎上，傳播過程遵循惠更斯-菲涅爾原理和費馬原理。本方法探測的物理前提是岩體間或不同地質體間明顯的聲學特性差異。測試時，在隧道施工掌子面或邊牆一點發射低頻聲波信號，在另一點接收反射波信號。

採用時域、頻域分析探測反射波信號，進一步根據隧道施工掌子面地質調查、地面地質調查及利用一隧道超前施工段地質情況推測另一平行隧道施工掌子面前方地質條件的預報方法，

便可了解前方岩體的變化情況，探測掌子面前方可能存在的岩性分界、斷層、岩體破碎帶、軟弱夾層、以及岩溶等不良地質體的規模、性質及延伸情況等。

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目的

開挖前對地質情況的了解，對於隧洞建設有著十分重要的作用。

通過超前預報，及時發現異常情況，預報掌子面前方不良地質體的位置、產狀及其圍岩結構的完整性與含水的可能性，為正確選擇開挖斷面、支護設計參數和優化施工方案提供依據，並為預防隧洞涌水、突泥、突氣等可能形成的災害性事故及時提供信息，使工程單位提前做好施工准備，

保證施工安全，同時還可節約大量資金。所以隧洞超前預報對於安全科學施工、提高施工效率、縮短施工周期、避免事故損失、節約投資等具有重大的社會效益和經濟效益。超前地質預報應達到下列目的：

1、進一步查清隧道開挖工作面前方的工程地質和水文地質條件，指導工程施工的順利進行。

2、降低地質災害發生的幾率和危害程度。

3、為優化工程設計提供地質依據。

4、為編制竣工文件提供地質資料。

2. 地質雷達法檢測隧道襯砌厚度和缺陷時，測線布置應符合什麼要求

布線長度。隧道施工過程中質量檢測以縱向布線為主，橫向布線為輔。縱向布線位置應在拱頂、左右拱腰、左右邊牆和隧底各布1條；橫向布線一般線距為8－12m；採用點測時每斷面不少於6個點，檢測中發現不合格地段應加密測線或測點。隧道竣工驗收時質量檢測應縱向布線，必要時可橫向布線。縱向布線的位置應在拱頂、左右拱腰、左右邊牆各布1條；橫向布線線距8－12m；採用點測時每斷面不少於5個點。需確定回填空洞規模和范圍時，應加密測線或測點。三車道應在拱頂部位增加2條測線。D測線每5~10m應有里程標記。

3. 雷達是怎樣偵測目標的

定義
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雷達概念形成於20世紀初。雷達是英文radar的音譯，意為無線電檢測和測距，是利用微波波段電磁波探測目標的電子設備。

組成
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各種雷達的具體用途和結構不盡相同，但基本形式是一致的，包括五個基本組成部分:發射機、發射天線、接收機、接收天線以及顯示器。還有電源設備、數據錄取設備、抗干擾設備等輔助設備。

工作原理
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雷達所起的作用和眼睛相似，當然，它不再是大自然的傑作，同時，它的信息載體是無線電波。 事實上，不論是可見光或是無線電波，在本質上是同一種東西，都是電磁波，傳播的速度都是光速C,差別在於它們各自占據的波段不同。其原理是雷達設備的發射機通過天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射碰到的電磁波；雷達天線接收此反射波，送至接收設備進行處理，提取有關該物體的某些信息(目標物體至雷達的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等)。
測量距離實際是測量發射脈沖與回波脈沖之間的時間差，因電磁波以光速傳播，據此就能換算成目標的精確距離。
測量目標方位是利用天線的尖銳方位波束測量。測量仰角靠窄的仰角波束測量。根據仰角和距離就能計算出目標高度。
測量速度是雷達根據自身和目標之間有相對運動產生的頻率多普勒效應原理。雷達接收到的目標回波頻率與雷達發射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。從多普勒頻率中可提取的主要信息之一是雷達與目標之間的距離變化率。當目標與干擾雜波同時存在於雷達的同一空間分辨單元內時，雷達利用它們之間多普勒頻率的不同能從干擾雜波中檢測和跟蹤目標。

應用
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雷達的優點是白天黑夜均能探測遠距離的目標，且不受霧、雲和雨的阻擋，具有全天候、全天時的特點，並有一定的穿透能力。因此，它不僅成為軍事上必不可少的電子裝備，而且廣泛應用於社會經濟發展(如氣象預報、資源探測、環境監測等)和科學研究(天體研究、大氣物理、電離層結構研究等)。星載和機載合成孔徑雷達已經成為當今遙感中十分重要的感測器。以地面為目標的雷達可以探測地面的精確形狀。其空間分辨力可達幾米到幾十米，且與距離無關。雷達在洪水監測、海冰監測、土壤濕度調查、森林資源清查、地質調查等方面顯示了很好的應用潛力。

種類
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雷達種類很多，可按多種方法分類：
（1）按定位方法可分為：有源雷達、半有源雷達和無源雷達。
（2）按裝設地點可分為；地面雷達、艦載雷達、航空雷達、衛星雷達等。
（3）按輻射種類可分為：脈沖雷達和連續波雷達。
（4）按工作被長波段可分：米波雷達、分米波雷達、厘米波雷達和其它波段雷達。
（5）按用途可分為：目標探測雷達、偵察雷達、武器控制雷達、飛行保障雷達、氣象雷達、導航雷達等。
相控陣雷達是一種新型的有源電掃陣列多功能雷達。它不但具有傳統雷達的功能，而且具有其它射頻功能。有源電掃陣列的最重要的特點是能直接向空中輻射和接收射頻能量。它與機械掃描天線系統相比，有許多顯著的優點。

4. 建築物質量無損檢測

建築物質量無損檢測的內容主要包括:建築物混凝土強度、厚度、缺陷檢測;建築物鋼筋網度、缺失檢測;建築物鋼筋銹蝕檢測;建築物混凝土電阻率檢測;建築物滲漏檢測;建築物結構應力檢測;橋梁結構承載力檢測。適用的地球物理方法主要有聲波、探地雷達、電磁法、井間CT、電法、反射波法、預埋管透射法等。

隧道襯砌後，受諸多因素影響，襯砌混凝土可能出現厚度未達到設計要求或有脫空等質量問題，為及時發現襯砌質量問題，需對隧道襯砌質量進行快速和高解析度的檢測，為隧道工程的科學管理提供依據。在隧道質量檢測中最常用的地球物理方法是探地雷達方法。

探地雷達法進行隧道襯砌質量檢測的主要內容是混凝土密實性、脫空和襯砌厚度。檢測中一般採用500MHz或900MHz高頻天線，檢測厚度可達幾十厘米。測線一般布置在隧道的拱頂、拱腰及邊牆三個部位，拱頂為隧道的正頂部附近，拱腰為隧道的起拱線以上1m左右，邊牆為排水蓋板以上1.5m左右。測量方式採用剖面法，測點間隔一般為幾十厘米，由測量輪跟蹤測量里程。

隧道襯砌厚度檢測中，相關介質的物理參數如表10.5所示。

表10.5隧道襯砌厚度檢測中相關介質的物理參數表

襯砌厚度評價，首先在探地雷達剖面上確認出混凝土與岩石界面間的反射波同相軸，讀取反射波雙程旅行時間，按公式H=v×t/2計算出混凝土襯砌厚度。速度v可通過明洞地段或鑽孔資料標定;密實度的評價可根據探地雷達剖面反射波振幅、相位和頻率特徵劃分為密實和不密實兩種類型，不密實的混凝土體在雷達剖面上波形雜亂，同相軸錯斷;脫空體在雷達剖面上在混凝土與圍岩膠接面處反射波同相軸呈弧形，與相鄰道之間發生錯位，依此特徵可計算出空洞的范圍。由於爆破使圍岩表面凹凸不平，因此，在確定脫空時應對剖面上的異常加以細致的分析和確認。

某公路隧道全長約1.6km，為了全面了解襯砌質量，在隧道既將貫通前開展了探地雷達檢測。該隧道襯砌類型為:Sm3———設計襯砌厚度40cm;Sm4———設計襯砌厚度35cm;Sm5———設計襯砌厚度30cm。圖10.18為里程號K21+390～K21+430區段邊牆測線的地質雷達剖面。該區段襯砌類型為Sm5。圖中10ns附近起伏變化的同相軸為圍岩界面反射波同相軸。圖10.19為計算出的混凝土襯砌厚度曲線。

圖10.18K21+390～K21+430區段邊牆測線的地質雷達剖面

圖10.19K21+390～K21+430區段邊牆測線混凝土襯砌厚度解釋曲線