铁路隧道雷达检测方法

1. 隧道超前地质预报的各种方法、原理及使用条件

包括：HSP、TSP、TGP、TRT、TST、负视速度等各种方法。

1、TSP隧道

其工作原理是利用在隧道围岩以排列方式激发弹性波，弹性波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象，

这种反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来，输入到仪器中进行信号的放大、数字采集和处理， 实现 拾取掌子面前方岩体中的反射波信息，达到预报的目的。其中TSP、TGP、TRT应用的是反射理论，尚需在小孔径偏移成像病态问题方面进行努力。

2、TST隧道

该方法充分认识三维波场的复杂性，能进行方向滤波，仅保留掌子面前方的回波，避免现行超前预报方法中虚报、误报率高的技术缺陷。能准确确定掌子面前方围岩波速分布，为岩体工程类别判定提供依据，同时避免现行方法预报位置不准确的缺陷。

TST地质超前预报技术具有如下优点：

TST隧道超前预报技术是国内外唯一的实现了地下三维波场识别与分离的超前预报技术，有效消除侧向波和面波干扰，保证成像的真实性；

TST是唯一的实现了围岩波速精确分析的超前预报技术，保证构造定位的精确性；

TST是建立在逆散射成像原理基础上的超前预报技术，与传统的反射地震技术相比具有更高的分辨率。同时运用了地震波的运动学和动力学信息，不但可精确确定地质构造的位置，同时获得围岩力学性状的空间变化；

TST采用独特专业设计的观测方式，保证观测数据同时满足围岩波速分析、三维波场分离和方向滤波的需要。

3、HSP隧道

该方法和地震波探测原理基本相同，其原理是建立在弹性波理论的基础上，传播过程遵循惠更斯-菲涅尔原理和费马原理。本方法探测的物理前提是岩体间或不同地质体间明显的声学特性差异。测试时，在隧道施工掌子面或边墙一点发射低频声波信号，在另一点接收反射波信号。

采用时域、频域分析探测反射波信号，进一步根据隧道施工掌子面地质调查、地面地质调查及利用一隧道超前施工段地质情况推测另一平行隧道施工掌子面前方地质条件的预报方法，

便可了解前方岩体的变化情况，探测掌子面前方可能存在的岩性分界、断层、岩体破碎带、软弱夹层、以及岩溶等不良地质体的规模、性质及延伸情况等。

(1)铁路隧道雷达检测方法扩展阅读

目的

开挖前对地质情况的了解，对于隧洞建设有着十分重要的作用。

通过超前预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性，为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据，并为预防隧洞涌水、突泥、突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息，使工程单位提前做好施工准备，

保证施工安全，同时还可节约大量资金。所以隧洞超前预报对于安全科学施工、提高施工效率、缩短施工周期、避免事故损失、节约投资等具有重大的社会效益和经济效益。超前地质预报应达到下列目的：

1、进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质和水文地质条件，指导工程施工的顺利进行。

2、降低地质灾害发生的几率和危害程度。

3、为优化工程设计提供地质依据。

4、为编制竣工文件提供地质资料。

2. 地质雷达法检测隧道衬砌厚度和缺陷时，测线布置应符合什么要求

布线长度。隧道施工过程中质量检测以纵向布线为主，横向布线为辅。纵向布线位置应在拱顶、左右拱腰、左右边墙和隧底各布1条；横向布线一般线距为8－12m；采用点测时每断面不少于6个点，检测中发现不合格地段应加密测线或测点。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拱顶、左右拱腰、左右边墙各布1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，应加密测线或测点。三车道应在拱顶部位增加2条测线。D测线每5~10m应有里程标记。

3. 雷达是怎样侦测目标的

定义
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雷达概念形成于20世纪初。雷达是英文radar的音译，意为无线电检测和测距，是利用微波波段电磁波探测目标的电子设备。

组成
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各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但基本形式是一致的，包括五个基本组成部分:发射机、发射天线、接收机、接收天线以及显示器。还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。

工作原理
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雷达所起的作用和眼睛相似，当然，它不再是大自然的杰作，同时，它的信息载体是无线电波。 事实上，不论是可见光或是无线电波，在本质上是同一种东西，都是电磁波，传播的速度都是光速C,差别在于它们各自占据的波段不同。其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等)。
测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。
测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。测量仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。
测量速度是雷达根据自身和目标之间有相对运动产生的频率多普勒效应原理。雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。

应用
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雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。因此，它不仅成为军事上必不可少的电子装备，而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感中十分重要的传感器。以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状。其空间分辨力可达几米到几十米，且与距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面显示了很好的应用潜力。

种类
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雷达种类很多，可按多种方法分类：
（1）按定位方法可分为：有源雷达、半有源雷达和无源雷达。
（2）按装设地点可分为；地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。
（3）按辐射种类可分为：脉冲雷达和连续波雷达。
（4）按工作被长波段可分：米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其它波段雷达。
（5）按用途可分为：目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞行保障雷达、气象雷达、导航雷达等。
相控阵雷达是一种新型的有源电扫阵列多功能雷达。它不但具有传统雷达的功能，而且具有其它射频功能。有源电扫阵列的最重要的特点是能直接向空中辐射和接收射频能量。它与机械扫描天线系统相比，有许多显着的优点。

4. 建筑物质量无损检测

建筑物质量无损检测的内容主要包括:建筑物混凝土强度、厚度、缺陷检测;建筑物钢筋网度、缺失检测;建筑物钢筋锈蚀检测;建筑物混凝土电阻率检测;建筑物渗漏检测;建筑物结构应力检测;桥梁结构承载力检测。适用的地球物理方法主要有声波、探地雷达、电磁法、井间CT、电法、反射波法、预埋管透射法等。

隧道衬砌后，受诸多因素影响，衬砌混凝土可能出现厚度未达到设计要求或有脱空等质量问题，为及时发现衬砌质量问题，需对隧道衬砌质量进行快速和高分辨率的检测，为隧道工程的科学管理提供依据。在隧道质量检测中最常用的地球物理方法是探地雷达方法。

探地雷达法进行隧道衬砌质量检测的主要内容是混凝土密实性、脱空和衬砌厚度。检测中一般采用500MHz或900MHz高频天线，检测厚度可达几十厘米。测线一般布置在隧道的拱顶、拱腰及边墙三个部位，拱顶为隧道的正顶部附近，拱腰为隧道的起拱线以上1m左右，边墙为排水盖板以上1.5m左右。测量方式采用剖面法，测点间隔一般为几十厘米，由测量轮跟踪测量里程。

隧道衬砌厚度检测中，相关介质的物理参数如表10.5所示。

表10.5隧道衬砌厚度检测中相关介质的物理参数表

衬砌厚度评价，首先在探地雷达剖面上确认出混凝土与岩石界面间的反射波同相轴，读取反射波双程旅行时间，按公式H=v×t/2计算出混凝土衬砌厚度。速度v可通过明洞地段或钻孔资料标定;密实度的评价可根据探地雷达剖面反射波振幅、相位和频率特征划分为密实和不密实两种类型，不密实的混凝土体在雷达剖面上波形杂乱，同相轴错断;脱空体在雷达剖面上在混凝土与围岩胶接面处反射波同相轴呈弧形，与相邻道之间发生错位，依此特征可计算出空洞的范围。由于爆破使围岩表面凹凸不平，因此，在确定脱空时应对剖面上的异常加以细致的分析和确认。

某公路隧道全长约1.6km，为了全面了解衬砌质量，在隧道既将贯通前开展了探地雷达检测。该隧道衬砌类型为:Sm3———设计衬砌厚度40cm;Sm4———设计衬砌厚度35cm;Sm5———设计衬砌厚度30cm。图10.18为里程号K21+390～K21+430区段边墙测线的地质雷达剖面。该区段衬砌类型为Sm5。图中10ns附近起伏变化的同相轴为围岩界面反射波同相轴。图10.19为计算出的混凝土衬砌厚度曲线。

图10.18K21+390～K21+430区段边墙测线的地质雷达剖面

图10.19K21+390～K21+430区段边墙测线混凝土衬砌厚度解释曲线