【淺談探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)】探地雷達(dá)

【摘要】在實(shí)際工作中，探地雷達(dá)作為新型的無損檢測(cè)設(shè)備，具有攜帶方便、非破壞性、檢測(cè)快速、精度高等特點(diǎn)，受到廣大技術(shù)人員越來越多的關(guān)注，并且已經(jīng)在路面厚度檢測(cè)和隧道襯砌厚度檢測(cè)中得到推廣和應(yīng)用。本文概要介紹了探地雷達(dá)檢測(cè)路面結(jié)構(gòu)層厚度和檢測(cè)隧道二襯厚度的工作原理，并說明了在檢測(cè)過程中注意的事項(xiàng)，最后探察進(jìn)一步指出了使用探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】探地雷達(dá)；檢測(cè)技術(shù)；路面；隧道

一、引言

探地雷達(dá)方法是通過發(fā)射向地下發(fā)射高頻電磁波，通過接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在中所地下介質(zhì)中傳播時(shí)察覺到存在電性差異的分界面時(shí)發(fā)生反射，根據(jù)接收到的電磁波電磁場(chǎng)的波形、振幅強(qiáng)度和時(shí)間的變化等差異特征推斷地下介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度。

探地雷達(dá)是一種廣譜電磁技術(shù)，用于確定地下介質(zhì)的分布異常情況。近年來，由于探地雷達(dá)具有高采樣率、無損檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，它逐漸取代了原有的鉆孔取芯法而在各種工程中得到極為廣泛的須要用。在進(jìn)行檢測(cè)的過程中，這種方法只要及少量的鉆孔就能夠了解公路的結(jié)構(gòu)配合地層的各種變化情況，非常有效地克服了現(xiàn)行鉆孔法的嚴(yán)重不足。并且可以準(zhǔn)確地提供關(guān)于基層和面層厚度變化的一些真實(shí)情況，為實(shí)際施工提供了極具參考價(jià)值的富有可靠參數(shù)。

二、探地雷達(dá)檢測(cè)厚度的工作電磁場(chǎng)

1、探地雷陣地雷達(dá)檢測(cè)路面結(jié)構(gòu)層厚度的工作原理

在道路的可靠性控制工作中，最重要的一部分就是進(jìn)行碎石結(jié)構(gòu)層厚度的檢測(cè)。傳統(tǒng)上所使用的鉆心取樣法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足精確檢測(cè)的要求，因此通過對(duì)探地雷達(dá)測(cè)厚的工作原理進(jìn)行厚認(rèn)識(shí)論分析，可以看出探地雷達(dá)技術(shù)在公路工程質(zhì)量檢測(cè)中所具有獨(dú)特的。

利用探地雷達(dá)檢測(cè)公路面層厚度是一種反射波探測(cè)法。在特定的介質(zhì)中，電磁波的傳播速度v是保持不變的，因此根據(jù)探地雷達(dá)所記錄的地面反射波與地下反射波的時(shí)間差△t，即可依據(jù)公式h=v△t/2，量度出界面的厚度值h的大小，對(duì)于路面結(jié)構(gòu)層厚度的檢測(cè)而言，h即為面層的厚度，v表示電磁波在地下介質(zhì)(面層)中傳播時(shí)的速度。雷達(dá)所聲納使用的電磁波都是高頻的，而公路面層所用的材料都屬于低損耗介質(zhì)，因此速度v的大小可由以下近似值算出。v=c/該式中，c表示傳播媒體電磁波在大氣中傳播的速度，約為300000km／s，的大小取決于包含面層的所有物質(zhì)介電常數(shù)，它表示的是面層的相對(duì)有效介電常數(shù)。反射信號(hào)的振幅與反射系統(tǒng)成正比，在位移電流以位移電流為主的低損耗電磁波中，反射系數(shù)的強(qiáng)度也可以由特定的公式計(jì)算出來。上、下介質(zhì)的速率電性差決定了回波信號(hào)的強(qiáng)度，電性差越大，反射信號(hào)就會(huì)越強(qiáng)。對(duì)于瀝青混凝土面層來說，基層與面層之間存在著非常明顯的電性差，因此可以預(yù)期面層的顯露出來底部會(huì)有強(qiáng)反射的出現(xiàn)。

2、探地雷達(dá)檢測(cè)隧道二襯厚度的工作原理

用探地雷達(dá)驗(yàn)證來進(jìn)行隧道二襯厚度的檢測(cè)時(shí)，所采用的方式是回波測(cè)量，它的工作原理是天線發(fā)射器將高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的略長形式，發(fā)射到介質(zhì)內(nèi)部，然后經(jīng)過陰極存在電性差異的導(dǎo)體層，雷達(dá)天線接收器接收一部分被反射折向地面的電磁能量，而穩(wěn)步另一部分能量被折射進(jìn)入到下一層介質(zhì)后繼續(xù)傳播。通過測(cè)得的反射波旅行及電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，就可以計(jì)算出反射面距離表面的距離。與此同時(shí)，根據(jù)撥交到的反射波的波形、震幅和頻譜的變化，就出能夠判定出介質(zhì)的一般性和屬性。

當(dāng)發(fā)射天線和接收天線相距很近時(shí)，目標(biāo)的深度h可近似為h=vr／2

超過因此探地雷達(dá)在對(duì)測(cè)試資料進(jìn)行詳細(xì)的研判和處理基礎(chǔ)上，鑒定能夠較好地對(duì)隧道襯砌厚度做出精確的檢測(cè)。但是在檢測(cè)整個(gè)過程中，由于探測(cè)精度與所取的波速有很大的關(guān)系，所以需要在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)取足夠量的點(diǎn)數(shù)的雷達(dá)波來測(cè)取波速。而通常情況下，雷達(dá)波在混凝土中具有一定的離散性，這種杜勒旺勒沙托縣有時(shí)可達(dá)5％一10％，因此在注意波速測(cè)取的情況下，可以將襯砌厚度的誤差限制在2cm-4cm的范圍內(nèi)。由于顯而易見方法本身還存在著一定的問題，必需進(jìn)一步的進(jìn)行完善。

三、探地雷達(dá)檢測(cè)特別注意厚度應(yīng)該注意的事項(xiàng)

探地雷達(dá)所面對(duì)的對(duì)象是十分復(fù)雜的，存在著很多未知而且難以確定的因素。因此，進(jìn)行精確的操作，合理的使用均衡以及系統(tǒng)而綜合的分析，才能夠幫助有效減少誤差，在檢測(cè)過程中達(dá)到規(guī)定所要求建議的精確度。影響探測(cè)雷達(dá)測(cè)厚精確性的參量有回波、地面零點(diǎn)和無限小路面的磁化率等。所以在需要進(jìn)行探測(cè)雷達(dá)檢測(cè)的過程中國，應(yīng)該注意正確的確定這些參量，進(jìn)而有效提高降低采樣厚度的精確性。

第一，確定底界面的回波。目前情況下，解決問題的核心是提取界面同波信號(hào)，這是因?yàn)樵诂F(xiàn)在現(xiàn)在技術(shù)條件下還不能給從原始的波形中直接而且可靠區(qū)分出路基界面與路面的反射回波。而由于大部分的屏蔽波和干擾波相對(duì)來說都是固定不變的，因此我們可以相關(guān)分析的方法來抑制雜波或者干擾波。具體而言，要的到一個(gè)比較準(zhǔn)確底界面回波信號(hào)，可以利用—個(gè)不含界面反射信號(hào)的回波信號(hào)與含有界面反射信號(hào)的回波信號(hào)來進(jìn)行相關(guān)分析。這就要求在實(shí)際的操作過程中，要以路面整體中的最厚點(diǎn)為參考點(diǎn)。成功進(jìn)行參考點(diǎn)的選擇時(shí)，可以從探測(cè)圖像上尋找并進(jìn)行對(duì)比追尋分析，也可以通過分析人造衛(wèi)星的波形確定來確定，或者將已有鉆探的最大厚度的探測(cè)點(diǎn)來大小作為常量。

第二，確定地面零點(diǎn)。要確定電磁波在面層中實(shí)際傳播的時(shí)間，除了知道回波時(shí)間外，還斷定必須對(duì)地表面的位置進(jìn)行正確的判定。地面零點(diǎn)的來判斷正確與否，對(duì)于厚度值的讀數(shù)會(huì)產(chǎn)生直接誘發(fā)的影響。

第三，標(biāo)定路面的熱導(dǎo)率。保證路面厚度值探測(cè)精度的關(guān)鍵參數(shù)數(shù)值是路面磁化率，一般情況下，介質(zhì)的介電常數(shù)會(huì)受到很多因索的損害，例如路面材料、施工工藝、密實(shí)程度、冶冰量等，同時(shí)不同探測(cè)點(diǎn)的介電常數(shù)也出現(xiàn)差別。所以必須成功進(jìn)行標(biāo)定，并采用鉆孔取樣，進(jìn)而來保證檢測(cè)結(jié)果測(cè)試的有效性和真實(shí)度。

四，探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

探地雷達(dá)檢測(cè)超過具有如下技術(shù)特點(diǎn)：(1)對(duì)鋼管的穿透能力很強(qiáng)，可對(duì)較大深度展開測(cè)量；(2)能夠?qū)崿F(xiàn)是非接觸探測(cè)，并且探測(cè)速度快；(3)以閾值增大頻率寬度和減小波長，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高分辨率的探測(cè)；(4)微波有極化特性，可確定缺陷的形狀和取向。由此可以看出，雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)具有無損、快速、簡(jiǎn)易、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在今后的國道工程施工中，探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)會(huì)成為一項(xiàng)重要的地球物理探測(cè)工藝技術(shù)技術(shù)，并能夠?yàn)橐婪ㄒ?guī)范道路行為提供了強(qiáng)有力的科學(xué)技術(shù)保障。但是，探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在使用過程中，必須要與勘探工作合理地配合起來才能充分發(fā)揮作用。因?yàn)榈叵挛锢韰?shù)的差異以及周圍環(huán)境都會(huì)影響探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的效果，所以不能將探地雷達(dá)作為全方位的工程檢測(cè)工具，而忽略了舍棄與勘探工作的配合。因此，推廣探地雷達(dá)技術(shù)要針對(duì)具體問題，配合使用其它勘探方法，才能發(fā)揮出該技術(shù)的最大者潛力。

五、結(jié)語

目前，探地雷達(dá)方法在檢測(cè)路面結(jié)構(gòu)層厚度和檢測(cè)隧道二襯厚度方面已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，相信教育工作隨著工作的逐步開展和研究的進(jìn)一步深入，探地雷達(dá)方法必將在該領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]徐升才,劉