杨翔钧
中铁西南科学研究院有限公司，四川 成都，610000
摘要：随着中国基础建设的飞速发展，隧道在交通领域占有极高的比例。而隧道的质量安全尤为重要。地质雷达作为一种高分辨率探测技术，其具有探测效率高、无损性探测、宽频带、分辨率高、抗干扰性强、使用灵活方便等优点集合，在隧道衬砌中得到广泛地应用。
为了规范现场检测，得到现场高质量的数据，对地质雷达检测技术分析进行标准化研究。具体为地质雷达测前准备工作、测线布置技术要求、测试参数设置及采集要求数据处理、数据处理几个方面。
关键词：隧道；地质雷达；检测技术
1 前言
地质雷达(Ground Penetrating Radar简称为GPR)系统是在地表上向地下发射某种形式的电磁波，电磁波在地下介质特性发生变化的界面上发生反射并返回地面，根据回波信号的时延、形状及频谱特性等参数，解译出地下目的体的深度、介质结构及性质。
地质雷达作为一种高分辨率探测技术，其具有探测效率高、无损性探测、宽频带、分辨率高、抗干扰性强、使用灵活方便等优点集合，在隧道衬砌中得到广泛地应用。
为了规范现场检测，得到现场高质量的数据，对地质雷达检测技术分析进行标准化研究。具体为地质雷达测前准备工作、测线布置技术要求、测试参数设置及采集要求数据处理、数据处理几个方面。
2地质雷达测前准备工作
进行现场数据采集前，需要根据工程实践情况进行测前准备工作。测前准备主要包括以下几个方面：
（1）资料收集
如隧道工程地质、水文地质情况；隧道的设计参数和实际施工参数。
（2）安全保障
测试工作必须确保测试人员的安全，需要的安全装备有反光背心、安全帽、安全绳、手套、手电筒等。
（3）测试架准备
测试架要求能稳固架设在挖机、铲车等机动车上，测试架稳固，能确保两个员工平稳站在测试架上方的测试台内，不摇晃、不歪斜，安全可靠
（4）里程标定
由于隧道较长，为了确保测试结果的异常区能准确定位，必须对测试隧道里程进行标定，并在隧道量测边墙上标注，确保测试过程中进行标记。
（5）制定测试方案
根据收集待测隧道的基本资料、现场勘察结果，结合测试目标进行测试方案制定，确保测试有的放矢。方案主要内容包括：仪器设备选择、参数设置、测线布设等。
2测线布置技术要求
为了保证在隧道现场内各个测点侧线时间上和空间上的合理安排，又能保证检测质量，对不同情况下的隧道侧线分为不同侧线布置。
1、隧道施工过程中的质量检测
隧道施工过程中的质量检测以纵向布线为主，横向布线为辅。纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰、左右仰拱、左右边墙和隧道底各布1条，如图4.6。横向布线可根据检测内容和要求本测线距，一般情况线距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。
2、隧道竣工验收质量检测
隧道竣工验收时质量检测应纵向布线，必要时刻横向布线。纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰和左右边墙各布1条；横向布线间距8-12m；采用点测时，每断面不少于5个点。需要确定回填空洞规模和范围时，应加密测线或测点。测线布设如图4.7。
3、三线隧道衬砌质量检测
隧道施工过程中或竣工验收的测线布设方式在以上布线的基础上，需要增加测线。增加测线的位置在隧道拱顶，且在每侧各总加1条测线。横向布线可根据检测内容和要求线距，一般情况线距8-12m；采用点测时每断面测点数控制在8-12个为益。检测中发现不合格地段应加密测线或测点。
3测试参数设置及采集要求
虽然隧道衬砌材料、结构、厚度等相关参数较明确，但因内部钢筋网、钢支撑等金属体对电磁波屏蔽作用较大，很大程度上影响了衬砌质量检测效果，因此在进行探测之前，需要充分考虑现场条件和隧道设计来调整雷达测试参数，提高测试效果和准确率。检测参数包括天线中心频率、时窗、采样率等。
⑴ 天线中心频率选择
天线中心频率的选择通常需要考虑三个主要因素：设计的空间分辨率、杂波的干扰和深度测量。根据每一个因素的计算都会得到一个中心频率。
一般说来，在满足分辨率且场地条件又许可时，应尽量使用中心频率较低的天线。
⑵ 时窗的选择
地质雷达系统的时窗选择主要取决于最大探测深度（单位：m）与地层电磁波速度（单位：m/ns）。一般实窗值增加30%，这是为介质速度与目标深度的变化所留出的余量.
⑶ 采样率选择
采样率(时间采样间隔)是记录的反射波采样点之间的时间间隔。采样率由尼奎斯特(Nyquist)采样定律控制，即采样率至少应达到记录的反射波中最高频率的2倍。
⑷ 扫描速率
扫描速率为每秒扫描采集的扫描线记录数，扫描速率大时，扫描线密集，可以提高天线的移动速度。扫描速率确定后，根据探测目标体尺度决定天线的移动速度，估算移动速度的圆柱是要保证最小的探测目标内至少有20条扫描线。移动速度与扫描线之间的关系如下：
移动速度（cm/s）≤扫描速率（Scans/s）×最小探测目标尺度（cm/Scan）(8)
⑸ 增益点数
增益点数的作用是使用扫描记录线上不同时段有不同的放大倍数，使各时段的信号能清晰的显示，优势是使用反射信号强度达到满度的2/3。隧道衬砌质量无损检测采用的组合天线大都为400MHz和900MHz，为了满足测试深度和精度需要，测试时窗在15-60ns，因此，增益点数为3-4个即可满足测试要求。
现场数据采集效果直接决定了成果的分析，是重要环节。因此，为了确保测试的有效性，需要安装一下步骤操作：
（1）设备连接，包括主机、电缆、天线、测试轮等的有效连接；
（2）设备运行情况检查，确保测试的有效性；
（3）测试参数设置；
（4）利用台车对隧道衬砌进行检测；
（5）对测试数据进行打标，打标距离为5-10m；
（6）数据保存；
（7）业务现场记录，记录包括测试时间、测试人员、测试隧道、测试设备、测线位置、测线方向、测线起始里程、测线文件名、打标错误或遗漏里程号、现场干扰源位置、空间变化情况等；
（8）介电常数标定
介电常数的标定可采用三种方式：一是在已知厚度部位或材料与隧道相同的其他预制件上测量；二是在洞口或洞内避车洞处使用双天线直达波法测量；三是钻孔标定。
为了确保标定介电常数的有效性，标定目标体的厚度一般不小于15cm，且厚度已知；标定记录中界面反射信号应清晰、准确。
4数据处理
隧道衬砌地质雷达检测原始数据，需要经过数据处理，得到有助于解释的数据或图像。原始资料中既包含有用信息，也包含各种相干和随机噪声，有些情况下有用信息可能被噪声掩盖，数据处理的目的是压制噪声，增强信号，提高资料信噪比，以便从数据中提取速度、振幅、频率、相位等特征信息，帮助解释人员对资料进行地质解释。
地质雷达的数据处理流程一般情况下可分为三部分。第一部分数据编辑：包括数据的连接，废道的剔除，数据观测方向的一致化等；第二部分常规处理：数字滤波、振幅处理、反褶积和偏移等；第三部分包括剖面的修饰处理的相干加强，以及数字图像处理技术中的一些图像分割方法等。
（1）数据编辑
包括了数据合并、废道剔除、测线方向一致化、漂移处理四个步骤
（2）常规处理
包括了数字滤波包括了理想低通滤波、理想高通滤波、理想带通滤波、变滤波、变谱白化、中值滤波
（3）处理
包括了偏移归位、绕射扫描叠加、图像的增强处理、振幅恢复、道内均衡、处理流程研究。
地质雷达数据处理目的是为了通过一系列的数据处理来消除或压制各种干扰及噪声，从而提取或增强有效信号，从而提高数据信噪比，从而达到提高分辨率的目的。
5总结与展望
通过地质雷达检测技术分析标准化研究，能使地质雷达在现场检测中提供高质量的数据从而提高检测效率达到提升检测精度的目的。相信在未来，会有更加智能化的操作流程以及硬件设施，提升地质雷达的效用。
参考文献
References
[1]?杨峰，彭苏萍．地质雷探测原理与方法研究[M]．北京：科学出版2010：
Yang Feng, Peng Suping. Study on detection principle and method of ground penetrating radar [M]. Beijing: Science Press, 2010: 8-9
·