原理

探地雷达作为一种地球物理探测仪器，广泛应用于工程质量检测中。它是利用高频电磁波以脉冲的形式由天线发射到被检测的介质当中，高频电磁波脉冲在介质中传播时，遇到物性差异的界面将会产生反射，反射回来的电磁波部分被天线接收，雷达主机系统对发射和接收的电磁波进行处理分析，得到一定深度范围内探测介质的剖面图像。该方法在我国的隧道衬砌结构质量检测中得到了大量应用，探测技术日渐成熟，但由于隧道施工环境的复杂性以及工作人员对检测资料解读能力的不同，致使检测结果的判释也有所不同。因此更进一步对隧道衬砌结构质量检测进行研究具有重要的意义。

雷达波在介质中的传播时间采用双程走时表示，通常是由接收的反射脉冲相对于发射脉冲的延时来确定，然后根据高频电磁波脉冲在介质中的传播速度、传播时间，计算出目标体的埋深。雷达主机系统根据脉冲反射波的波形以图像形式记录下来，波形峰谷值采用黑白相间或灰阶色图的同向轴表示，通过其波形图可形象地反映出被探测介质中反射界面、构造情况等。图1为探地雷达的工作原理示意图，测线上的每个测点位置均以铅垂方向记录波形，然后由每一道波形构成雷达剖面图。

雷达反射信号的强弱取决于介质的介电常数，相邻介质的介电常数差异越大，反射信号越

强，差异越小，反射信号越弱。

雷达波的穿透深度和分辨率取决于介质属性和高频电磁波的发射频率，由于雷达天线发射的高频电磁波脉冲主要是在非理想介质中传播，因此其衰减速度较快。而在相同介质中，高频电磁波的穿透深度与发射频率呈反相关，频率越低，穿透深度越深，频率越高，穿透深度越小；其图像的分辨率则与雷达波发射频率呈正相关，频率越低，分辨率越低，频率越高，分辨率越高。

施工布置方法

隧道通常由洞门、衬砌结构、仰拱、附属设施等组成，而衬砌结构作为隧道主要的承重部分，其质量的好坏直接影响到隧道能否安全施工和运营。按照国家、行业的相关标准规范，需要对隧道衬砌结构进行质量检测并提交正式的检测报告。在施工现场进行隧道衬砌结构质量检测时，应根据检测的需要选择相应的天线发射频率，天线发射频率越高，雷达图像分辨率越高，但在介质中的穿透深度就越小，天线发射频率越低，雷达图像分辨率越低，但在介质中的穿透深度就越大。因此，在进行施工现场检测时，无论选择哪种天线发射频率，必须要保证数据有足够的精度，图像有足够的分辨率，从而才能准确识别出隧道衬砌结构中的病害。常规的隧道衬砌结构质量检测需要沿着隧道纵向布置5 条测线，即：拱顶测线，左、右拱腰测线，左、右边墙测线。也可以根据施工现场实际需要，适当加密或减少测线，特别是对于有明显重大异常的检测段落，在横向上也应当布设测线，确保查清隧道内存在的异常规模和位置。

隧道衬砌结构测线布置示意图

在隧道衬砌结构质量检测前，为便于对后期检测数据的处理解释，通常沿着测线方向，每隔5、10 m 采用喷漆画出相应的标记。同时在布线时还应注意周围的环境情况，尽量避开干扰源，提高数据精确度，最大限度地满足检测要求。

检测时，将雷达天线紧贴隧道衬砌结构表面，沿测线方向匀速移动，雷达天线用于发和接收高频电磁波，主机用于控制系统快速连续地采集数据。另外，为保证拱顶、拱腰位置的检测工作效率，通常采用装载机搭载相关的检测工作平台或者隧道检测车进行检测。由 于不同的介质在雷达波形图上有不同的响应，雷达波形图能够清楚地分辨出结构内部不同的介质，因此可利用波形图的不同响应反映出隧道衬砌结构的质量特性。通常情况下，将雷达波形图像中振幅相同、同相轴相对连续的一组波形信号作为同一组反射。

探地雷达资料处理解释

衬砌结构质量是隧道施工质量的重要指标，直接影响隧道衬砌结构承载能力和运营寿命，是防止隧道围岩变形、防水保温、保障安全的重要措施，因此要对隧道衬砌结构质量评价引起高度的重视。在对隧道衬砌结构质量检测数据进行处理解释时，主要通过2 个内容进行判识：1）初次衬砌质量检测。主要是对初次衬砌结构与围岩结合状态的评价，判断初次衬砌回填密实度、有无脱空、衬砌厚度、钢拱架布设是否合理等；2）二次衬砌质量检测。主要是对二次衬砌结构质量的评价，判断二次衬砌结构的厚度、喷射混凝土的密实度、钢筋布设是否合理等。

探地雷达原始数据的处理流程可以分为：数据传输、表头编辑、数字滤波、零点归位、波形增益、时深转换、输出图像等。在检测数据质量较好的情况下，可以直接根据预处理数据对结果进行处理解释，但由于隧道环境的复杂性以及各种干扰源的存在，需要通过去除噪声、带通滤波等人为手段压制干扰信号，突出有用信号，对于那些无法去除的干扰信号，在现场进行数据采集时进行标记，在数据处理解释时应特别注意

地雷达波形图主要是根据波形特征、振幅强弱、同向轴连续性等特征来进行判释。当初衬结构内部介质均匀、胶结密实，没有脱空离析现象时，雷达波形图连续均一、无明显反射响应特征。由于围岩、衬砌结构、钢拱架等介质属性存在差异，这些差异会通过电磁波的反射在雷达波形图上呈现不同的响应，只有掌握了各种介质的雷达波响应特征，才能够对检测结果进行判释。根据大量雷达数据分析，对不同物性的雷达波形图进行分析总结：

隧道衬砌结构质量检测雷达波形图