探地雷达方法在水利工程隐蔽病害探测中的应用

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1、探地雷达方法在水利工程隐蔽病害探测中的应用谢昭晖陈义军张辉汇报提纲探测方法和技术35124应用工程实例8探地雷达图像成果解释9仪器设备引言1、引言1）北京地铁4号线、5号线、8号线二期、10号线一期和二期、14号线沿线的地下空洞、松散软弱区和异常体探测（2004--2009）（2）北京市三环路等城市主干道路地下空洞、松散软弱区综合检测工程（2004-2006）（3）建国60周年国庆长安街（五棵松-西单路口）地下管线综合检测（2009）（4）长安街（木樨地桥--大望桥）国庆阅兵道路工程综合检测（2009）水利工程是国家基础设施建设的重要项目之一，多年来，我国水利

2、建设规模和速度都位于世界前列。一方面我国的特大型水利工程建设项目突飞猛进，如长江三峡、红水河上的龙滩等特大型水利枢纽都即将建成，另一方面，随着城市建设的日新月异，为城市供水或景观美化的中小水利设施项目也特别多。水利工程中后期的施工阶段质量控制、堤坝及其附属设施的隐患病害探测和水利工程质量检测（堤坝中孔洞、蚁穴、裂隙渗漏点探测等）十分重要，其对水利工程的施工进度和施工质量起到保证作用和改善促进作用。1、引言水利工程质量的检测的物探方法较多：有传统的浅层地震勘探、直流电法、高密度电法、也有地震映像、表面波勘探等新技术。探测隐蔽病害时，探地雷达方法和上述物探方法相比

3、具有分辨率高、效率高、不需震源或供电电源等的优点。国内外工程技术人员利用探地雷达技术已尝试解决了一些工程问题，如探测坝基的密实度、完好程度及洞穴、裂缝、陷落等严重隐患分布范围，并取得较好的效果。1、引言汇报提纲探测方法技术35124应用工程实例8探地雷达图像成果解释9仪器设备引言2.1工作方法原理探地雷达技术主要是基于地下介质电性差异，通过发射天线向地下发射的高频电磁波，通过高频电磁波在地下传播的途径来分析地下情况（如图1所示）。也就是说当电磁波遇到波阻抗发生变化的界面时即形成电磁的反射波，当反射电磁波从地下反射上来时被地面的雷达接收天线接收，并被雷达数据采集

4、系统记录下来形成探地雷达剖面图像；然后通过对采集的探地雷达信号进行数据处理，提取有效信号，最后进行综合分析和地质工程解释，从而识别土体疏松区域、空洞、地下管线、管沟工程等结构体。雷达主机雷达天线反射电磁波入射电磁波地下目标体2.2、检测方法技术探地雷达进行探测时，可配置各种频率（十几MHz～几GHz）的天线。天线的选择：兼顾分辨率和探测深度探地雷达的垂直分辨率：最高可以达到λ/4（λ为电磁波在地层中传播的波长）例如，当地层电磁波速v=0.1m/ns时，400MHz天线的子波波长λ=0.25m，可分辨的最薄目标层的厚度为0.06m，即6cm，如果采用900MHz

5、天线探测，则可分辨的最薄地层的厚度为3cm。探测深度与探地雷达配置天线的主频有关；探测深度取决于地下介质的导电性、衰减系数；2.2、检测方法技术用900MHz以上高频雷达天线来准确探测水坝混凝土中的钢筋的分布情况和钢筋保护层的厚度；利用400MHz的天线探测坝体中浅部的空洞、裂隙等；用主频100MHz以下的天线来探测坝基岩土层的结构、坝基及其附属构筑物基础的隐蔽病害。2.2、检测方法技术2.3、雷达图像的数据处理2.3、雷达图像的数据处理编辑头文件，切除多余图像信息；调整水平距离标记、图像水平比例；进行地形高程修正和距离修正（需要时）。数字处理技术：如颜色变换

6、、自动增益调整、水平相关分析；组合数字滤波（有限脉冲响应滤波（FIR）和无限脉冲响应滤波（IIR））反褶积、希尔伯特变换、偏移、静校正和多种数学计算功能。汇报提纲探测方法技术35124应用工程实例8探地雷达图像成果解释9仪器设备引言3仪器设备SIR-20型探地雷达主机100MHz天线SIR-2型探地雷达系统汇报提纲探测方法技术35124应用工程实例8探地雷达图像成果解释9仪器设备引言4.病害的雷达图像特征对非磁性物质，反射系数仅与介质的介电常数有关；反射系数大小取决于界面上下介质介电常数差异程度；水工建筑为混凝土结构，下方地基为岩层或土层。而脱空区、洞穴内一般

7、充满水或空气；相互之间存在较大的电性差异，具备进行物探的前提。开展探测的地球物理条件4.病害的雷达图像特征无病害区域探地雷达图像的特征表现为近似层状介质的反射波特性4.病害的雷达图像特征①地基松散区的图像特征表现为没有明显的坝基层状结构反射，反射波形比较杂乱、反射信号强弱不均等；②较大的规则空洞表现为较明显的洞穴型双曲线反射波组，有的空洞会产生绕射波，而不规则空洞的形态则各异；隐蔽病害的图像特征分述如下：4.病害的雷达图像特征③当库水沿着地基裂隙向下游渗漏时，现成管涌，严重时导致坝基下方土层被淘空，脱空对水坝的安全现成很大威胁，其图像特征表现为明显的反射波同相

8、轴不连续、出现错位或断开，局部也有双曲