地质雷达原理及设备选型（PDF62页）

中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达原理地质雷达仪器组成及设备选型周斌tel:18908029526e-mail:[e-mail]2018年5月四川成都中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班提纲◼地质雷达法概述◼地质雷达检测原理◼地质雷达用于隧道衬砌检测的数字模拟与典型实例分析◼地质雷达设备组成及雷达选型◼地质雷达设备使用维护中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达法概述◼探地雷达的起源最早可追溯到1904年，德国人Hulsemeyer用电磁波技术探测地表的金属物体，这就是探地雷达的最初形式。1910年德国的Hulsemeyer，LeimbachG等就以专利形式阐述过雷达用于探测地下物体的原理。◼由于地下介质比起空气，具有较强的电磁波衰减特性，加之地质情况的多样性，电磁波在地下的传播要比在空气中复杂得多。因此，探地雷达初期的应用，较多地仅限于电磁波吸收很弱的冰层、岩盐矿等介质中。◼探地雷达起源于1904年，到了1980年，随着电磁波理论与电子技术突飞猛进的发展，世界上很多国家都研制出了自己的探地雷达产品，如美国GSSI公司的SIR系列雷达，加拿大SSI公司的EKKO系列雷达，日本OYO公司的GEORADAR系列雷达，瑞典的RAMAC系列雷达，意大利公司IDS的K2系列雷达等。中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班◼地质雷达检测隧道衬砌缺陷领域，国外的研究结合了工程实践和实验室模拟，并且不断改进雷达软硬件技术，取得了一定的成果。1985年以来，探地雷达越来越广泛的应用于澳大利亚的物理勘探和工程无损检测方面，在很多隧道检测中都取得了较好的效果◼国内对探地雷达用于隧道检测的研究，主要体现在进行探地雷达的隧道检测的工程实践上，也有部分高校进行了室内实验室模拟。铁道第三勘察设计院的薄会申高工在长期的探地雷达用于铁路隧道衬砌检测的工程实践中，总结了主要的衬砌病害的雷达检测图形特征◼长沙铁道学院的高燕希教授，同济大学的夏才初教授，西南交通大学等均进行了探地雷达用于铁路隧道衬砌检测研究，主要集中在以下方面：模型模拟，介电常数理论研究，数据处理等方面地质雷达法概述中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班◼（1）军事部门：探测地下埋藏军械和地雷◼（2）交通部门：工程地质情况，如划分地层，探测基面、断层及滑坡等；水文地质情况，如划分潜水面和圈定赋水地段的范围◼（3）地质勘探部门：主要用于岩层、空洞、断层、地质构造、地下水以及地下矿藏等目标的查找；◼（4）建设部门：隧道衬砌质量、桥梁结构及其存在的病害◼（5）市政部门：金属或非金属地下管线位置和走向探测◼（6）石油部门：用于勘测石油对土壤和地下水污染，确定地下石油管道泄露点和石油产品污染的分布范围；圈定石油产品加工地和长期存储的地下污染物；确定隐藏与地下水表层的石油污染带地质雷达法概述中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达检测原理中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达检测原理中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达检测原理中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班电磁波传播的几个规律（衰减损耗）该式表面电磁波在传播过程中，电场强度随着时间的变化呈现指数衰减，因此在雷达数据采集过程中，会发现界面反射（首波）能量特别强，而有用信号（如衬砌与围岩的反射、衬砌脱空反射等）随着传播时间增加而能量急速衰减，为了突出有效信号，抑制强烈的表面反射信号，一般雷达设备都通过增益（指数增益，将深部反射信号乘以一个指数因子）来增强深部信号，从这点来看，现场采集过程中的增益应是一个必须要做的步骤中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班电磁波传播的几个规律（电磁波速）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班电磁波传播的几个规律（介电常数）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班电磁波传播的几个规律（介电常数）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班电磁波传播的几个规律（界面反射）由上式可知：1、介电常数差别越大，反射波能量越强，这是为什么钢筋反射信号特别明显而衬砌和围岩界面反射有时不可见的原因2、若反射介质的介电常数大于入射介质的介电常数，则反射系数为负数，意味着反射波位相发生变化，出现位相相反的情况，这在计算厚度是应特别注意中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班电磁波传播的几个规律（偏移作用）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班电磁波传播的几个规律（偏移作用）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班电磁波传播的几个规律（趋肤效应和穿透深度）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班电磁波传播的几个规律（趋肤效应和穿透深度）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班电磁波传播的几个规律（趋肤效应和穿透深度）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达发射波（雷克子波）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达发射波（雷克子波）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达发射波（雷克子波）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达原理对现场采集参数设置的启示◼室内提高信噪比处理只是在野外采集已经获得较好信噪比基础上，再把信噪比向上提升一个台阶；因此，室内处理资料信噪比的提升很大程度上取决于原始资料信噪比的高低◼现场数据采集时，应通过调节增益、采集时窗、发射速率等参数的设置来保证采集数据的质量，要求采集数据的信息量能够反映所有的检测参数，仪器参数设置应遵循突出有效信号，压制干扰信号的原则，以最大限度的提高采集数据资料的信噪比。中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达原理对现场采集参数设置的启示中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达分辨率中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达分辨率中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班不同频率天线探测地层分界面中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达检测参数设置（增益设置）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达检测参数设置（增益设置）在强背景反射下，自动增益仍然不能有效的显示二衬和初支的分解面，这样采集到信号无法包含厚度参数中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班时域有限差分方法二维电磁波正演模拟中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班隧道衬砌厚度检测模拟中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班隧道衬砌厚度检测模拟中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班波形分析------介质分界面图示中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班隧道衬砌中钢筋的模拟中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班挡板位置空洞中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班灾害地质（隧道周边溶洞）检测中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班灾害地质（隧道周边溶洞）检测IIDK~+370-IIDK~+640BQR（宜万铁路野三关隧道）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达仪器介绍产家国家代理雷达系列型号GSSI（GeophysicsSurveySystem.Inc）美国LaurelGeophysics（劳雷工业公司）SIR系列3000/4000便携型、20/30全能型MALA（MALAGeophysics）瑞典北京鑫衡运公司Ramac/GPRIDS意大利北京博泰克机械有限公司FASTWAVESensor&SoftwareInc加拿大Ekko系列ekkopro多功能地质雷达、低价轻便的noggin地质雷达及conquest混凝土专用雷达中国电子科技集团公司第二十二研究所（青岛电波所）中国LTD系列隧道检测专用雷达中国矿业大学中国GR系列GR—IV型便携式地质雷达/MTGR-4Y型四通道一体式探地雷达中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班目前有各类不同型号的地质雷达，但是其组成都是大同小异，均有主机、连接线、天线组成。主机一般分为便携型主机、全能型主机、连接线缆有电缆线和光纤、天线一般按照不同频率分为多种，常见有400MHz、100MHz、900MHz、1.5GHz、200MHz，涵盖了高中低不同的频率。地质雷达仪器介绍中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班美国GSSI公司的SIR系列中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班美国GSSI公司的SIR系列中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班瑞典MALA公司的RAMAC系列中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班意大利FASTWAVE系列中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班意大利FASTWAVE系列中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达仪器设备维护（以SIR系列为例）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达仪器设备维护（以SIR系列为例）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达仪器设备维护（以SIR系列为例）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达仪器设备维护（以SIR系列为例）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达仪器设备维护（以SIR系列为例）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达仪器设备维护（以SIR系列为例）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达仪器设备维护（以SIR系列为例）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达仪器设备维护（以SIR系列为例）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达仪器设备维护（以SIR系列为例）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达仪器设备维护（以SIR系列为例）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班地质雷达仪器设备维护（以SIR系列为例）中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班感言衷心希望各位同仁关心和参与隧道检测工作，在隧道检测内业和外业上取得进步，成长为隧道检测专业队伍的中坚力量，共同创造中铁检测事业的美好明天！中铁科学研究院中国中铁股份公司隧道衬砌检测第一期培训班感谢中铁股份公司、中铁科学研究院组织了本次交流活动欢迎各位检测同仁的批评指正谢谢大家