项目八隧道实体地质雷达检测

项目八隧道实体地质雷达检测

知识目标：

1.熟悉TerraSIRch SIR-3000地质雷达用户手册；

2.掌握TerraSIRch SIR-3000地质雷达操作规程；

3.掌握TerraSIRch SIR-3000地质雷达仪器调试和参数设置；

4.掌握TerraSIRch SIR-3000地质雷达数据处理方法。

能力目标：

1.能够操作TerraSIRch SIR-3000对隧道厚度进行检测；

2.能够进行TerraSIRch SIR-3000地质雷达仪器调试和参数设置；

3.能够独立完成TerraSIRch SIR-3000地质雷达采集数据的处理。

一、主要仪器设备及工作原理

图2-11 SIR3000主

机

图2-12400兆天线

二、仪器工作原理

检测采用美国生产的便携式地质探测仪（型号：TerraSIRch SIR-3000），以下简称“地质雷达”。该仪器具有携带方便、采集速度快、水平和垂直位置精度高等优点。地质雷达检测原理是利用高频电磁波（主频为数十至数百乃至数千兆赫）以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线传入地下，经地下地层或目的物反射后返回地面，被天线接收（对于叠加的不同介质，脉冲原理类似），发射天线和接收天线合成在一起。如图2-13所示。

图2-13 地质雷达工作原理

以上过程在仪器显示界面上形成以横坐标为扫描或者距离(用时间模式测量显示的距离不正确，需要以扫描进行距离归一化)，纵坐标为时间（这里显示的时间是电磁波从发射到接收的总时间）或者距离（以时间和介电常数对应的波速计算得来）的图像。由于不同介质之间，不同属性（湿润程度等）的同种介质的介电常数的差异使得其反射波的相位和振幅的差异形成不同的图像。我们通过反射波的相位，振幅，波的同向轴形态特征，以及波的频谱特性，并结合目标结构中的各种已知结构来分析判断地质结构等，如图2-14所示。

图2-14 地质雷达扫描波形图

雷达扫描图像的清晰度和测量范围与天线关系最为密切。不同频率天线的测深能力不同，频率越低，探测深度越大，但分辨率越小。应根据实际探测的目的，选择频率合适的天线，使得探测深度和精度都能满足要求。

三、测线位置

隧道衬砌厚度检测主要是检测顶线3号测线，左拱腰线2号测线和右拱腰线4号测线三条测线的衬砌厚度，纵向在隧道衬砌表面连续检测，具体检测位置见示意图2-15：

图2-15隧道雷达监测测线分布图

四、操作规程

1.测试前的安装准备

检查所有部件是否带齐，包括：电池、雷达主机、数据线、处理器电源线、信号线、工具箱、备件、固定用绑扎带、记录本；

2.检测的工作程序

（1）测试连接。将地质雷达天线通过支架安装。

（2）在扫描前调试主机并对主机进行参数设置。

（3）打开电源，控制天线移动的人员根据操作主机的人员口令，将天线紧贴待测界面上匀速移动。

（4）测试结束。按下stop结束测试点，保存文件并退出；

（5）拆除信号线，拆除天线，支架。

五、扫描之前的仪器调试和参数设置

（1）菜单系统—>设置—>调用，选择所用的天线。

（2）系统—>单位垂直刻度设为时间，单位为ns

（3）测程：900M天线探测混凝土的量程约为15纳秒，为使所有有效信号完全显示，一般设置为20ns。

（4）采样点数：一般设为512或1024

采样点数越多，扫描曲线越光滑，垂直分辨率越好。但是采样点数增大，使得扫描速率下降。

（5）每秒扫描数：64

（6）增益点数：2

（7）垂向高通滤波器：225MHz

（8）垂向低通滤波器：2500MHz

（9）数据位：16位

（10）发射率：100 KHz，发射功率越高，采集速度越快，但若采集过高，易损坏雷达系统。

（11）信号位置设为手动

（12）表面设为0

（13）调出完整的直达波（首波），调整延时参数

若检测结构与上次相同，可不再次设置以上参数，系统默认上次检测参数。

（14）增益设置为自动，增益函数手动设置，可以改变增益点数多少、并且可以调整各增益点的函数大小，进而调整信号强度。增益函数调整过大，在探测资料中可能人为造成假象。设置方法为先设为手动，再设为自动。

六、数据处理

（1）打开软件RADAN，选择文件。

（2）编辑文件属性，去除只读属性。打开文件文件→打开(*.dzt)

（3）扫描信息预编辑：利用图标编辑→选择, 选择一段扫描剖面，切除多余扫描信息剪切，或者保存特定扫描剖面保存。若检测时方向是由大里程到小里程，则需要将文件测量方向掉转。

注意：进行反转操作时，系统不会将剪切后的文件自动保存，需要自己保存。

（4）添加距离信息。连续测量方式加距离需要三步：

A) 编辑文件头内的距离信息编辑→文件头, 扫描/米, 米/标记；

B)编辑用户标记；

C)并利用距离归一化函数进行处理，C步骤操作时应当先计算每两个标记之间的扫描数，取平均，再除以每个标记之间的距离，即为扫描/米中应当填写的数字。然后右击界面最左空白处，选择，显示水平刻度为扫描，然后进行距离归一化。

（5）添加里程信息.A)编辑→文件头→3D 选项→X起点输入里程起点坐标，如K35＋280就填写35280 。

（6）水平刻度调整。根据需要选择叠加、抽道、加密。一般设置为3或5

（7）确定地面反射波信号位置编辑→文件头→信号位置(ns)。调整信号延时信息，找到地面。

（8）若有明确目标体的深度，则据此调整介电常数，若无则以估计值代入。混凝土为5-8，一般取6。水会增大介质的介电常数，视情况自行调整。

（9）信号振幅自动增益调整。选择参数：增益类型为自动增益，增益点数为5。

（10）水平相关分析，消除雪花噪音干扰。选择水平叠加为3或5。

（11）背景去除，显示构造特征。FIR滤波，选择背景去除为1023 。背景去除会消除直达波。

（12）频谱分析，一维频率滤波，IIR低通取2500，高通取225。

七、注意事项

（1）发现仪器信号不好或怀疑仪器工作不正常，先关闭主机电源再检查电缆两端接头（电缆与主机的接头、电缆与天线的接头是否连接正确），检查完毕确认无误再接通电源开机。若天线与电缆和主机都连接好，选择采集模式时，主机上显示回放，说明电缆或者天线没有连好。

（2）雷达电源电池是否连接；电池是否有电。

（3）仪器使用、搬运转移过程中，主机与天线注意防震。避免设备内部部件接触不良。仪器主机要装箱运输，天线用泡沫保护好。

（4）避免雨天操作。工区有水的情况下，天线、电缆接头要做防水处理，利用防水布保护天线。

（5）在工地现场注意保护仪器，避免人为损坏。电缆线应避免长期在地面磨损。

雷达电缆为同轴电缆，不能被重车压。电缆不能受到重物压损。

（6）整套雷达仪器系统应注意防水防尘防震。

（7）整套仪器系统保持整洁干净。使用完毕清除仪器表面附着的灰尘泥土。