隧道作业指导书



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地质雷达检测作业指导书	第1版 第    x   次  修订
	颁布日期:  2007年4月 25 日

地质雷达检测作业指导书

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1、总则

1.1地质雷达自上世纪70年代开始应用至今近30年，其应用领域已扩大至建筑、铁路、公路、水利、电力、采矿等重要领域；

1.2其应用范围按性质分主要为：工程场地勘察、工程质量检测（病害诊断、工程CT、常规质量检测等）、工程施工中指导性测试（如隧道超前预报）等；

1.3我单位现使用的为加拿大EKKO1000型地质雷达，该仪器的特点是：接收与数字采样都在天线中完成，信号在传输过程中无损耗，抗干扰性强；

1.4地质雷达检测目前而言只是一种半定量的检测手段，其检测结果多有一定的误差。但只要操作得当，其误差大都能控制在可以允许的范围内。故地质雷达的检测应由有相关专业知识、相当实作经验的专业人员实施；

1.5同时，地质雷达有分辨率高、图象直观、检测所需配合工作少、现场检测快捷方便、检测面大、所测参数多等优势，故地质雷达在我单位目前的公路工程质量检测工作中有着广阔的应用前景。

2、技术环节

2.1地质雷达检测有其突出的技术特点：重视资料收集、干

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扰及人为因素多、对操作者的技术经验依耐性强等。故其技术环节较多，必须在检测前对其方案作周密布置，才能保证检测工作的质量；

2.2地质雷达检测的技术环节主要包括：资料收集、现场考察、测线布置与标记、现场检测、检测前参数设定、检测中常见故障排除、数据处理、数据判读、报告编写、跟踪回访、日常维护等。

3、目的

3.1检测隧道衬砌厚度、衬砌混凝土均匀及密实情况、衬砌混凝土内部钢筋及钢格栅等分布情况、衬砌与初期支护间等脱空情况；

3.2竣工验收时隧道工程内在质量进行评定时最直接和有效的方法和手段。

3.3为设计理论、施工技术总结积累经验，为隧道建设的整体水平提高创造条件，为今后隧道的养护管理提供科学依据。

4、范围

    适用新建隧道、既有已运营多年隧道及城市地下管线等检测。

5、依据

5.1目前，地质雷达尚无法定的操作规范，但其使用还是有

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法可依、有章可循的。现工程物探行业内普遍认同的操作参考依据为《探地雷达方法与应用》一书。该书借鉴反射地震资料处理方法，详细介绍了地质雷达的理论、工作原理、使用方法、现场检测要领等。

5.2地质雷达检测目前尚无法定的技术规范，因地质雷达使用的领域广，检测对象种类繁多，故可以以雷达检测对象的质量技术标准作为参考，参考标准如下：

A交通部部颁标准《公路工程质量检测评定标准》（JTG F80/1-2004）；

B交通部部颁标准《公路工程隧道施工技术规范》（JTJ042－94）；

C交通部部颁标准《公路隧道勘测规程》（JTJ063－85）；

D交通部部颁标准《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）；

E交通部部颁标准《公路隧道养护技术规范》（JTJH12-2003）；

F交通部部颁标准《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）；

G交通部部颁标准《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）；

H交通部部颁标准《公路工程路基施工技术规范》（JTG D30—2004）；

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I交通部部颁标准《公路工程路面基层施工技术规范》（JTJ034-94）；

J交通部部颁标准《公路路基路面现场测试规程》（JTJ059-95）；

K铁道部部颁标准《铁路隧道质量无损检测规程》(TB10223-2004/J341-2004)。

5.3设计图纸、施工记录会议记要、地勘资料、施工中相关试验检测资料等都是地质雷达检测必需的检测依据。

6、资料收集

6.1鉴于地质雷达检测自身特有的技术特点（参见2.1），所收集资料的准确、详实程度对地质雷达检测结果的准确性有着很大影响，故地质雷达检测前的资料收集意义重大，故检测人员应对检测前的资料收集高度重视。

6.2常规资料收集：

A隧道岩层、地质概况、地质纵断面图、地质剖面图；

B施工设计图（含：总设计说明、各类型衬砌断面设计图、隧道建筑限界及内空断面设计图、变更资料等）；

C开挖过程中遇到的塌方、溶洞等地质灾害情况（位置、大小、数量等）、施工过程中出现的其它问题的记录、如会议记要

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等；

D进出洞洞口里程和标高；

E隧道建成后的观测资料：出现的缺陷和病害的有关记录（如衬砌开裂，浸水区的位置、大小、数量等）；

F隧道以前所接受的相关检测的资料。

7、现场考察

7.1现场参察并确定检测目标的特点对制定检测方案、选择合适天线、测线布置、测试间距设置、设置仪器参数等工作都非常重要，它是取得良好的探测结果的基础。

7.2现场考察应明确的具体事项如下：

A探测目标（或应辨识的缺陷）的深度（以确定雷达时间窗口的大小）；

B探测目标（或应辨识的缺陷）的水平尺度（以确定测线间距）；

C要求的分辨率（以确定测线间距）；

D目标与环境电磁差导的大小（以确定A／D转换位数）；

E探测目标（或应辨识的缺陷）的是二度体还是三度体（以确定测线的布置方案）；

F各介质层间的物性差导（以为数据处理中滤波、增益等操作提供考察）。

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8、测线布置与标记

8.1测线布置对于取得满意的探测结果十分关键。如测线布置不当很难得到所需的检测数据。

8.2测线布置要注意两点：

A注意探测的目标是二度体还是三度体。如果是二度体，测线应该彼此平行、垂直目标轴向布设；如果是三度体，测线应该按网格状布设。

B注意探测目标水平尺度的大小及要求的水平分辨(即要求水平方向探测目标的最小尺度)。测线的间距应同时小于或等于目标尺度与分辨率尺度，以防目标漏测。野外测试中为了节省时间有时测线间距偏大，会导致漏测。

8.3现场检测测线布置如下：

A隧道施工过程中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、左右边墙和隧底各布1条，横向布线可按检测内容和要求布设线距，一般情况线距8～12m；

B隧道竣工验收时质量检测应纵向布线，必要时可横向布线，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，横向布线线距8～12m；

C三车道隧道应在隧道拱顶部位增加2条测线。

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8.4测量中要做好场地标记和记录打标。场地标记包括测线标记和测线上距离标记。同时，雷达记录里的标记要与场地标记相一致。

9、现场检测

9.1观测场地与环境记录很重要，它是资料解释的基础。有些环境干扰信号被记录下来，如电杆反射、侧墙反射、金属物反射等，如不参考现场记录很容易被错判为异常体。

9.2现场记录的要点是把那些可能产生反射干扰的地物都记录下来，注明它们的性质、与测线的距离、位置关系等。

9.3环境干扰和界面波相的参考记录：雷达现场探测时，为有效、可靠地识别第一个界面反射波和区分环境干扰波，要将天线远离界面和靠近界面并向左右反复移动几次，第一个界面反射波走时会回发生同步变化，后向的环境干据波形会发生反向变化。将这些记录下来，以备资料分析解释时使用。

9.4采集参数的选择，现场测量开始前应该对雷达的采集参数进行设定，此工作最好在进入现场前在室内完成，进入现场后可根据情况加以调整。参数设定的内容包括：时间窗口大小、扫描样点数、每秒扫描数、A／D转换位数、增益点数等内容。参数设置得是否合理影响到记录数据的质量。常见参数设置如下：

A探测深度与时窗长度，探测深度的选取是头等重要的，通

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常根据探测深度H和介电常数ε确定采样时窗长度。既不要选得太小丢掉重要数据，也不要选得太大降低垂向分辨率。一般选取探测深度H为目标深度的1.5倍；

B扫描样点数Samples/Scan的设定：为保证较高的垂向分辨，在容许的情况下尽量选大。对于不同的天线频率Fa、不同的时窗长度Range，选择样点数Samples应满足下列关系：

Samples≥10-8*Range*Fa

该关系保证在使用频率下一个波形有10个采样点；

C扫描速率Scans/s，扫描速率是定义每秒钟雷达采集多少扫描线记录，扫描速率大时采集密集，天线的移动速度可增大，因而尽可能的选大些。当扫描速率Scans/s决定后，要认真估算天线移动速度TV。估算移动速度的原则是通过以下公式保证最小探测目标（S0B）内至少有20条扫描线记录：

TV≤Scan/s*S0B/20

D增益点数的选择，增益点的作用是使记录线上不同时段有不同放大倍数，使各段的信号都能清楚的显现出来。SIR型雷达设计的增益点从2至8个，时窗短时选2点增益，时窗长时选4或5点。点之间的增益是线性、平滑变化的。增益太大将造成信号削顶，增益太小将丢失弱小信号，而适宜的增益调节能使多数反射信号强度达到震幅限值的60％－70％；

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E滤波设置：滤波设置是为了改善记录质量。滤波分为垂向滤波和水平滤波。垂向滤波分高通和低通，高通频率为天线频率的1／6，高于这个频率的信号顺利通过，相当于带通滤波器里的低截频率。垂向低通频率选为天线率的2倍，低于该频率的波顺利通过，相当于带通滤波器里的高截频率，水平滤波分为水平平滑和背景剔除，目的是消除仪器和环境的背景干扰。水平平滑通常取3道平滑，背景剔除功能只在回放时起作用；

F选择合适的采集方式：雷达的采集方式有多种:连续采集、自动采集、逐点采集、控制轮采集。连续采集是最常用的采集方式，具有工作效率高的特点，便于界面连续追踪。逐点采集一般在表面起伏变化大的情况下采用。控制轮采集是通过控制轮行走为记录打标记，资料位置标记均匀准确，一般在表面平整的机场跑道、高速公路路面等场合采用；

G选择适宜的显示方式：雷达显示是现场观察探测结果的直观展示，仪器预设了几个可供选择的彩色示方式，可以根据不同对象选用，通过比较选择效果最好的方案；

H正常数据采集工作程序:正常数据采集工作中并非每次都需要对所有仪器参数进行重新设置。雷达能存储对上次设定的采集参数。同时硬盘上存有不同测线所对应的参数文件，如果某些参数需要修改，可以调出修改。在每次检测前利用以前的参数文

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件时，应该特别注意下列几点：

a核定采样窗口长度；

b核定增益点设置；

c根据现场具体情况重新估计电磁波速度；

d选择显示效果；

I波速与介电常数的估计与标定：电磁波速度的估计很重要，它是进行准确时间/深度转换的基础，对于确定反射体的深度至关重要，测量中要给予高度的重视。可以有以下不同方法估算、标定电磁波速：

a根据地层类型和含水情况使用参考速度值；

b利用已知埋深物体的反射走时求波速；

c利用一个孤立反射体，通过其垂直反射走时T1、偏移观测走时T2、偏移距X、计算深度H和波速V之间的相互关系计算波速；

d作共深度点剖面求波速；

e利用声波测厚数据进行对比计算；

f直接破孔，现场取芯反算；

g用反射抛物线叠代计算速度。

10、检测中常见故障排除

10.1现场检测中遇到最多的是与控制台相关的硬件问题，

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多从以下几方面进行检查：

A控制台到计算机的连接是否松动或失效；

B控制台电源电压:电压最好是12V，至少也需10.5V；

C控制台电源输入端的保险是否断路。此时，控制台POWER插座上的红色指示灯不亮；

D与RS232串口线相连的控制台内的保险是否断路；

E控制台、计算机、天线的连接与开机的顺序错误。此时，需断开控制台的电源，再重新连接；

F连接到控制台的串口非Layout-Port下设置的串口。

10.2 EKKO软件需要内存中的较大一部分（数据采集时需要400－500KB，做某些处理时，最多需要550KB），如出现与计算机相关的故障时多因计算机没有足够的内存空间来运行系统。

10.3接收器错误，如果以下错误信息：

Receiver Not turned On!!(R)etry or (Q)uit

则多系接收器错误需进行下列检查：

A检查确认电池电压是否充足；

B检查传感电缆的连接是否可靠。

10.4发射器问题：屏幕上无信号多系发射器问题，应作以下相应调整：

A在Graph模式下，自动搜索时间零点，保持天线间距约为

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0.5m；

B如果出现错误信息“No Signal Found”，试用Full  Search选项，在Graph模式下搜索时间零点；

C检查传感电缆的连接；

D如果仍未发现信号，将系统的时间窗口设为最大，将叠加设为1。在Graph模式下运行，在Full Search状态下寻找信号。如果在道上可以看见脉冲，将其调节到阴影区。

11、数据处理

11.1现场采集的地质雷达信号包含很多干扰，有环境的干扰，也有雷达本身的噪声。有用信号被淹没其中很难识别，因而需要采取有效的处理技术，消除干扰突出有用信号。

11.2对于不同的探测对象，资料处理的办法也不完全相同。一般的处理都包含记录标记的归一化、水平与垂直滤波、增益调节与显示选择、电磁波速分析、地形校正等步骤。

11.3雷达记录标记的归一化：雷达标记有时用手动方式，有时用测量轮，用测量轮打的标记记录比较均匀，每米扫描数是相等的。用手动方式打标记时天线移动较难保正匀速，记录标记也不均匀，故每米扫描数亦不等。资料处理的第一步就是作标记的归一化处理，使每米扫描数相同。

11.4水平和垂直滤波:

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A水平滤波对于雷达资料处理特别重要，雷达资料中水平波较发育，它产生于地雷达仪器本身。此类回波来自于控制器、天线等硬件的相互作用，较难避免。

B垂直滤波的目的是为了消除杂散波干扰，这些杂散波是来自于外部干扰，其频率不在雷达天线频带内。有时为了区分不同的地质体，选取不同的频带，需要用到垂直滤波。

11.5增益调节与显示选择，增益调节与显示方式选择是雷达资料的处理最有效的手段，它可使图像目标更加清晰，易于识别，有时比其他方法都有效，增益调节主要是调节增益点的数目，同时也就改变了增益点的位置。

11.6电磁波速分析与标定：电磁波速的分析与选取，关系到深度解释的问题，是一项非常重要的工作，但却易于被忽略。往往在深度的检测结论发生较大的误差时才意识到波速不准的问题。其具体分析与标定方法参见9.4I。

11.7地形校正在场地勘察和滑坡等地质病害诊断中是经常遇到的。地形校正需要输入测线的高程文件和表层波速，校正计算是以地形最高点为基点，凡是比它低的点的记录在开头都增加一个时间延时，延时的大小取决于双程高差与速度的比，校正后的地质雷达记录中表面反射振相随地表起伏变化。

12、数据判读

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12.1数据判读是理论与实践相结合的综合分析，需要坚实的理论基础和丰富的实践经验。雷达记录的判读也叫雷达记录的波相识别或波相分析，它是资料解释的基础。

12.2雷达目标波相识别的几项基本要点：

A反射波的振幅与方向特征：首先，界面两侧介质的电磁学性质差异越大，反射波越强。从反射振幅上可以判定两侧介质的性质。其次，波从介电常数小进入介电常数大的介质时，即从高速介质进入低速介质，从光疏进入光密介质时，反射系数为负，即反射波振幅反向。反之，从低速进入高速介质，反射波振幅与入射波同向。这是判定界面两侧介质性质与属性的又一依据；故反射波的振幅和方向特征是雷达波判读最重要依据之一。

B反射波的频谱特性：不同介质有不同的结构特征，其内部反射波的高、低频率特征明显不同，可作为区分不同物质界面的依据。从频率特性可以清楚地将各层分开。

C反射波同向轴形态特征：雷达记录资料中，同一连续界面的反射信号形成同相轴，依据同向轴的时间、形态、强弱、方向反正等进行解释判断亦是数据解释的重要基础。但同向轴的形成与物理界面的形态并非完全一致，特别是边缘的反射效应，使得同向轴的边缘形态有较大的差异。

D雷达记录表面反射波相的追踪：表面反射振相的辨认与追

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踪很重要，它关系到深度／厚度的计算，不可忽视。

12.3隧道检测中干扰波的识别，隧道的检测条件是十分复杂的，除了电器设备的干扰外，隧道墙壁、检测台车等都会产生反射干扰信号。只有可靠地辨认出衬砌与围岩之间的反射信号与各类干扰信号，才能准确地误的确定砌的厚度。

13、报告编写

13.1检测报告是现场检测的成果，报告编写必须覆盖检测依据、测试内容、测线布置、工程概况、设备配置、基本参数、检测结果、结果分析、结论、有关图表、重要原始记录等要素。

13.2对于隧道、路面等检测对象，必须布足够密度的测线，保证足够的原始数据量，才能在此基础上进行数据处理，并出具相关报告。

13.3鉴于地质雷达检测是一种无损的，半定量的检测手段，其检测结果在量化的过程中存在不同程度的误差，且对某些问题或缺陷易出现误判或漏判。故在数据处理、报告编写的过程中，如有不确定之处，应加密测线或用不同的处理软件、处理手段进行相互复核，确认，以保证数据的质量。

13.4雷达检测结果的表示应力争图形化、图象化：对于雷达的检测结果要求结论可靠、表述明确、清晰易懂。因而雷达的探测结果应尽量图形化、图象化（如将雷达探测结果表示成彩色

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剖面图、混凝土厚度表示成二维曲线图等）。现用POWERPONIT、WINSURF、CORDRAW等绘图工具均可达到该目的。

14、报告签发

14.1室主任首先核实项目组是否提供了项目结题所需的完整材料，一般包括：

A项目立项文件（合同书）；

B完整的原始数据及合法的签字；

C试验方案；

D其他相关的技术资料。

14.2项目主要参加检测人员应分别在检测报告主检处签字；报告编写人应在检测报告编写处签字；检测项目负责人或室质保员应在检测报告复核处签字；室主任或委托人应在检测报告审核处签字；技术负责人或授权人对报告进行确认批准。

14.3技术负责人或授权人签字是核准报告签发的唯一识别符，对检测报告结论的公正性和有效性负责。

14.4财务处核实项目经费到帐情况，如无特殊原因，委托方应按合同规定支付后才能签发报告。

15、仪器日常维护

15.1所有部件都不得进水，如果设备是在很潮湿的条件下使用，应经常打开箱子，使其组件干燥。天气太潮湿，应将控制

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台封闭，设备重新使用之前，必须打开控制台进行干燥处理；

15.2设备应放置在专门的可承受一定外力的箱内；

15.3在设备运输过程中应作好相应的防震处理，以防止设备因震动而产生松动；

15.4在尘埃严重的条件下，控制台插头特别易脏，使仪器易出现连接故障，故应作好日常的防尘处理；

15.5连接电缆能承受磨擦，但应避免折叠，要保证电缆头的清洁。在不使用时，电缆头上最好罩上防尘罩。

16、跟踪回访

16.1检测报告提交后，仍应与委托方保持联系，定期了解检测对象在营运期内的工作状况；

16.2对于技术状态不明确或存在结构性缺陷的检测对象，应严格执行跟踪回访制度；

16.3跟踪回访制度系指为继续掌握试验检测对象的工作状态与相关管理部门保持联系的制度，包括信函联系、现场回访等。