探地雷达在隧道质量检测中的应用研究_开题报告

探地雷达(Ground Penetrating Radar，GPR)是一种新型的无损检测仪器，是一种利用高频电磁波探测结构工程质量的无损检测方法。该方法利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，通过发射天线定向送入探测体，经过存在电性差异的介质反射后返回，被接收天线接收。接收天线在接收到回波后，直接传输到接收机，信号在接收机经过整形和放大等处理后，经电缆传输到雷达主机，经处理后，传输到微机。在微机中信号依照幅度大小进行编码，并以伪彩色电平图／灰色电平图或波形堆积图的方式显示出来，经滤波等数字处理后，可用来判断探测体的深度、大小和方位等特性参数。

在进行隧道衬砌检测时，介质主要为混凝土，且二次衬砌与初期支护界面、初期支护与围岩界面、衬砌背后空洞等都属于非均匀体(面)。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过混凝土的电性与状态而变化。当混凝土均一性差时(如存在蜂窝、空洞等)，这部分区域与周围混凝土电性差异增大，反射波增强；当其完整致密时，混凝土性质相对均一，反射波很弱。当发射与接收天线以固定的间距沿测线同步移动时，就可以得到反映测线以下介质的雷达图像。技术人员可以根据接收到的雷达图象中电磁波的振幅、波形和频率等特征来分析和推断地下介质结构、地层岩性特征。该方法可根据波形记录直接分析混凝土内部缺陷的分布和形态，具有可视性；可根据探测深度、分辨率的要求选用不同频率的天线：可在结构物表面进行，灵活性较好，在同一部位可进行多次重复测试。

探地雷达和其他检测方法相比，具有高效率、高采样率、无损连续检测等优点，探测精度和分辨能力达到厘米级，并且可以连续检侧，适合面积性的检测工作。

国外研究现状

国外对探地雷达技术的研究起步较早，将雷达应用于探测地下目标体始于二十世纪初。1910年，德国科学家Letmbach和Lowy用埋设在一组钻孔中的偶极天线探测地下相对高导电性质的区域，正式提出了探地雷达的概念。1926年，Hulsenbeck根据电磁波在不同介电常数的介质交界面会产生反射，再次提出利用脉冲技术确定地下目标的理论，这一理论成为目前探地雷达探测的工作原理。但是，由于地下介质比空气具有较强的电磁波衰减特性，地质体及其特性复杂多变，电磁波在地下传播要比空气中复杂得多，所以在此后的二三十年中，探地雷达应用仅限于对电磁波吸收很弱的冰层、岩盐等介质中，这项技术很少被用于其他领域。直到20世纪60年代末、70年代初，等效采样技术和亚纳秒脉冲产生技术的发展，从技术角度加速了探地雷达的发展。70年代后期，随着电子技术的发展，以及现代数据处理技术的应用，探地雷达的应用范围迅速扩大，从冰层、盐矿等弱耗介质扩展到土层，煤层、岩层等有耗介质的应用。

随着高速脉冲形成技术、取样接收技术及计算机技术的应用发展，探地雷达技术得到了迅速的发展，地下浅层目标探测得以实现。国外涌现出了一批优秀的商用探地雷达，形成了国际市场上至今仍有较大影响的几个探地雷达系列，如加拿大探头及软件公司(SSI)的Pulse EKKO系列，美国地球物理公司(GSSI)的SIR系列，瑞典地质公司(SGAB)的RAMAC／GPR系列等。这些探地雷达系列使用的中心频率在10—1000MHz范围，时窗长度为0—20000ns，探测深度可达50多米，分辨率达厘米级，深度符合率小于5厘米。

国内研究现状

我国于20世纪70年代初期开始了探地雷达技术的应用研究，原地矿部物探所、煤炭部煤科院均进行了探地雷达设备的研制和野外试验工作，使得探地雷达应用技术日趋成熟。在引进和借鉴国外先进技术的基础上，我国不少研究单位也取得了较为突出的成果，推出了国产探地雷达样机，如中科院长春地理所成功研制出SIR型探地雷达，东南大学研制出GPR—l型探地雷达，大连理工大学研制出DTL一1型探地雷达等。目前，探地雷达的应用范围已经覆盖公路及隧道的无损检测、工程地质勘探、矿产资源勘探、岩土勘查、建筑物地基勘探、考古、水文地质调查、生态环境等众多领域，并开发了用于地面、钻孔与航空卫星上的探地雷达技术。特别是2004年铁道部颁布《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》后，无损检测作为检查隧道衬砌隐蔽缺陷的一种有效的重要的手段得以普遍采用。

^范文提纲

1绪论

1.1前言

1.1.1 隧道质量检测内容

1.1.2 隧道质量检测的常用方法

1.2国内外研究进展

1.2.1国外研究进展

1.2.2国内研究进展

1.3研究方法和内容

1.3.1研究方法

1.3.2研究内容

2探地雷达工作原理及技术特性

2.1探地雷达系统组成

2.2探地雷达工作原理

2.3探地雷达技术特性

3探地雷达在隧道质量检测中的影响因素研究

3.1地雷达法检测隧道质量的原理

3.2探地雷达检测结果影响因素

3.3隧道质量检测中减小误差的方法与措施

4. 工程实例

4.1项目概况

4.2探地雷达检测方案与实施

4.3雷达图像分析结果与解释

4.4小结

三、参考文献

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