GSSI 地质雷达

SIR20型地质雷达在城市埋地管网探测中的应用摘要:地质雷达在城市地下管道的探测工作中得到了广泛应用,取得了较好的效果。

本文在实际城市地下管网探测的工作中应用sir20型地质雷达,对管道埋深、管道材质和管道大小进行探测分析。

将分析判断的结果与实际管道参数对比发现,sir20型地质雷达的探测结果是基本可靠的。

对于提高地质雷达的判断结果,本文也给予了一定的分析。

关键词:城市管网地质雷达探测中图分类号:tu990 文献标识码:a 文章编号:1674-098x(2011)06(b)-0137-01在城市建设过程中,大量的给排水、供气等功能管道布置在地下,随着城市的发展和变迁,很多管道的位置信息资料遗失,为将来的市政建设带来一定的麻烦。

比如施工建设中将先前的地下管道破坏,造成泄漏就会带来安全问题。

因此,有必要对信息资料缺乏的施工地点进行地下管道的探测工作。

目前,地下管道探测工作主要使用的就是管道探测仪和地质雷达,其中地质雷达技术成为一种越来越广泛使用的方法。

1 地质雷达工作原理地质雷达法的工作原理是用无载波高速脉冲作为探测地下目标的信号源,其脉冲参数因目标探测要求而定。

用宽带天线将高速脉冲换成脉冲电磁波进行辐射,一部分经发射天线直接到达接收天线形成直达波,可用作地下目标深度的参考;一部分进入地下传播,当遇到地下目标或不同媒质界面时产生反射,反射的电磁波经地表到接收天线形成反射波,反射波相对地表反射的直达波出现的时间是电磁波从地表到目标再从目标到地表传播所需的时间。

反射波带有地下目标和地下媒质的性质信息,对反射波进行分析,可以确定地下目标的性质。

反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异,电性差越大,反射信号越强。

雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和波的频率。

电导率越高,穿透深度越小;频率越低,穿透深度越大。

2 地质雷达选型本文以实际城市管网探测为目的,对城市道路或绿地下的各类管道进行探测,如金属管、pvc管和混凝土管等。

地质雷达在城市地下工程检测中的应用摘要：近年来，随着我国城市的高速发展，城市地下工程项目的数量与日俱增，伴随而来的便是在人为因素作用下，稳定的地下土体原始受力状态被破坏，在施工处理不当的状况下，易形成土体疏松，空洞，地面沉降等问题，不仅影响了工程的进展以及周边建筑物的安全，更是给人民带来了极大的财产损失及生命安全隐患。

在地下工程施工中，这些隐患不易直接观测，只有当累加达到一定极限时才会被发现，此时再进行修复将耗费重大。

文中通过地质雷达检测技术在西安某地下工程施工过程中的实际应用，为类似状况下的城市地下工程检测提供了一些经验以及思路。

关键词：地质雷达；地下工程；工程应用引言交通行业对地质雷达测试高速公路质量认可度较高，其常用于地下工程质量控制（管棚数量、钢筋数量、拱架数量、衬砌厚度、背后空洞、仰拱厚度）、桥梁钢筋数量及混凝土裂缝、路面厚度等，并且在交工验收和超前地质预报中也经常使用，地质雷达物探技术属于无损检测技术范畴，其在施工质量过程控制、日常或专项质量督查中发挥重要作用，使质量缺陷、质量问题及违规行为无所遁形，是现阶段高速公路建设中极其重要的检测手段，行业内已经有不少建设单位将地质雷达检测地下工程质量直接纳入第三方中试检测工作内容，同时作为随时开展督查的利器。

１探地雷达探测原理与方法探地雷达由主机、反射天线和接收天线三大部分组成，通过电磁波检测地下介质分布并对不可见目标体或地下的不同界面进行扫描，以确定其地下的内部结构形态和位置。

根据地下不同介质的介电常数差异，利用发射天线向地下介质发射中心频率为１００ＭＨｚ的广谱电磁波，以宽频短脉冲形式通过发射天线传播到地下。

当电磁波遇到电性差异界面时，会发生散射和反射现象，同时介质对传播的电磁波也会产生吸收滤波和散射作用。

通过接收天线接收来自地下的反射波并做记录，采用相应的雷达信号处理软件进行数据处理，然后根据处理后的数据图像结合工程地质及地球物理特征进行推断解释，对掌子面前方的工程地质情况（围岩性质、地质构造、围岩完整性、地下水和溶洞等情况）做出预测。

浅谈地质雷达在岩溶隧道超前地质预报中的运用蒋帅男（1.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都610059）摘要：近年来，随着我国交通事业的迅猛发展和西部大开发战略的实施,在岩溶地区修筑的隧道越来越多，而在岩溶地区隧道施工中，对掌子面前方一定范围的地质情况进行准确超前预报却是保证隧道施工安全的关键。

本文以中坝隧道为例,通过对拟掘进段隧道勘察资料及工程地质条件的解读、隧道掌子面地质编录情况的判别和解译结果的综合分析，预判拟掘进段存在溶腔，并通过超前钻孔揭示验证，得以及时采取有效措施，确保了生命及生产安全，表明在岩溶地区采用地质雷达进行超前地质预报是可行的。

关键词：隧道；超前地质预报；地质雷达；岩溶；1 前言由于地面水和地下水的溶蚀作用，在碳酸盐岩地区发育着各种类型的岩溶地貌和岩溶形态，给工程建设带来一定的复杂性，每年都因不同程度的岩溶危害而造成巨大的经济损失和危及人身安全，而随着我国交通事业的迅猛发展和西部大开发战略的实施,在岩溶地区修筑的隧道越来越多，因此在岩溶地区隧道施工中，对掌子面前方一定范围的地质情况进行准确超前预报是保证隧道施工安全的关键。

超前地质预报方法用来准确预测隧道开挖工作面前方工程地质状况，可以减少施工的盲目性。

采用科学的、先进的隧道超前隧道岩溶超前预报的手段有很多种，比如TSP、超前地质钻孔和地质雷达等。

而地质雷达探测具有分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图像显示、处理速度快等优点，近年来在国内外岩溶预报上，比较受亲睐[1]。

本文以中坝隧道为例,具体阐述了地质雷达的基本工作原理及其在岩溶隧道超前地质预报中的测试方法,并针对岩溶预报雷达图像进行了具体的解译。

最后通过对拟掘进段隧道勘察资料及工程地质条件的解读、隧道掌子面地质编录情况的判别和解译结果的综合分析[2]，预判拟掘进段存在溶腔，并通过超前钻孔验证预判的准确性，得以及时采取有效措施，确保了生命及生产安全，实例表明在岩溶地区采用地质雷达进行超前地质预报是可行的。

基于雷达技术的隧道超前地质预报摘要：本文首先介绍了地质雷达的工作原理，再以美国GSSI地球物理公司研制生产的SIR-20型地质雷达在贵州某隧道中的应用为实例，阐明地质雷达在隧道及地下工程超前地质预报中的应用价值。

关键词：地质雷达隧道超前地质预报引言隧道施工，因处于地下而施工环境差，若发生施工事故，可能会造成大量的人员伤亡、经济财产损失和工期的延误，所以做好隧道施工的超前地质预报，对降低隧道施工风险，避免施工事故的发生，保证施工安全、工程质量、工程进度有着十分重要的作用，同时近年来，因地质雷达技术的不断完善、预报精度越来越高、运用价格也越来越低，而被大量的应用到隧道工程建设的超前地质预报当中。

1 地质雷达的工作原理地质雷达是利用超高频（106Hz～109Hz）窄脉冲电磁波的反射原理来对前方介质的分布情况进行地球物理勘探的一种有效方法[1-2]，其主要有雷达主机，发射天线和接受天线组成。

在进行超前地质预报时，发射天线发出超高频电磁波，电磁波在传播过程中若遇到介质异常体时，就会产生反射电磁波而被接受天线所接受而被存储到雷达主机当中，最后再通过操作人员对探测信号进行分析处理，最终得出预报结果。

2 超前地质预报的实施过程2.1 掌子面的探测掌子面的探测一般由3个人共同完成的，其中两个人抬着雷达天线沿掌子面来回扫描，其中一个来回为一次完整的探测过程，另外一个人则完成探测数据的标定与保存工作。

通常一次完整的超前地质预报工作需要对掌子面扫面探测3～4次。

2.2 数据的处理地质雷达的雷达主机储存的通过模数转换处理后的探测信号必须经过增益恢复、带通滤波、频率—波数（f—k）滤波、绕射偏移处理和反褶积滤波等一些列的处理后才能形成最终能被判读的雷达探测图像，下表1为几种典型地质与雷达图像特征的简要关系表：3 运用实例3.1 工程概况贵州某隧道为分离式中隧道，位于大方县西6km处，为高原中、低山构造侵蚀-溶蚀型峰丛地貌。

地质雷达原理
地质雷达是利用电磁波在地下传播的原理，通过对地下物质的反射和散射进行接收和分析，进而对地下结构进行探测和测量的一种无损检测仪器。

其原理是利用雷达技术，通过发射一定频率的电磁波，当电磁波遇到地下各种介质界面时，会发生反射、折射、散射等现象，根据这些现象可以获得地下结构的信息。

地质雷达主要通过接收不同方向散射回来的电磁波信号，进而确定各个界面的位置、形状、厚度等地质特征。

地质雷达的发射源一般采用高频的连续波或者脉冲波，其工作频率通常在10～1000MHz之间。

发射源产生的电磁波信号通过天线发射进入地下。

当电磁波遇到不同性质的地下物质时，就会发生反射和散射。

这些反射和散射的电磁波信号经过地下不同介质的传播后，一部分会返回到地面，并被接收器的天线接收到。

接收到的反射和散射信号经过放大和滤波等信号处理过程后，可以得到地下介质的电磁参数、介电常数、电导率等信息。

通过地质雷达扫描地表，可以绘制出地下各个界面的分布情况，如土质、岩性、矿脉、水层等地质结构的分布图。

通过分析这些地质结构的信息，可以对地质勘探、水资源调查、工程建设等提供有力的支持。

总之，地质雷达利用电磁波在地下介质中的传播特性，通过接收反射和散射信号，可以实现对地下结构的无损检测和测量。

通过地质雷达技术，可以获取各个界面的位置、形状、厚度等地质特征，为地质勘探和工程建设提供重要的信息。

美国GSSI公司RADAN7地质雷达处理软件说明书劳雷公司邓新生2013年1月1日Radan 7 guide for data processingRadan 7数据处理指南1.设置数据路径。

菜单Home->window->properties对话框properties->global parameters ->File parameters->Source Directory2.数据文件加载与显示。

选择菜单->open或者快捷方式Ctrl+O,打开文件。

菜单Home->Color tables, color Xforms,设置颜色表格和颜色对比对。

3.数据编辑。

菜单processing->adjust scans->edit block设置start scan和end scan，选择block operation选项save保存,delete删除。

4.文件反向。

菜单G->Save as->radan file reversed.删除dzx数据库文件，并重新打开翻转后的dzt数据文件。

5.距离归一化。

6.添加里程信息。

Home状态下，选择tables。

Tables->profiles->start Dist(m)，输入起始里程。

Tables->profiles->Dist decrem，选择此项，桩号从大到小。

7.水平刻度调整。

Processing->adjust scans->horizontal Scaling。

8.地面调整。

9.地面时间调整。

10.设置介电常数11.调整增益。

Processing->Gain->range gain。

Range gain->gain type选择automatic. # of points设置为5.Range gain->gain type选择Exponential. 手动设置增益值.12.水平信号增强。

地质雷达S I R用户手册公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]TerraSIRch SIR-3000用户手册美国地球物理测量系统公司TerraSIRch SIR-3000用户手册 (1)第一部分介绍 (1)仪器配置Unpacking Your System (1)概述General Description (1)硬件连接Hardware Connections (1)第二部分启动和设置TerraSIRch (6)硬件设置Hardware Setup (6)系统启动与显示 Boot-Up and Display Screen (8)数据显示窗口 Data Display Windows (9)系统模式和菜单：概述 System Modes and Menus (10)系统菜单SYSTEM (10)采集菜单COLLECT (12)雷达Radar (12)扫描SCAN (13)增益GAIN (15)信号位置POSITION (16)滤波器FILTERS (17)回放菜单PLAYBACK Menu (18)扫描SCAN (18)处理PROCESS (19)输出菜单OUTPUT Menu (19)显示DISPLAY (19)数据传输Transfer (20): 命令栏Command Bar (20)参数设置模式In Setup Mode (20)运行模式（In RUN Mode） (22)第三部分 TerraSIRch设置采集参数 (24): 二维采集参数设置 (24)第一步：系统启动 (24)第二步：检查参数 (24)打开参数设置文件 Load SETUP (24)测量轮标定 Survey Wheel Calibration (25)测量轮的缺省设置： (26)检查时间窗口 Check RANGE (27)检查扫描数/单位距离 Check SCN/UNIT (27)检查增益 Check GAIN (28)第三步：资料采集 (28)TerraSIRch模式下设置参数采集单个文件以做三维测量 (29)第一步：系统启动。

地质雷达检测技术在公路工程检测中的应用发布时间：2021-06-28T15:22:19.343Z 来源：《工程管理前沿》2021年2月第6期作者：康雷[导读] 公路工程检测工作对于公路质量检测以及公路维护检修十分重要，康雷湖北楚晟科路桥技术开发有限公司湖北襄阳 441100摘要：公路工程检测工作对于公路质量检测以及公路维护检修十分重要，其也是保证人们出行安全的必要工作之一。

地质雷达检测技术的研究与利用使得公路工程检测工作效率与质量进一步提升，其不仅大大缩短了公路工程检测的工作周期，降低了公路工程检测的工作量，其还使得公路工程检测的准确性进一步提升，保障了人们出行安全。

因此，积极探究地质雷达检测技术在公路工程检测中的应用，以进一步帮助地质雷达检测技术更好的应用在公路工程检测中的应用。

关键词：地质雷达检测技术；公路工程；工程检测；应用1地质雷达检测基本原理概述地质雷达检测技术的基本原理并不复杂，其主要是借助高频电磁波在不同电性材料中的差异性脉冲反射表现，完成地质情况分析的一种公路工程检测技术。

从公路工程检测实践的角度分析，地质雷达检测技术的基本原理如下：首先，工程人员借助相关检测设备，向公路检测段发射脉冲电磁波。

高频脉冲电磁波在实际传播过程中，会根据接触物体的地质电性特性表现出不同的反射特征；随后，工作人员借助信号接收仪器，收集接触物体后返回的高频脉冲电波，并根据接收电磁波的形状、强度、反射时间等标准，对接收信息进行初步的处理；最后，总结、归纳接收到的高频脉冲电磁波信息，通过对比其传播过程中不同的反射波特征，对工程地下部分的结构层次和潜藏病害情况进行判断。

2地质雷达检测技术在公路检测应用的流程2.1前期判断将地质雷达检测技术应用到公路工程检测的时候，在开始操作之前，工作人员就需要判断公路质量检测结果，主要包括以下几方面：地质结构是否出现裂缝或断板问题；公路工程路面是否存在严重破损而影响着车辆的正常行驶；地板下是否存在脱空质量问题。

福州绕城公路东南段南峰隧道超前地质预报（地质雷达）编号：BG-CQYB-A16-001合同段：A16合同段施工单位：中铁十七局集团第一工程有限公司探测范围：右线出口LYK8+335～LYK8+310编制：校核：检测单位：中国科学院武汉岩土力学研究所检测日期：2013年12月27日报告日期：2013年12月27日一、工作概况2013年12月27日，中国科学院武汉岩土力学研究所对福州绕城公路东南段A16合同段南峰隧道出口右洞进行了超前地质预报，采用GSSI公司生产的SIR-20地质雷达进行数据采集，配属100MHZ的屏蔽天线进行了探测。

本次探测范围为右线出口LYK8+335～LYK8+310，共25m。

二．预报的方法技术（一）地质雷达超前预报的基本原理地质雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)是近年来应用于浅层地质构造、岩性检测的一项新技术，其特点是快速、无损、连续检测，并以实时成象方式显示地下结构剖面，使探测结果一目了然，分析、判读直观方便。

因探测精度高、样点密、工作效率高而倍受关注。

随着该项技术的不断完善和发展，其应用领域不断扩展。

隧道地质雷达超前预报方法是一种用于确定隧道掌子面前方介质分布变化的广谱电磁波技术。

如图1所示，利用一个天线向掌子面前方发射无载波电磁脉冲，另一个天线接收由岩体中不同介质界面反射的回波，利用电磁波在岩体介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质(如介电常数Er) 及几何形态的变化差异，根据接收到的回波旅行时间、幅度和波形等信息，来探测掌子面前方介质的地层结构与异常地质体。

理论研究与实验室模拟试验证明，电磁波在物体或介质中的传播速度v、走时t 、与介质的相对介电常数Er 有如下关系：vx z t 224+=rcv ε=式中：z 为反射界面深度，x 为发射天线到接收天线间的距离，v 为电磁波在介质中传播的波速，c 为光速（c=0.3m/ns ，），εr 为介质的相对介电常数，当波速v 已知时，通过读取雷达剖面上行程时间来计算界面深度z 值。

地质雷达软件RADAN用户手册美国地球物理测量系统公司美国劳雷工业公司2010年10月RADAN处理软件安装安装采集软件RADAN66和RADAN5，并且激活采集软件输入软件序列号serial number输入处理软件产品ID代码:radan计算获取软件激活码Windows 7 系统安装radan 5安装radan程序，找到setup.exe鼠标右键要求以系统管理员身份运行；RADAN软件第一次运行要以系统管理员身份打开。

Windows 7 系统调整显示效果选择控制面板->所有控制面板项->显示->更改配色方案->windows经典->高级，对话框如下：选择颜色项目->桌面->颜色->设置红绿蓝资料整理1打测量，布置网格和测线，数据采集2数据拷贝与备份：从地质雷达主机把数据复制在个人电脑上，并利用2种以上存储介质对原始数据进行备份。

3野外记录整理：整理野外记录本（包括各种参数，利用数码相机或者扫描仪对原始纪录扫描拍照，并制作成PDF格式文件便于日后随时查看野外现场原始资料），工作照片，收集的各种第三方资料（设计图纸、设计厚度、第三方检测资料），现场钻孔资料（里程桩号、芯样实物和照片、长度）。

利用钻孔资料反算电磁波传播速度或者材料介电常数。

4数据编辑与初步整理RADAN5资料处理RADAN6资料解释7图片制作8探测报告编写I GSSI 地质雷达探测资料处理流程图数据备份,资料整理,资料处理,资料解释 3文件编辑---剪切 4剖面方向调整 5距离归一化 6添加起始里程桩号 7剖面水平拉伸、压缩 8调整地面时间零点 10时间深度转换2读入数据文件(*.dzt) 1打开RADAN 软件 11增益调整12叠加去噪13背景去除14一维垂直滤波15反褶积16偏移归位17希尔伯特变换静态校正 18高程修正频谱分析速度分析19剖面追加 21交互式解释II GSSI处理软件功能模块介绍基本工具打开数据文件，显示雷达数据剖面。

第 6 期2023 年 12 月NO.6Dec .2023水利信息化Water Resources Informatization0 引言地球物理勘探是水利工程内部隐患探测的重要手段，可根据工程隐患特点快速选择相匹配的综合物探手段，实现内部隐患的快速精准确定及原因分析。

尤其对于监测仪器布设盲区或未布设监测仪器的工程，工程物探是全面获得工程健康信息的主要方式。

目前水利工程中常用的物探手段根据探测原理不同可分为以下 3 种：1） 弹性波法。

包括声波和地震波等，探测成本低，但大多探测深度较浅。

2） 电法。

包括自然电场法、激发极化法、充电法、高密度电阻率法、电测深法、电阻率层析成像法和电剖面法等，电法抗干扰能力强，探测效果明显，但结果存在体积效应影响。

3） 电磁法。

包括地质雷达法、瞬变电磁法、电磁波 CT 法等，探测效率高，但抗干扰能力相对较差[1-2]。

地质雷达法由于具有地面适应性强、探测效率高等优点，在工程中应用广泛。

Porsani 等[3]使用探地雷达法对失事后的地基进行探测，绘制尸体、结构建筑地图，对于人道主义搜救具有一定的指导意义；宋洋等[4]使用探地雷达法对堆石坝混凝土面板下的脱空和渗漏进行探测，确定大坝的可能渗漏部位；Anchuela 等[5]结合地质雷达和热红外图像对大坝裂缝和接缝进行探测，分析可能产生的渗漏通道及对大坝安全性的影响；Pandita 等[6]使用地质雷达法对印度喜马拉雅西北查谟克什米尔基什瓦断裂活动断层地形进行识别；Cao 等[7]根据探地雷达图像确定水库渗漏位置和路径，为水库除险加固提供技术支撑。

目前地质雷达主要应用于地基和水库大坝的质量探测，在河道堤防工程方面的应用相对较少。

由于河道堤防顶面平整度和环境相对较差，此类条件下雷达探测及解析效果能否准确反映堤防质量须进行研究讨论。

本研究结合某河道堤防工程实际，采用地质雷达法进行探测，旨在高效、准确地获得河道堤防质量基本情况，为确定工程监测和巡查重点提供科学指导。

美国GSSI公司RADAN7地质雷达处理软件说明书劳雷公司邓新生2013年1月1日Radan 7 guide for data processingRadan 7数据处理指南1.设置数据路径。

菜单Home->window->properties对话框properties->global parameters ->File parameters->Source Directory2.数据文件加载与显示。

选择菜单->open或者快捷方式Ctrl+O,打开文件。

菜单Home->Color tables, color Xforms,设置颜色表格和颜色对比对。

3.数据编辑。

菜单processing->adjust scans->edit block设置start scan和end scan，选择block operation选项save保存,delete删除。

4.文件反向。

菜单G->Save as->radan file reversed.删除dzx数据库文件，并重新打开翻转后的dzt数据文件。

5.距离归一化。

6.添加里程信息。

Home状态下，选择tables。

Tables->profiles->start Dist(m)，输入起始里程。

Tables->profiles->Dist decrem，选择此项，桩号从大到小。

7.水平刻度调整。

Processing->adjust scans->horizontal Scaling。

8.地面调整。

9.地面时间调整。

10.设置介电常数11.调整增益。

Processing->Gain->range gain。

Range gain->gain type选择automatic. # of points设置为5.Range gain->gain type选择Exponential. 手动设置增益值.12.水平信号增强。

地质雷达软件RADAN用户手册美国地球物理测量系统公司美国劳雷工业公司2010年10月RADAN处理软件安装安装采集软件RADAN66和RADAN5，并且激活采集软件输入软件序列号serialnumber输入处理软件产品ID代码:radan计算获取软件激活码Windows7系统安装radan5安装radan程序，找到setup.exe鼠标右键要求以系统管理员身份运行；RADAN软件第一次运行要以系统管理员身份打开。

Windows7系统调整显示效果选择控制面板->所有控制面板项->显示->更改配色方案->windows经典->高级，对话框如下：选择颜色项目->桌面->颜色->设置红绿蓝资料整理1打测量，布置网格和测线，数据采集2数据拷贝与备份：从地质雷达主机把数据复制在个人电脑上，并利用2种以上存储介质对原始数据进行备份。

3野外记录整理：整理野外记录本（包括各种参数，利用数码相机或者扫描仪对原始纪录扫描拍照，并制作成PDF格式文件便于日后随时查看野外现场原始资料），工作照片，收集的各种第三方资料（设计图纸、设计厚度、第三方检测资料），现场钻孔资料（里程桩号、芯样实物和照片、长度）。

利用钻孔资料反算电磁波传播速度或者材料介电常数。

4数据编辑与初步整理RADAN5资料处理RADAN6资料解释7图片制作8探测报告编写IGSSI地质雷达探测资料处理流程图数据备份,资料整理,资料处理,资料解释IIGSSI处理软件功能模块介绍基本工具打开数据文件，显示雷达数据剖面。

保存数据文件，保存雷达剖面。

选择数据块，选择目标数据剖面。

剪切数据块，切除多余数据剖面。

保存数据块，单独保存雷达数据剖面。

复制剖面图像至剪贴板，地质雷达剖面制作图片。

编辑数据文件头，输入相关参数：标记间隔、扫描数、介电常数、信号位置；编辑标记信息、补充漏打的标记、删除多余标记信息。

线扫描显示方式、以灰阶图或者彩色图形式显示雷达剖面。