《探地雷达在引大入秦东二干渠1_隧洞病害检测工程中的应用技术研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《探地雷达在引大入秦东二干渠1_隧洞病害检测工程中的应用技术研究.doc（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、项目名称：引大入秦东二干渠1隧洞探地雷达缺陷检测与研究课题名称：探地雷达在隧洞病害检测中的应用研究课题编号：20106200217 探地雷达在引大入秦东二干渠1#隧洞病害检测工程中的应用研究甘肃大禹检测科技技术有限公司二一年四月前 言引大入秦工程是为解决兰州市永登县秦王川地区干旱缺水问题，由甘肃省水利部门自1976年至1995年，勘测设计并建造的将流经青海、甘肃两省交界处的大通河水，调入100公里以外，跨流域调至兰州市以北60公里处秦王川地区的大型水利工程，简称为“引大入秦工程”。这是目前中国规模最大的跨流域自流灌溉工程，其规模宏大，气势雄伟，工程渠线长，费用殊巨，被赞颂为当代的都江堰，在诸多
2、方面创造了中国乃至世界水利建设中的先进水平。可谓亘古未有，堪称今古之奇观。 引大入秦工程西起天祝县天堂寺西侧的大通水旁，东至永登县秦王川，地跨甘青两省的四地市县区。工程由总干渠、干渠和支渠组成，全长884.3公里，相当于京航大运河的49.29%。沿途以隧洞群为主要特点，有隧洞77座，渡槽38座，倒虹吸3座，隧洞总长达110公里，是当今中国最大的“地下运河”。总干渠从天堂寺到永登县的香炉山。全长87公里，其中隧道33座，总长75.14公里，渡槽9座，倒虹吸两座。总干渠在香炉山设总分闸，将水分流至东一干渠、东二干渠及45条支渠流入灌区。 引大入秦工程每年引水量4.43亿立方米，规划灌溉面积86万亩
3、。可以解决秦王川地区28.3万农民脱贫致富，并安排其他贫困地区自愿移民8万人，年均农林牧业总产值可达3.84亿元。从根本上解决了永登、皋兰两县22个乡(镇)28.3万农民生产生活用水，对改善灌溉渠的气候，建设兰州的卫星城市，具有十分重要的意义。 根据甘肃省水利厅甘肃省水利厅关于下达2007年水利科研推广项目计划的通知（甘水发（2007）205号）文件，甘肃省引大入秦工程管理局选择引大入秦东二干渠1#隧洞为研究对象，委托甘肃大禹科技技术检测有限公司针对该隧洞工程的结构、运行状况及存在的典型病害问题，研究运用先进雷达无损的检测、分析、评定手段评估同类结构的安全性、耐久性，进而针对不同共性的病害特征
4、进行研究适宜加固处理方案。甘肃大禹科技技术检测有限公司有针对性地对东二干渠1#隧洞进行了设计、施工、使用情况调查及使用环境调查、现场测试及计算分析等，完成了缺陷检测、结构安全性及耐久性评估、加固技术方案研究及实施等工作。本次工程检测对引大东二干渠，1#隧洞衬砌内部及背后缺陷分布情况进行无破损法检测检测，包括空洞，脱空，裂缝，渗水，异物，结构松散不密实等。本工程对引大入秦工程的监测、修复和正常运行做出了保证，对引大入秦工程的用水、节水作用重大。第一章 探地雷达利用研究领域概况一、 探地雷达利用国内外发展状况（一）探地雷达技术发展历史探地雷达的历史最早可追溯到20世纪初，1904年，德国人Huls
5、meyer首次将电磁波信号应用与地下金属体的探测。1910年Leimback和Lowy以专利形式在1910年的专利，他们用埋设在一组钻孔里的偶极子天线探测地下相对高的导电性质的区域，并正式提出了探地雷达的概念。1926年Hulsenbeck第一个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路，指出只要介电常数发生变化就会在交界面会产生电磁波反射，而且该方法易于实现，优于地震方法。但由于地下介质具有比空气强得多的电磁衰减特性，加之地下介质情况的多样性，电磁波在地下的传播比空气中复杂的多，使得探地雷达技术和应用受到了很多的限制，初期的探测仅限于对波吸收很弱的冰层厚度（1951，B.O.Steenson，196
6、3，S.Evans）和岩石和煤矿的调查（J.C.Cook）等。随着电子技术的发展，直到70年代，探地雷达技术才重新得到人们的重视，同时美国阿波罗月球表面探测实验的需要，更加速了对探地雷达技术的发展，其发展过程大体可分为三个阶段：第一阶段，称为试验阶段，从20世纪70年代初期到70年代中期，在此期间美国，日本、加拿大等国都在大力研究，英国、德国也相继发表了论文和研究报告，首家生产和销售商用GPR的公司问世，即Rex Morey和Art Drake成立的美国地球物理测量系统公司（GSSI），日本电器设备大学也研制出小功率的基带脉冲雷达系统。此期间探地雷达的进展主要表现在，人们对地表附近偶极天线的辐
7、射场以及电磁波与各种地质材料相互作用的关系有了深刻的认识，但这些设备的探测精度、地下杂乱回波中目标体的识别、分别率等方面依然存在许多问题。第二阶段，也称为实用化阶段，从20世纪70年代中后其到80年代，在次期间技术不段发展，美国、日本、加拿大等国相继推出定型的探地雷达系统，在国际市场，主要有美国的地球物理探测设备公司（GSSI）的 SIR系统，日本应用地质株式社会（OYO）的YLR2地质雷达，英国的煤气公司的GP管道公司雷达，在70年代末，加拿大ACube公司的Annan和Davis等人于1998年创建了探头及软件公司（SSI），针对SIR系统的局限性以及野外实际探测的具体要求，在系统结构和探
8、测方式上做了重大的改进，大胆采用了微型计算机控制、数字信号处理以及光缆传输高新技术，发展成了EKKO Ground Penetrating Radar系列产品，简称 EKKO GPR系列。瑞典地质公司（SGAB）也生产出RAMAC钻孔雷达系统，此外，英国ERA公司、SPPSCAN公司，意大利IDS公司、瑞典及丹麦也都在生产和研制各种不同型号的雷达。80年代全数字化的GPR问世，具有划时代的意义，数字化GPR不仅提供了大量数据存储的解决方案，增强了实时和现场数据处理的能力，为数据的深层次后处理带来方便，更重要的是GPR因此显露出更大的潜力，应用领域得以向纵身拓展。第三阶段，从上个世纪80年代至今
9、，可称为完善和提高阶段。在此期间，GPR技术突飞猛进，更多的国家开始关注探地雷达技术，出现了很多探地雷达的研究机构，如荷兰的应用科学研究组织和代尔夫大学，法国_德国的Saint-Louis研究所（ISL），英国的DERA，瑞典的FOA，娜威科技大学和地质研究所，比利时的RMA，南非的开普敦大学，澳大利亚昆士兰大学，美国的林肯实验室和Lawrence Livermore国家实验室以及日本的一些研究机构等等。同时，探地雷达也得到了地球物理和电子工程界的更多关注，对天线的改进、信号的处理、地下目标的成像等方面提出了许多新的见解。GSSI公司在商业上取得了极大的成功，并在1990年被OYO公司收购，P
10、ulse Radar 公司、Panetradar 公司以及加拿大的SSI公司也在此时迅速发展壮大。进入21世纪以后，探地雷达逐渐的象更多的领域拓展，在矿产调查、考古、地质勘探、铁路、公路、水文、农业、环境工程、土木工程、市政设施维护以及刑事勘察等各领域都有重要的应用，用以解决地质构造、场地勘察、线路选择、工程质量检测、病害诊断、超前预报、垃圾填埋场环境污染研究等问题。我国探地雷达的研制工作起步较晚，于上个世纪70年代中期，由煤炭科学研究总院重庆分院高克德教授为首的探地雷达专题小组，针对煤矿生产特点研制开发出了一套探地雷达系列产品KDL系列矿井防爆雷达仪，开创了我国自主研制地质雷达的先河。直到8
11、0年代末90年代初，随着国内探地雷达仪器研制水平的提高及国外先进的仪器引进，国内不少高校和科研单位开展过地下目标探测方面的工作，其中电子科技大学、西安交通大学、二十二所、五十所、长春物理所、北京遥感设备研究所、北京理工大学、清华大学、西南交通大学、北京爱迪尔公司等单位先后研制过探地雷达试验系统，并在其中某些技术上取得一些成果。90年代末和本世纪初，中国矿业大学（北京）彭苏萍教授根据国内煤炭发展需要，成立仪器项目开发项目组，开始着手地质雷达的研制与开发，并于2004年开发出具有自主知识产权的地质雷达产品。近几年来，探地雷达在硬件方面的发展已趋于平稳，仪器生产厂家把重点放在了数据采集速率和信噪比的
12、提高，以及数据处理和解释软件的智能化方面。（二） 国外地质雷达技术发展状况1）美国的地质雷达技术美国有三个地质雷达厂家，GSSI是规模较大的一家（劳累代理），此外有PLUS RODAR（郑州大学张培代理）和PENETRADAR（欧美大地代理）。GSSI公司成立与1970年，1990年加入OYO集团，推出SIR-10型雷达，销售了150套，1994年推出SIR-2型雷达，4个月内销售25套。上世纪末本世纪初推出了SIR2000, 最近网上又推出SIR3000。美国PLUS RODAR公司的PLUS RODAR 型路用雷达，采用空气耦合双及型天线，有250MHz，500MHz，1GHz，2GHz多
13、种型号。同时可安装4个不同频率的天线，测量速度可达110km/h。美国PENETRADAR公司创建于1974年，一直从事高精度路面雷达系统的设计开发，该公司的IRIS/IRIS-L型路面雷达已作为美国路桥检测的工业标准。在中国有十几家用户。2）英国ERA公司SPRSCAN雷达英国有有两家雷达生产商，分别是ERA公司和SEARCHWELL公司。目前对于他们产品的详情了解甚少。3）意大利IDS公司RIS-2K/MF雷达意大利意锐（IDS）公司生产的RIS-2K/MF雷达（北京博态克公司代理），多通道雷达。IDS公司具有多年国防及卫星雷达经验，民用始于于20年前，意大利电信在安装前光纤前需探测地下目
14、标，提出了及其严格的要求，IDS公司为此研制出RIS-2K/MF雷达系统。目前配置的天线的频率有80，100，150，20，400，600，1200，1600MHZ。加拿大 EKKO 天线 输入电压400V，光纤1000V，重复频率30KHZ。4）瑞典及丹麦的雷达 瑞典在生产地质雷达较早，上世纪80年代中期，ABEM公司就生产井下透射雷达，到现在工程探测及检测雷达及各类天齐全。瑞典的MALA GEOSCIENCE公司，丹麦的依可-丹公司，也都生产谈地雷达。5）加拿大探头与软件公司PLUSE-EKKO雷达 加拿大的Sensors&Software公司生产的Pulse EKKO系列地质雷达在上世纪
15、初就进入了中国(雷迪公司代理)，早期产品为Pulse EKKO ，接着有功能改进的Pulse EKKO 100。该仪器的特点是接收与数字采样都放在天线中，通用光纤与笔记本电脑通讯，笔记本电脑作为记录器，抗干扰性强。但联线太多，野外使用不太方便。6）日本OYO雷达日本的OYO生产地质雷达较早，上世纪80年代末就有产品进入我国，进入90年代后它将地质雷达的生产转给了GSSI。（三）国内的地质雷达技术发展 国内在上世纪80年代就开始地质雷达的研究工作，主要是为了煤矿安全，重庆煤研所在和多煤矿进行了试验，采用模拟信号、屏幕显示技术，不是数字雷达。90年代初外国雷达进入中国后，电子部22所和航天部爱迪尔
16、公司也先后开始数字化雷达的研制，分别推出了自己的产品。90年代末和本世纪初骄鹏公司与矿大研究生院也分别研制出自己的产品。1）爱迪尔道路雷达爱迪尔公司推出的CIDRC道路检测雷达，天线中心频率750MHz、1000MHZ、2000MHz,并配有层位追踪软件，适合公路路面测量。后有开发出CBS-900探地雷达一体化机，配有高频、中频和低频天线，10MHz2GHz系列。用于混凝土结构、路面、工程场地等各种测量。2）电子部青岛22所LTD-3型探地雷达上世纪90年代中期，电子部青岛22所原在河南新乡时就研制出LTD-3型探地雷达，配有80MHz-1000MHz屏蔽型天线和25MHz-2000MHz非屏蔽性天线，并配有分析软件，用于混凝土结
