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摘要：路基常规检测技术无法探清路基内部的病害，钻芯检测对路基本身就是一种破坏，不仅加速了路基病害的发展，还给路基留下了隐患。近年来，随着无损检测技术的发展，探地雷达技术逐步进入了道路工作者的视野，但是对于探地雷达技术应用的优缺点尚不明确。本文基于上述研究现状，对探地雷达技术在铁路路基检测中的应用进行了研究。
关键词：铁路路基检测；探地雷达；应用流程
引言
路基检测是铁路建设与管理中的关键性、基础性技术，为工程设计、施工和养护提供可靠的依据，不仅对于控制工程质量至关重要，而且决定着线路维修养护决策的科学性，并直接影响维修养护资金分配的合理性。地质雷达检测具有无损、快速、准确等优点，非常适用于道床、基床状态调查和病害检测。
1、探地雷达工作原理
探地雷达系统主要由主机、天线、显示器组成。天线部分一般包含发射机和接收机两部分，发射机发射高频电磁波信号到地下介质中，反射回来的信号被接收机接收，然后在接收机内通过A/D转换器把模拟信号转换成数字信号，通过传输线将信号传送到主机并储存起来供以后分析使用。
探地雷达类似探空雷达，通过发射天线以脉冲形式向地下发射高频电磁波。由于材料成分、结构及环境不同，不同介质的地球物理性质存在较明显的差异，使雷达波在介质的分界面上产生反射，并被接收天线接收。电磁波在两种不同地球物理性质的介质的分界面会发生反射和折射，反射和折射能量的大小与界面上下介质的地球物理性质有关，反射波与入射波幅值比为反射系数，折射波与入射波幅值比为折射系数。
通常来说，在工程檢测中使用的探地雷达天线的主频一般相对较高，遇到的介质多为无磁性，且以位移电流为主的介质，因此在计算电磁波在地下介质的传播速度时只需要考虑介电常数，便可得电磁波传播速度。填方路基中回填物大多为块石、粘土及低标号的混凝土，采用灌浆方式处理过的路段还有水泥浆及遗留在路基中的注浆管等物，其相对介电常数一般均有不同，因而其反射波的频率、振幅、相位也将不同，跟据发射和接收电磁波的前后变化就可以判断灌浆效果。
2、铁路路基检测中探地雷达应用流程
2.1数据采集
在某工程中，为了更好的对地下水泥桩的位置进行控制和防止测线布设不合理造成的水泥桩数量误差，在垂直路基方向（纵向）从一侧边坡到另一侧边坡布设 3 条测线，长度为实际路基纵向宽度，横向则在纵向测线的中点布设 3 条垂直的测线，长度为 11.8 m，测点点距均为 0.1 m。
2.2数据处理
（1）图像处理。数据经过图像处理后，输出清晰的探地雷达图像，在探地雷达图像上能够看出不同电性的结构层和各种异常体。去除强的背景干扰和其它干扰，突出从地下反射回来的弱信号，使探地雷达图像能清晰的显示出有用目标。
（2）图像解释。人工或半自动拾取反射信息（地层反射和其它目标体反射），在已知介质的电磁波速度的情况下，可以做时-深转换。将探地雷达图像转换成地质剖面（包括地层组成及厚度）与物性（含水量，空隙比等）的数据文件。
（3）参数分类和统计分析。根据地层介电常数，划分地层的类型或病害类型，统计它们的范围和数量，对路基状况进行评价。参数分类和统计分析的前提是先要进行地层拾取，确定各层的介电常数。
2.3探地雷达图像特征分析
（1）翻浆冒泥分析。石碴内散射部分出现云朵状、波浪状等形状。根据翻浆冒泥出现的深度判断是道床翻浆，还是路基冒泥。（2）地层结构的分析。地层的层数和厚度；填土路基、涵洞两侧路基、桥台后路基、新老路基结合部的结构；路基中杂填物等。（3）路基面的含水情况。根据路基面的反射强度，参考该地段路基面的形状和地形情况，人工判断路基面的含水情况。
2.4石碴厚度分析
（1）统计该段线路石碴厚度的分布，是否达到线路要求。（2）发现路基沉降地段。（3）道碴陷槽和排水不良地段的确定。中间剖面明显低于两枕端剖面，在纵向上形成地洼状，可认为道碴陷槽和排水不良地段。
2.5里程的校正
（1）长的桥梁中心
长的桥梁有护轮轨，在探地雷达图像上有明显的地标信号，根据两护轮中心可确定探地雷达实测的桥梁中心里程。在工务设备表内，每座桥梁都有中心里程。将探地雷达实测的桥梁中心里程与工务设备表内桥梁都有中心里程对比，就可以得到探地雷达的定位误差。根据定位误差校正里程。
（2）GPS 整里程校正误差
数据处理过程中，在整里程附近，可看到两个里程，一个是编码器计算的里程，一个是 GPS 给出的整里程，两者之差为该公里的校正误差。
3、铁路路基检测中探地雷达应用
3.1路面基层剧烈起伏的情况
由于局部路段基本密实度不均匀，当负荷转移能力之间的面板出现受力不均匀的情况时，由于受到超重荷载的长期影响，就可能导致路面地基不均匀而加剧沉降或拱起的情况出现，甚至产生基层裂缝，进而就会在波动谱的雷达波形中显现出其具体的性能特点。无损检测应贯穿铁路建设和运营管理的路基整个过程，才能便于对其进行维护，特别是在工程建设中，雷达天线的选择也是一项重要工作内容，使用车载测量方法对路基填筑质量进行跟踪检测，可以及时发现铁路的施工质量问题，同时也会出现基层损坏的状况，由于地方基层部分压实度不均匀，在不密实的超重负荷反复冲击下，加之受到地表水和地下水的影响，会对路面造成严重的损害，表现为雷达杂波和雷达反射波剖面起伏不断，并对所存在的缺陷检测异常可以及时进行处理，通过动态的手段和方法方便对铁路路面的路基工程质量进行适当的监控和管理，确保科学合理的检测。
3.2基层高含水的情况
当铁路路面出现不均匀就会导致路面部分基本密实度和填充密度较低，在宽松的条件下，可能会导致地表水入渗，加快水面积聚，同时松散的基层含水率是比较大的。因此，较大的介电常数会与周围的介电常数存在巨大差异。之前和之后的波比在一样的水平下也会出现低反射波形并在雷达剖面上的表现，同时部分反射波跳动的非常强，也会反映更大的能源强度的变化。路基压实、土壤密度分布和层间水渗流量光滑，除了面板和底座之间的介电常数存在差别外，其他地方的介电常数变化小，不存在明显的反射界面，这种情况在雷达剖面上的示波是没有规则并呈现杂乱反射的图象。
4、结语
路基检测是铁路和铁路工程检测技术新学科的重要部分，是一门快速发展的分支学科，它融检测理论、仪器开发研制和测试操作技术及路基工程相关学科基础知识于一体。路基检测技术的发展，对保证工程质量和我国检测技术的发展都具有重要意义。
参考文献：
[1] 曾昭发，刘四新，王者江等. 探地雷达技术的发展及其在铁路工程中的应用综述[J]. 中外铁路：2007，27（4）：211-213.
[2] 邓小文，杨建强，魏伍洲. 探地雷达在路面厚度无损检测中的应用[J]. 中国市政工程. 2006（02）.
关键词：铁路路基检测；探地雷达；应用流程
引言
路基检测是铁路建设与管理中的关键性、基础性技术，为工程设计、施工和养护提供可靠的依据，不仅对于控制工程质量至关重要，而且决定着线路维修养护决策的科学性，并直接影响维修养护资金分配的合理性。地质雷达检测具有无损、快速、准确等优点，非常适用于道床、基床状态调查和病害检测。
1、探地雷达工作原理
探地雷达系统主要由主机、天线、显示器组成。天线部分一般包含发射机和接收机两部分，发射机发射高频电磁波信号到地下介质中，反射回来的信号被接收机接收，然后在接收机内通过A/D转换器把模拟信号转换成数字信号，通过传输线将信号传送到主机并储存起来供以后分析使用。
探地雷达类似探空雷达，通过发射天线以脉冲形式向地下发射高频电磁波。由于材料成分、结构及环境不同，不同介质的地球物理性质存在较明显的差异，使雷达波在介质的分界面上产生反射，并被接收天线接收。电磁波在两种不同地球物理性质的介质的分界面会发生反射和折射，反射和折射能量的大小与界面上下介质的地球物理性质有关，反射波与入射波幅值比为反射系数，折射波与入射波幅值比为折射系数。
通常来说，在工程檢测中使用的探地雷达天线的主频一般相对较高，遇到的介质多为无磁性，且以位移电流为主的介质，因此在计算电磁波在地下介质的传播速度时只需要考虑介电常数，便可得电磁波传播速度。填方路基中回填物大多为块石、粘土及低标号的混凝土，采用灌浆方式处理过的路段还有水泥浆及遗留在路基中的注浆管等物，其相对介电常数一般均有不同，因而其反射波的频率、振幅、相位也将不同，跟据发射和接收电磁波的前后变化就可以判断灌浆效果。
2、铁路路基检测中探地雷达应用流程
2.1数据采集
在某工程中，为了更好的对地下水泥桩的位置进行控制和防止测线布设不合理造成的水泥桩数量误差，在垂直路基方向（纵向）从一侧边坡到另一侧边坡布设 3 条测线，长度为实际路基纵向宽度，横向则在纵向测线的中点布设 3 条垂直的测线，长度为 11.8 m，测点点距均为 0.1 m。
2.2数据处理
（1）图像处理。数据经过图像处理后，输出清晰的探地雷达图像，在探地雷达图像上能够看出不同电性的结构层和各种异常体。去除强的背景干扰和其它干扰，突出从地下反射回来的弱信号，使探地雷达图像能清晰的显示出有用目标。
（2）图像解释。人工或半自动拾取反射信息（地层反射和其它目标体反射），在已知介质的电磁波速度的情况下，可以做时-深转换。将探地雷达图像转换成地质剖面（包括地层组成及厚度）与物性（含水量，空隙比等）的数据文件。
（3）参数分类和统计分析。根据地层介电常数，划分地层的类型或病害类型，统计它们的范围和数量，对路基状况进行评价。参数分类和统计分析的前提是先要进行地层拾取，确定各层的介电常数。
2.3探地雷达图像特征分析
（1）翻浆冒泥分析。石碴内散射部分出现云朵状、波浪状等形状。根据翻浆冒泥出现的深度判断是道床翻浆，还是路基冒泥。（2）地层结构的分析。地层的层数和厚度；填土路基、涵洞两侧路基、桥台后路基、新老路基结合部的结构；路基中杂填物等。（3）路基面的含水情况。根据路基面的反射强度，参考该地段路基面的形状和地形情况，人工判断路基面的含水情况。
2.4石碴厚度分析
（1）统计该段线路石碴厚度的分布，是否达到线路要求。（2）发现路基沉降地段。（3）道碴陷槽和排水不良地段的确定。中间剖面明显低于两枕端剖面，在纵向上形成地洼状，可认为道碴陷槽和排水不良地段。
2.5里程的校正
（1）长的桥梁中心
长的桥梁有护轮轨，在探地雷达图像上有明显的地标信号，根据两护轮中心可确定探地雷达实测的桥梁中心里程。在工务设备表内，每座桥梁都有中心里程。将探地雷达实测的桥梁中心里程与工务设备表内桥梁都有中心里程对比，就可以得到探地雷达的定位误差。根据定位误差校正里程。
（2）GPS 整里程校正误差
数据处理过程中，在整里程附近，可看到两个里程，一个是编码器计算的里程，一个是 GPS 给出的整里程，两者之差为该公里的校正误差。
3、铁路路基检测中探地雷达应用
3.1路面基层剧烈起伏的情况
由于局部路段基本密实度不均匀，当负荷转移能力之间的面板出现受力不均匀的情况时，由于受到超重荷载的长期影响，就可能导致路面地基不均匀而加剧沉降或拱起的情况出现，甚至产生基层裂缝，进而就会在波动谱的雷达波形中显现出其具体的性能特点。无损检测应贯穿铁路建设和运营管理的路基整个过程，才能便于对其进行维护，特别是在工程建设中，雷达天线的选择也是一项重要工作内容，使用车载测量方法对路基填筑质量进行跟踪检测，可以及时发现铁路的施工质量问题，同时也会出现基层损坏的状况，由于地方基层部分压实度不均匀，在不密实的超重负荷反复冲击下，加之受到地表水和地下水的影响，会对路面造成严重的损害，表现为雷达杂波和雷达反射波剖面起伏不断，并对所存在的缺陷检测异常可以及时进行处理，通过动态的手段和方法方便对铁路路面的路基工程质量进行适当的监控和管理，确保科学合理的检测。
3.2基层高含水的情况
当铁路路面出现不均匀就会导致路面部分基本密实度和填充密度较低，在宽松的条件下，可能会导致地表水入渗，加快水面积聚，同时松散的基层含水率是比较大的。因此，较大的介电常数会与周围的介电常数存在巨大差异。之前和之后的波比在一样的水平下也会出现低反射波形并在雷达剖面上的表现，同时部分反射波跳动的非常强，也会反映更大的能源强度的变化。路基压实、土壤密度分布和层间水渗流量光滑，除了面板和底座之间的介电常数存在差别外，其他地方的介电常数变化小，不存在明显的反射界面，这种情况在雷达剖面上的示波是没有规则并呈现杂乱反射的图象。
4、结语
路基检测是铁路和铁路工程检测技术新学科的重要部分，是一门快速发展的分支学科，它融检测理论、仪器开发研制和测试操作技术及路基工程相关学科基础知识于一体。路基检测技术的发展，对保证工程质量和我国检测技术的发展都具有重要意义。
参考文献：
[1] 曾昭发，刘四新，王者江等. 探地雷达技术的发展及其在铁路工程中的应用综述[J]. 中外铁路：2007，27（4）：211-213.
[2] 邓小文，杨建强，魏伍洲. 探地雷达在路面厚度无损检测中的应用[J]. 中国市政工程. 2006（02）.