地质雷达快速检测铁路路基病害的应用研究

分类号密级中国地质大学（北京）工程硕士学位论文地质雷达快速检测铁路路基病害的应用研究研究生王磊专业地质工程研究方向地球物理勘探新技术与新方法导师名称刘国峰职称副教授企业导师刘占理职称高级工程师2015年5月 ADissertationSubmittedtoChinaUniversityofGeosciencesforMasterofEngineeringDegreeTheResearchOnTrackBedInspectionByHighSpeedGPRMasterCandidate:WangLeiMajor:GeophysicsStudyOrientation:GeologicalengineeringDissertationSupervisor:Prof.LiuGuofengAssociateSupervisor:SeniorEngineer.LiuZhanliChinaUniversityofGeosciences(Beijing) 声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国地质大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：曰期：>i5^£关于论文使用授权的说明本人完全了解中国地质大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。S会开口保密（__年）（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名:日期：-工 摘要随着铁路事业的快速发展，针对铁路路基出现的病害进行快捷的检测方面的需求逐渐加强。现在针对铁路路基出现的病害进行检测的手段仍借鉴了常规的方法，存在一定的破坏性，较低的效率低，精度也比较差，同时经济成本比较高，容易造成路基破损程度继续增加。探地雷达（GPR）指的为一比较新的无损测量装置，为一种利用电磁法进行探测的手段，通过地下介质所具有的电性差异开展检测。该手段具有无破损性、快的探测速度、能够获得不间断的成像内容以及高的分辨率等特点，在对隐藏缺陷以及浅层细致地层构造两方面进行高分辨率检测方面应用广泛，所获得的成效令人满意。随着探地雷达在公路道路质量检测中日趋成熟的应用，人们开始考虑将其引进铁路路基病害检测中来。本文结合探地雷达的工作原理及铁路路基病害的相关理论，研究探地雷达在铁路路基病害检测中的应用，通过对各种探地雷达设备的了解比较，结合现场试验，完成了铁路路基病害检测设备的选型及其与轨道车的组装；通过数据处理和分析，开展检测结果现场验证，不断对病害判定标准进行修改，最终确定了铁路路基几种常见病害的雷达典型图像标准，作为以后数据解译的依据。本文主要内容和研究成果如下：1、简述我国铁路及路基病害检测的现状，明确本文的选题意义和研究内容，并对当前国内外铁路路基雷达的发展及应用情况进行说明。2、简述探地雷达系统的组成和基本理论，电磁波传播所具有的特性以及特点；对于路基所用探地雷达自身所具有的探测特点以及相关的性能参数和探地雷达所具有的工作原理进行了介绍。3、简述铁路路基结构，并对铁路路基的常见病害进行了简略介绍，对铁路路基及常见病害有了初步的了解。4、通过对国内外探地雷达设备的了解比较，确定相对适合的雷达型号，并通过现场试验，确定天线组的摆放方式及位置，并完成雷达设备与轨道车的组装，完成铁路路基病害雷达检测的硬件要求。 5、确定现场数据采集参数，并简单阐述了雷达数据处理的流程及方法。通过不断的检测后进行现场验证，取得有效数据，归纳总结各种常见路基病害的雷达典型图像，制定雷达数据评判标准，完善铁路路基快速检测技术，快速、准确的为铁路路基病害整治提供可靠依据。6、以已制定的雷达典型图像为标准，在铁路路基病害检测中实例验证，检测所制定标准的可行性，取得了良好效果。关键词：探地雷达，空气耦合，快速检测 AbstractWiththefastdevelopmentofChina’srailwayindustry,theinspectionrequirementsoftrackbeddefectsandanomaliesgettinghigherandhigher.Nowadaysthetraditionalmethodsoftrackbedinspectionarestillwidelyusedintheassessmentoftrackbed.Thesemethodsareineffective,expensive,andlow-precision;manyofthemaredestructivetotherailwayandevenworsenthedamageofthetrack.Groundpenetratingradar(GPR),whichbasedontheelectricalpropertiesofsub-groundlayers,isanewnon-destructivetestingelectromagneticequipment.Theradarsurveyapproachpermitscontinuous,highspeedandhighresolutionmapping.Ithasbeensuccessfullyappliedtothedetectionofshallowdetailedgeologicalstructuresandhigh-resolutionhiddendefects.GPRhasbeenregularlyusedintheroadevaluation.Andit’sgraduallyintroducedtomonitortrackbedconditions.BasedontheprincipleofGPRandrelevanttheoryofthetrackbeddefects,thispaperconcentrateontheusageofGPRintheinspectionoftrackbed.FirsttheGPRwasmountedonatrainafterthetypeselectionandon-siteexperiment.Theradarsurveysinthisworkpresentedseveralidentifiedsymbolicimagestandardsofcommontrackbeddefectsthroughthedataanalysisandsitevalidation.Andthesestandardscouldbeusefulinthedatainterpretation.Themainresultsofthisstudycanbesummarizedasfollows:1.Abriefdescriptionofrailwayindustry,thestatusoftrackbedinspectioninChina.AlsopresentsareviewofthedevelopmentandapplicationofGPRintrackbedevaluationathomeandabroad.2.BrieflyoutlinedthesystemcomponentsandprincipleofGPR,thetransmissioncharacteristicsandprosperitiesofelectromagneticwave.Introducetheworkingprinciple,detectionabilitiesandperformanceindexofGPR.3.Describedthestructureofroadbedandcommonrailwayroadbeddisease.4.MeetthehardwaredemandsofinspectionbyassemblingtheGPRequipmentonthetrainafterthechoosingsuitableGPRanddeterminethewayandpositiontomounttheantennas.5.Definedtheparametersofdatasampling.IntroducedtheprocedureandmethodofGPRdataprocession.Thisresearchsummarizedsymbolicimageofcommontrackbeddefectsafterdataanalysisandsitevalidation,setradardataevaluatingstandard,completedthehighspeedinspectionoftrackbed.Thisstudyprovidesreliablebasisfortreatmentofrailwaysubgradedefects.6.Achievedgoodresultsinthepracticalexamplesbytestingfeasibilityofthestandardsbasedonthepreviousidentifiedsymbolicradarimage.KeyWords:Groundpenetratingradar(GPR)，Air-coupled，High-speedinspection 目录1前言......................................................................................................................................................11.1选题依据、目的及意义...........................................................................................................11.1.1我国铁路现状................................................................................................................11.1.2目的及意义....................................................................................................................21.2国内外研究现状.......................................................................................................................31.3本文主要研究内容...................................................................................................................42地质雷达基本原理..............................................................................................................................52.1地质雷达工作原理...................................................................................................................52.2介质的电特性...........................................................................................................................62.3介质中的电磁波波速...............................................................................................................73铁路路基结构及常见病害................................................................................................................103.1铁路路基基本结构.................................................................................................................103.2铁路路基常见病害种类.........................................................................................................123.3铁路路基病害形成机理.........................................................................................................143.3.1翻浆冒泥......................................................................................................................143.3.2路基下沉、外挤..........................................................................................................153.3.3道砟囊（陷穴）..........................................................................................................163.3.4软弱夹层......................................................................................................................164铁路路基快速检测设备及技术........................................................................................................184.1铁路路基快速检测基本要求.................................................................................................184.1.1目标体分析..................................................................................................................184.1.2检测速度及其他要求..................................................................................................194.2地质雷达的选择.....................................................................................................................204.3快速检测系统的组装.............................................................................................................224.3.1天线的试验与安装......................................................................................................234.3.2测距定位系统的安装..................................................................................................285地质雷达数据的采集、处理与分析................................................................................................305.1雷达数据的采集....................................................................................................................305.2雷达数据的处理....................................................................................................................325.2.1数据编辑......................................................................................................................325.2.2能量均衡（增益调整）..............................................................................................335.2.3数字滤波......................................................................................................................345.2.4反褶积..........................................................................................................................355.2.5偏移处理......................................................................................................................355.2.6时深转换......................................................................................................................365.2.7背景去除......................................................................................................................375.3雷达数据的分析....................................................................................................................375.3.1分层...............................................................................................................................375.3.2病害解释.......................................................................................................................385.3.3干扰的识别...................................................................................................................385.4路基病害雷达典型图像........................................................................................................40 5.4.1翻浆冒泥.......................................................................................................................405.4.2路基下沉、外挤...........................................................................................................415.4.3道砟囊（陷穴）...........................................................................................................425.4.4软弱夹层.......................................................................................................................436铁路路基病害雷达快速检测实例....................................................................................................456.1沈阳铁路局路基快速检测.....................................................................................................457总计....................................................................................................................................................487.1思考与认识.............................................................................................................................487.2不足与建议.............................................................................................................................49致谢......................................................................................................................................................508参考文献............................................................................................................................................51 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文1前言雷达检测方法是近年来新发展起来的一种物探检测方法，随着既有铁路建设的进一步发展，铁路路基的安全状态检测更为迫切，雷达检测的快速、无损、准【1】确这一优势逐步体现出来。这种方法为一个地球物理探测手段，该方法是通过发射探头产生相应的电磁波到目标介质层，经目标介质层传播后反射回来，雷达接收探头对反射波进行接收，按照所收到的反射波所具有的波形、波幅等相关内容，借助于图像分析以及处理等方式，对目标体具有的结构以及所对应的空间位置等进行确定，从而能够更好地将结构的高分辨率信息以及目标体所具有的相关介质特性提供出来。空耦雷达与常规雷达检测方法相似，不同之处在于雷达探头为空气耦合天线。1.1选题依据、目的及意义1.1.1我国铁路现状轨枕、道床、基床、路基下部、桥梁等构成轨下基础，影响行车安全的轨下基础病害主要是道床病害和路基上面所存在的基床病害。前者主要包含了道床板【2】结、道床翻浆冒泥以及道床污染等不同类型的病害，这部分类型的病害常常会比较普遍。对道床病害能够产生影响的原因很多，一种原因为和自然条件、运量、轨道结构以及行车速度等方面存在一定关联；二是与道砟质量、轨道技术状态、维修技术措施等有关，特别是石灰岩道床线路区段，道床病害尤为严重。后者主要包含了隐蔽性冲空、基床下沉以及基床翻浆冒泥等不同类型的病害。造成基床病害的原因主要是前期施工质量不良，大小不够的基床强度，过高的道砟层底面应力，尤其是基面为风化石质、基床填料为细土粒、具有较大降雨量的路堤【3】会经常发生病害。铁路路基病害是多种多样的，铁路修建时间、降雨量、基床土质和列车速度、运量等方面存在的差异，令现有的铁路路基呈现出各种各样的状态，同时还会出现多种复杂的路基病害，而且其分布面比较广，存在一定的随机性，严重影响行车安全。当前正值我国铁路高速发展时期，既有铁路的改造及提速，大量新建高1 前言速度铁路项目相继开工。2008年4月，全国铁路开始第六次大提速，多数线路时速达200公里，部分区段时速达350公里；截止2008年底，全国既有铁路总长为7万9千公里；2009年，全路计划基本建设投资6000亿元，全国铁路新线投产将达5800多公里，至2011年，全国既有铁路总长预计将达到10万公里。1.1.2目的及意义为了确保铁路运营行车安全，掌握铁路既有线路基病害，必须适时的对路基进行检测。路基检测的主要任务是：1、确定道砟层厚度；2、确定路基病害段（主要为翻浆冒泥、路基下沉、软弱夹层、道砟囊及冻害等）；3、确定道砟污染里程段范围；4、确定路基含水区域范围及相对含水量情况；通过对铁路路基的检测，可进一步加强对当前铁路路基设备状况的了解及掌握，其目的意义如下：1、为宏观管理提供普查检测数据。如线路提速前，对整条线路路基质量、状况进行检测和评估；2、为病害整治提供详细检测数据。伴随着铁路的全面提速，老路基在超荷载运行下路基病害增多，要及时整治加固，去除铁路隐患，就需要详细、准确地检测铁路路基病害，为合理整治提供依据；3、为维护线路提供可靠的路基检测手段，保障运营安全。如客运专线和青藏线。4、快速检测。在不影响正常行车的运营状态下，针对既有线量大、面广的特点，快速上道检测，及时提交检测成果。路基检测是铁路既有线路基状态评估及病害整治的技术依据。2 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文1.2国内外研究现状最近些年，在计算机得到不断发展的同时，其也带动了地质雷达硬件的发展，同时对于利用地质雷达来对铁路进行检测这种方法所存在的很多优点也有了更好的认识，全球很多国家和地区都持续进行了利用地质雷达对铁路路基进行检测的试验以及相关的研究。在美国，CarnegieMellon大学发明了一种对铁路线路自身质量进行评估【4】的自动化分类手段，该方法主要是通过地质雷达对道砟面下面的构造情况进行相关的检测。同时，Selig公司通过在轨道车上面所装备的相关地质雷达装置对道床状况进行了相关检测，而且检测出了已经出现下沉的区段。【5】在英国，爱丁堡大学开展了利用雷达对铁路道床状态进行评估的模拟试验【6】。研究发现，地质雷达不仅能够对铁路相关的路基结构界面进行相应的识别，同时还可以对道砟污染以及损坏的程度做出一定的识别，可以清楚的分辩混砟、复合道砟等。专业性比较强的IMC地球物理有限公司等通过地质雷达装置，检测了好几百公里的铁路线路，所得的检测结果主要如下：(1)能够供给不间断的道床厚度剖面，以判断是否存在路基下沉区域；(2)对道床现状进行评估，以区分道床是否需要维修或应进一步调查；(3)判断道砟层是否污染以及污染程度评估；(4)对道砟清筛前后质量指标进行评估。【7】目前，我国路基检测方法还是以传统的挖探、钎探为主，在个别地段部分采用高密度电法和瑞雷波法。钎探等手段不仅能够将线路损坏，同时耗费大量的工、时，可以提供的点状信息又比较少，很大程度上对于提供细致的调查分析存在一定的难度。高密度电法和瑞雷波法按点布置测线，同样实现不了不间断的、速度比较快的探测，远远不能够对现在的铁路提速以及将来的高速管理经营做出很好的适应。最近些年，在科学技术得到不断发展的同时，其也带动地质雷达硬件有了显著进步，尤其是非接触式的空气耦合雷达天线的出现，推动许多国家开展了地质雷达检测铁路路基的试验和研究工作。国外采用非接触式的空气耦合雷达天线，进行公路、铁路的路基探测，不仅快速、准确，而且具有无损性，对于铁路道床等方面的病害检测很为适用，引起了国内同行的广泛兴趣和关注。3 前言从1999年到现在，中国依次在沪宁线、陇海线等铁路线上面开展了地质雷达等检测手段对路基下沉、外挤等实施了相关检测，在对现场检测完之后，所得到的结果基本和实际情况差不多，给铁路局制定相关的路基大修的维修方案以及具体里程给出了很好的参考，社会以及经济效益显著。1.3本文主要研究内容(1)探地雷达的基本理论与工作原理从电磁波波动方程及其特点出发，简单介绍了至平面电磁波的传播及特点，对探地雷达的工作原理进行了说明；通过研究雷达电磁波最为关键的传播介质所具有的相关电特性之后，针对其在地下介质里面存在的波速及传播特点进行了分析研究，并对探地雷达设备的探测性能及指标进行了分析。(2)铁路路基常见病害的形成机理与成因简单介绍了铁路路基的基本结构，结合当前路基病害特点，对常见路基病害进行了分类：道床病害及其床病害，对几种常见病害进行了简单分析，并结合雷达基础理论，对探地雷达探测路基病害的可能性进行了分析。(3)铁路路基快速检测雷达设备选型组装首先对铁路路基快速检测中雷达设备设备性能的基本要求进行了分析，然后对当前的主流雷达设备进行了分析比较，结合铁路路基检测雷达性能的需求，选定了雷达检测设备及测距定位系统；再结合配合路基检测的轨道车，对设备及车辆进行了组装。(4)铁路环境中雷达数据的最佳处理流程首先对铁路路基雷达检测的测测布置及检测参数进行了研究讨论，然后讨论了处理数据的相关过程：反褶积、数据滤波和数据编辑等，另外从软硬件两个方面着重讨论了铁路路基轨枕对雷达数据的干扰去除方法。(5)铁路路基病害雷达评判标准制定。在资料处理的基础上，对雷达资料的解译进行了讨论，并总结了几种常见路基病害的雷达典型图像，其中主要路基病害类型包含基床翻浆冒泥、路基下沉外挤、道砟囊（陷穴）以及软弱层四种。对以上四种路基病害的雷达典型图像分别进行分析，以加深理解，提高病害解译的准确度。4 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文2地质雷达基本原理2.1地质雷达的基本工作原理地质雷达为一个地球物理检测手段，它是通过从地面上产生电磁波传送到地下，然后对反射波进行接收，按照反射波波形以及幅度等相关内容，借助于图像分析以及处理等方式，对目标体所具有的结构或者空间位置和地下界面进行确定，从而将结构所具有的高分辨率信息以及近地表介质所具有的相关特性给出来。铁路路基属于人工进行填筑的构造，分层结构特点显著，由下到上依次为地基土、基床填土以及道砟层。在深度方向上，每个层相关的介质所具有的介电常数之间存在的差异比较明显。所以，雷达波在每个层之间的传播还是存在比较明显的差异，而且在每个层的界面会产生强度比较高的反射现象，能够按照雷达图像波形在深度方向上的不同得到每个介质分界面的相关内容。因为填筑的时候，施工工艺与铁路路基所用的填料差不多，所以在线路的横向、纵向两方面的材质可能具有均匀性。当病害产生之后，分层界面以及路基介质两者会出现异常现象，雷达图像能够呈现出其相应的特征，对在线路横、纵方向上地质雷达剖面图所包含的图像变异类型以及图像所具有的同相轴连续性进行分析，能够获得病害的类型、严重程度以及范围等相关内容。下图为探测原理的示意图：图2-1探地雷达探测原理示意图5 地质雷达基本原理2.2介质的电特性探地雷达所具有的适用性由目标介质自身所具有的电特性决定，电导率【8】（σ）以及介电常数（ε）是其中最为重要的两个指标。1、电磁波于介质里面所具有的穿透深度由电导率所决定，图2-2给出了其关系图。从图2-3和图2-4两个图能够发现，在电导率较低的土壤里面能够获得较高的雷达剖面信噪比，其具有较好的数据质量，不过在电导率较高土壤里面所获得的雷达剖面具有较快的能量衰减速度。2、两种类型不同的介质所具有的对比度以及电磁波自身所具有的传播速度由介电常数所决定。同时，电磁波在介质当中所具有的覆盖范围也由介电常数所决定。图2-2电磁波的穿透深度与电导率的关系电磁波在介质当中所具有的传播速度、极化、谐振以及波长等指标也由介质自身的电特性所决定，从而对于探地雷达对应的性能极限以及工作指标的选取也能够做出决定。6 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文图2-3从低电导率土壤中得到的雷达剖面因为每层的填充材料存在差异，所以各层间的电特性差异较为显著。通过探地雷达实施检测的时候，假如部分路基出现了破坏，那么它的电特性也会产生相应的变化，按照所出现的变化，能够对路基每层的状况进行推测，进而实现无损检测。图2-4从高电导率土壤中得到的雷达剖面2.3介质中的电磁波波速电磁波在不同介质的目标体内传播时其波速也各不相同，要准确掌握不同介质内相应层位或具体的深度以及范围，一定得能够对电磁波在各种介质里面具有的传播速度做出准确的掌握。所以，对目标介质里面的电磁波具有的传播速度进行研究具有重要的意义。对于针对目标埋深的估计来讲，在地下介质里面电磁波所具有的传播速度是一个极为重要的指标，下述内容为几种常用的对电磁波传播速度进行确定的手段【9】【10】。7 地质雷达基本原理(1)介电常数法在提前了解测量样本具有的介电常数ε的情况下，能够通过下式求得电磁波对应的传播速度：cv在上述式子里面，c代表的为空气当中电磁波对应的传播速度。在对不同介质当中电磁波具有的介电常数进行查询之后，能够获得和测量对象对应的介电常数，不过其只做参考，而且由此得出的相对介电常也只是在理想状态下的，与实际值存在误差。也可以经实验获得，不过费力费事，局限性比较大，测量精度方面很难得到确保。(2)几何刻度法这种方式是对天线移动的时候，相对于电磁波地下目标所具有的各种反射线路进行考虑，从而计算得到电磁波所具有的传播速度。222w2xz4x2t(x)t20vvv在上面的式子当中，t(x)代表的是位置x到目标的双程旅行时间；0t代表的是垂直路径方向上距离目标的双程旅行时间；通过这个式子能够反过来计算得到传播速度。该手段具有简单可行的特点，不过得事先埋设反射目标或者提前了解埋深目标，具有较差的代表性。图2-5几何刻度法8 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文(3)由已知深度目标体标定在测量的区域当中，选取已经知道的埋深目标，通过式子νa=2h/t计算得到平均速度。该手段具有简单可行的特点，比较常用。不过得事先埋设反射目标或者提前了解埋深目标。除此之外，倘若通过个别的点反过来计算得到的速度以获得全面的涵盖，以偏盖全的错误避免不了。9 铁路路基快速检测设备和技术3铁路路基结构及常见病害3.1铁路路基的根本结构铁路路基属于人工填筑构造，所具有的分层结构特点比较明显，其基本结构主要有分为两层：道床及基床。其中，道床包括钢轨、轨枕及道砟层，基床分为级配碎石层（砂垫层）、基床填土层及路基基底（地基原状土），见下图。图3-1铁路路基结构示意图对于常规铁路，通常情况下，道砟层厚度高40～80cm，积配碎石层约30cm，基床填土层200～600cm，视具体情况而定。当前国内均采用标准轨，标准轨内轨间距为1.435mm，标准的轨枕间距为625mm。相对来说，道床的结构单一，除石料的材质、粒径大小及道砟层厚度外，其它要求较少，故路基重点在基床。对基床的相关规定如下：1、强度要求：强度必须足够高，从而能够抵抗列车荷载的动应力；可以抑制道碴压进基床土里面，避免出现道碴陷槽等病害；填筑路基的时候可以承载重型施工车辆的重量从而避免印坑的出现，以防隐患；2、刚度要求：列车荷载持续作用的情况下，会出现很小的塑性累积，从而使得太大的不均匀下沉得以避免，防止轨道出现不平的情况；列车快速运行的时10 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文候，基床所具有的弹性变形应该能够对高速行走要求的舒适性以及安全性做出很好的满足，并且可以确保道床的稳固；3、防渗要求：抑制雨水的侵入，避免路基土出现软化现象，使得翻浆冒泥等现象得以避免；4、在高寒等区域，存在防冻等要求。列车运行的长期作用导致基床土承受持续的荷载，在这个动载荷的作用下，经过长期的积累，基床才出现了破坏或者是严重的有害变形。临界动应力和土的种类、围压大小以及含水量等因素存在一定关联。按常规来讲，加载频率提高，临界动应力减小，所以针对路基，列车速度比较低的情况下，路基病害会得到相应的减少，反之，其会快速增加。基床厚度的确定原则：基床能够被分成底层以及表层两个层，将受列车动荷载影响大、同时受气温和水作用而对土的性质产生影响的土层叫做基床表层，将其下面的部分叫做基床底层。表3－1为不同速度要求下的铁路路基基床设计厚度表。表3-1铁路基床设计厚度表设计速度机床表层厚度机床底层厚度机床表层厚度(km/h)（m）（m）（m）2000.61.92.52500.72.33基床结构：其能够分成两种类型：多层系统或强化类型以及二层系统类型。一般的普速线路大部分属于土质基床和道床直接连接起来的二层系统，叫做土基床；于土路基和道床两者间添加一层垫层或者路基保护层的构造叫做强化或多层系统基床，其中的垫层或者路基保护层能够使基床病害得到有效的防治。11 铁路路基快速检测设备和技术3.2铁路路基常见病害种类轨枕、道床、基床、路基下部等构成轨下基础，影响行车安全的轨下基础病【11】害主要是道床病害和路基基床病害，据统计，危及行车安全的病害80%以上均在其范围内，路下基部也存在部分病害段，如岩溶发育、冻土层的深度及影响范围等，因其埋藏较大，本文中不做讨论，仅对基床和道床里面所存在的病害进行探讨。道床当中出现的病害主要包含了道床板结、翻浆以及污染等，而且比较常见。存在很多相关的影响因素，一种原因为和自然条件、运量、轨道结构以及行车速度等方面存在一定关联；二是与道砟质量、轨道技术状态、维修技术措施等有关，特别是石灰岩道床线路区段，道床病害尤为严重。基床病害的产生主要是因为基床自身的原因，在列车动力的作用下，由于基床土质不良和强度不足，会发生变形，从而造成的病害。基床对轨道起到了很好的支撑作用，成为轨道的基础，但如果强度不足，在列车的动力作用下将产生有害的变形，这种变形是永久的，很难自身修复，影响路基的稳固，也势必给行进中的铁车带来安全隐患。关于基床变，从产生和行成的过程来看，非常复杂，我们把这种发生过的大基床变形，称之为基床病害。基床病害的成因受多个因素的同时作用，一般和列车动荷载、土质不良以及水的浸入因素有关。外在的主要表现形式主要有基床翻浆冒泥、道砟陷槽，同时常见的表现还有下沉外挤和隐蔽性冲空等。究其成因，有施工质量的问题，也有基床强度不够的原因，也有道砟底面应力过高的因素，多发地段一般表现为以细粒土作基床填料、风化石质作基面的地段，病害多发地段还表现为降雨量大的路堤和路堑。图3-2道床污染12 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文图3-3道心翻浆冒泥图3-4路基下沉坍塌图3-4道砟囊13 铁路路基快速检测设备和技术3.3铁路路基病害形成机理铁路路基病害类型多样，不同地区病害的主要类型各不相同，与地质及气候有关，如北方主要为冻害及路基下沉等，南方多为翻浆冒泥等病害；同种病害在【12】不同地区的表现也各不相同。3.3.1翻浆冒泥在常见的路基病害中，翻浆冒泥因较为常见，且数量最多，而备受关注，翻浆冒泥一般可分为道床翻浆冒泥及基床翻浆冒泥两种。1、翻浆冒泥定义（1）、道床翻浆冒泥道床翻浆指道砟污染后由于列车的动力作用,道床产生的积水形成泥浆，被挤压而不断冒出。（2）、基床翻浆冒泥对于土质基面和风化石质基面而言，往往容易形成基床翻浆冒泥，因为这样的基床容易被水侵蚀软化,在列车动力作用下，容易液化成泥浆挤压冒出,导致基床发生变形，这种变形是永久的。2、翻浆冒泥形成机理（1）、道床翻浆冒泥道床翻浆冒泥主要是由于道床石砟本身材质不良而破碎粉化所时产生的粉末、外界吹落的灰尘等落入道砟中，当道床中受雨水或地下水浸泡饱和后，在列车的动荷载作用后，粉尘等沿道床道砟的空隙以泥浆的形式向表面涌出。道床翻浆冒泥和基床翻浆冒泥有关联，和基床翻浆冒泥相比,虽然外在的表现形式不同，道床翻浆冒泥对基床翻浆冒泥有很大的影响.如果道砟被污染,石砟被磨成粉状物,容易产生板结,板结的道床造成透水性能差,道上有很多的积水也容易导致基床翻浆冒泥。（2）、基床翻浆冒泥历经多年的运营,既有线的基床土累积有明显的变形。常见的翻浆冒泥病害地段，在该地段中的基床土和路基土中，存在多条上下导通的“翻浆冒泥通道”,一般称之为“翻冒通道”。这些通道起到了很大的破坏作用，对道床、基床、路14 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文基而言，不仅破坏了它们的层状结构，也破坏了它们各自的功能,这些通道垂直连通了道床、基床和路基.翻冒通道内物质为混合物，混合了道砟、基床土和地基土,和周围介质相比，因其整体强度比较低，被称之为“软弱带”;翻冒通道是集水带，雨水从上到下灌入，对道床、砂垫层的渗水、排水功能都有极其严重的破坏；对列车动荷载的作用，翻冒通道内的介质相比更加敏感,翻冒通道又是应力集中带。因此,翻冒通道在列车动荷载作用下，变形集中分布,并且软化了抽吸作用和毛细作用、不断湿化的基床土和路基土，从下至上输送上来,尤其在雨后，形成的泥浆冒穿道床、泥浆四溅的现象特别常见，也导致病害加重。早期修建的铁路两种病害的数量相当，中后期以后修建的铁路在道砟质地上有意识的回避了易风化的石料，对道床翻浆冒泥起到很好的抑制作用，道床翻浆冒泥病害段大为减少，主要表现为基床翻浆冒泥。翻浆冒泥病害段的表现分为两个阶段：富水季节及的病害高发期及枯水季节的病害潜伏期。在富水季节，病害范围内路基含水量较周边高，破坏了正常路基内介质的一致性，接收到的电磁波在该段内因含水量的变化而发生变化，由电磁波理论可知：在该段内的平均介电常数增大，电磁波频率降低，波速变小，且在该病害段的上表处电磁波的反射率会增大，透射波减少，从而在雷达图像上出现异常，从理论上，地质雷达可以检测出该阶段内的翻浆冒泥病害。在枯水季节，原翻浆冒泥病害段内的水分随季节而干枯，在该段内呈现为类似蜂窝状，密实度相对较差，在该处的土层的水平层位被破坏，电磁波在该段内会发生一定程度的漫反射，接收到的电磁波能量在一定程度上有所减弱，从理论上，地质雷达也可以检测出该阶段内的翻浆冒泥病害。3.3.2路基下沉、外挤路基下沉的原因，往往由因为基床填筑密度不够或者强度不足。当基床内土层介质具备一定塑性时，在外力动荷载的作用上，因路基下沉，路基中心的土层等向两侧挤压而变形，导致路基外挤。路基下沉时，下沉段内的路基层状结构都会被破坏。由电磁波理论可知，对于两种不同介电常数的介质，其分界面是很容易分辨的。对于小范围的路基下沉，15 铁路路基快速检测设备和技术下沉段内会直接出现基床与道床分界面的破坏，电磁波在该范围内的分界面将会显得相对模糊；对于大范围的路基下沉段，可以通过计算道床内道砟层的厚度，结合周边的道砟层的厚度，即可明确区分开来，即从理论上说明地质雷达可以分辨路基下沉段。路基外挤时，通常都伴随发生路基下沉，虽然不能直接通过地质雷达进行检测，但可以通过地质雷达对路基下沉段的检测来进行间接识别，对检测出已经发生路基下沉的地段加强巡察，判断是否发生路基外挤。3.3.3道砟囊（陷穴）列车振动将道砟压入基床内，形成道砟陷坑。通常道砟囊（陷穴）的形态是从两轨枕下方向道心处逐渐延伸的，形成两侧浅，中间深的一条弧形通道。这种现象的继续发展还可能导致路堤坍塌。道砟陷坑按其发展过程及形式又叫分为道砟槽、道砟锅及道砟囊三种。在道砟囊（陷穴）发育地段，表现为道砟向基床的侵入，这个过程可以看作是道砟在向基床侵入的过程中，逐渐形成一个向下的侵入通道，通道内被道砟填充，密实度相对通道外的土层较小，原道砟层与基床上表面的分界面被破坏。电磁波在该层内传播时，该部位的雷达图像分界面模糊。道砟囊（陷穴）在沿铁路行进方向上的发育长度一般在50～100cm，范围相对较小，若雷达设备分辨率足够高，在理论上探地雷达也可以完成对该病害类型的检测。当出现3～5米长度甚至更大范围的病害体（道砟陷槽）时，其表征与路基下沉有点相似，探地雷达可以更准确的检测出其病害体的形态。3.3.4软弱夹层软弱层指路基中含水量较大，层内受水浸泡侵蚀，一定程度上软化，局部出现泥化现象，一定程度中造成路基承载力不足。为翻浆冒泥或基床下沉前期现象，不及时整治进一步发展，程度加重，会严重危及行车安全。从病害的形成上可以看出，软弱夹层病害段内的含水量比周围正常路基内的高出很多，可以简单的看作为含水夹泥段。在路基环境中，雷达电磁波对这种介16 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文电常数偏高的地质体可以起到很好的检测效果，只要能除去铁路环境中的相关干扰，探地雷达方法完全能完成路基中软弱夹层病害段的检测。17 铁路路基快速检测设备和技术4铁路路基快速检测设备及技术4.1铁路路基快速检测基本要求4.1.1目标体分析做好探地雷达现场探测的工作，前期的准备必不可少，首先要分析探测目标体的特点，针对其性质特点来开展工作。具体的工作由以下五个部分组成：（1）目的体深度检测对象为路基浅层本体，包括道床及基床，通过雷达检测，需要了解道砟层厚度、路基含水情况以及路基病害段。除路基岩溶等病害外，大多数病害类型的目标层均在路基填土层以上，即有效探测深度要求在2.5米左右。综合比较探测精度与所能探测的病害类型数量，再结合当前雷达天线的主频率，确定雷达快速检测的有效探测深度为2.5米。在保证有效探测深度2.5米前提下，按照分辨率最大化原则，雷达天线主频率应在300～500MHZ范围内为宜。（2）目的体几何形态、尺寸与取向在几种常见的路基病害中，路基含水情况一般范围较大，变化情况较慢，对雷达天线分辨率要求相对较低；而道砟层厚度及道砟囊的影响范围较小，一般在30～50cm，在快速检测的前提下，要实现此类病害段的检测，必须保证天线的高分辨率；按照雷达检测要求，检测误差应小于5%，需要天线的纵向分辨率为3～5cm，即天线主频率应为400～1000MHZ。（3）目的体的电性，即介电常数和电导率检测对象为路基浅层本体，其中包括道砟层、级配碎石层（砂垫层）及填土层。其中，道砟层为粒径2～4cm的石块，一般为花岗岩类；级配碎石层（砂垫层）视地区不同而不同，大部分为掺有细颗粒石子的土层，少数则仅以粉砂进行充填；填土层一般均为土层。由表2－1，我们可以得出干燥条件下各层的介电常数及电导率。但由于路基本体受降水等外在条件影响较大，在干燥条件下与含水时其介电常数与电导率均有很大变化，在检测及数据处理时不能一概而论。18 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文（4）铁路路基是人工填筑的结构体，路基本身层位较清晰，各层内有较为均匀单一的介质，从介电常数来看，各层介质差别显著。在几种介质中，电磁波遇到介电常数不同物质的交界面时，在传播的时候会发生反射；当出现病害时，在其均匀介质层内会表现得与周围相异，在雷达图像反映出来，所以来确定界面可以通过拾取反射特征相同并且连续的反射波组,从而对铁路路基的结构进行分层，确定病害段位置及范围。（5）测区的工作环境由干扰源、测区的地形、温度和湿度等共同构成当前大部分铁路均为电气化线路，少数未实现电气化线路也都在逐步完成改造。在检测中，需要注意到线路中高压电线等设备产生的干扰；另外，钢轨、轨枕、道岔、通讯设备等干扰也严重影响了数据质量，甚至在列车交错时也会对数据质量产生一定的干扰。4.1.2检测速度及其他要求扫描速度要求：快速检测的最基本要求即能实现检测速度的大幅提升，才能真正实现国内繁多的铁路路基普查任务，这就要求雷达设备必须具体高速的雷达扫描速度。以检测车行驶速度80km/h计算，在保证水平分辨率精度的前提下，至少每米应该保证有10道扫描，即每10cm一个扫描点，则雷达设备的脉冲频率至少不少于222道／秒。这还是在一台仪器只接一个通道的前提下，若仪器接的双通道，则扫描速度还需要加倍，这就对雷达设备提出了一个严峻的考验。抗干扰能力：铁路上各种铁磁物繁多，要想采集到信噪比较高的优质数据，就要求雷达设备有较强的抗干扰能力，最好是屏蔽天线，将干扰信号压制到最低水平。其它要求：当前雷达探头多为非空气耦合型，要想提高检测速度，检测过程中雷达天线不可能还像传统检测中与地面相贴，必须悬空检测，这就要求雷达天线尽量为空气耦合天线，以提高信噪比。另外，为便于雷达天线与轨道车的连接，雷达天线的体积在能保证天线主频的前提下尽量小。19 铁路路基快速检测设备和技术4.2地质雷达的选择当前，铁路路基的雷达快速检测设备暂无较成熟的设备，均是仿照公路检测而来，但铁路与公路环环境相差较大，无法照搬公路雷达检测的经验。首先看看近年来高速公路雷达检测系统。随着经济的发展，各国高速公路的发展进程也随之加剧，探地雷达技术臻于成熟，探地雷达在道路检测中的应也逐渐成熟起来，许多国家也纷纷推出来自己的商用探地雷达产品。如美国和加拿大的系列雷达产品分别为（GSSI）的SIR系【13】列雷达（地球物理探测设备公司）、（SSI）的PulseEKKO系列雷达（探头及软件公司）、意大利的IDS的RIS-IIK系列雷达（产品如图4-1）、英国的ERA的SPRscan系列雷达（产品如图4-2）、瑞典地质公司的RAMAC/GPR钻孔雷达系列（产品如图4-3）、日本应用地质株式会社（OYO）的GEORADAR系列雷达等。图4-1意大利IDS研制的RIS-IIK系列雷达产品图4-2英国ERA研制的SPRscan系列雷达产品20 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文图4-3瑞典地质公司研制的RAMAC/GPR雷达产品通过以上对各厂家雷达设备的了解，对当前国内使用的雷达进行了进一步的考察。结合雷达的实际检测效果及铁路路基雷达快速检测对雷达设备的要求，初步选定了三个厂家的设备：美国地球物理探测设备公司（GSSI）的SIR20、瑞典地质公司的RAMAC系列以及国产LTD系列（青岛电波所）。其中，GSSI公司在国内的开发较早，无论设备还是市场运行都较成熟，雷达设备在国内占有率上达到80%以上；RAMAC仪器系列整体性能GSSI产品稍逊一筹；国产LTD系列硬件产品在很大程度上是根据GSSI产品仿制而来，且开发时间相对较短，尤其在软件方面技术支持能力相对较差。相比较而言，美国GSSI公司的SIR系列地质雷达仪稍胜一筹，在国内的多次地质雷达性能测试中，均占据了主导优势地位，无论从硬件的外观、材质，数据的效果，以及软件的功能及实用性而言，该型号地质雷达都有其明显的优势，尤其在软件方面，优势更为明显，数据的常规处理简单有效，处理方法种类齐全，能满足绝大部分的数据处理要求。比较结果，最终确定选择美国地球物理探测设备公司（GSSI）的SIR20仪器为铁路路基雷达快速检测的基础设备，配备400MHZ及1000MHZ空气耦合天线。仪器及天线见下图：21 铁路路基快速检测设备和技术图4-4sir20双通道地质雷达探仪图4-5400MHZ空气耦合天线4.3快速检测系统的组装已经选定了雷达仪器及天线，下一步需要考虑如何与轨道车相联连，才能真正实现铁路路基检测的快速完成。随后，我公司与GSSI公司的国内代理商北京劳雷公司及北京矿业大学合作开发铁路路基快检项目，使用GSSI公司的SIR-20型地质雷达主机及其研制的400MHz、1GHz的非接触式空气耦合天线，检测速度定为80km/h。22 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文在正式与轨道车连接之前，分别对400MHZ天线及1000MHZ天线的检测效果进行了一系列的试验。探索最佳检测效果下的组合参数。4.3.1天线的试验与安装为研究当前设备的铁路路基检测中的最佳设置，在对雷达设备与轨道车组装前，利用自制小推车在铁路上对400MHz天线及1000MHZ天线进行了一系列试验（400MHz天线为收发分离的非屏蔽天线）。如下图，通过调整400MHZ收、发天线的摆放方向、两天线的间距以及天线底与道砟上表面的垂向间距等参数，研究400MHZ天线的最佳摆放位置。图4-6400MHZ天线自制小车试验通过一系列试验数据调整，结果如下：1、400MHZ收、发天线的摆放方向确定：天线本身有着自身的发射极向，按其极向，两天线的摆放方向有三种选择，即两天线平行放置、线性放置以及垂向摆放。通过试验，线性摆放及垂向摆放效果均较差，相比而言，两天线平行放置效果最佳。最终确认两天线平行摆放。2、400MHZ收、发天线的水平间距确定：现场试验时，两天线的边缘间距在20cm～100cm之间调整，每次调整增加5cm天线边缘间距，在同等条件下进行路基检测试验。通过比较采集数据，两天线边缘间距为40cm时所采集的数据效果最佳。最终确定两天线边缘间距为40cm。3、天线底与道砟上表面的垂向间距确定认：现场试验时，天线底与道砟上表面的间距在25～100cm范围内调整，每次调整时增加5cm间距，在不同高度23 铁路路基快速检测设备和技术上依次进行路基检测试验，通过数据处理及分析，比较不同高度下的试验结果，天线底与道砟上表面间距为45cm时效果最佳。这一高度也符合铁路轨道车的安全高度要求。最终确定天线底与道砟上表面的垂向间距为45cm。图4-7是通过自制小车对1000MHZ雷达天线进行研究，测试不同方向及与路基不同间距条件下的检测效果。图4-7400MHZ天线自制小车试验通过对1000MHZ天线的一系列试验数据调整，结果如下：1、天线的摆放方向确定：天线的摆放方向有两种选择，即与线路平行放置及与线路垂向放置。通过试验，线性摆放及垂向摆放效果均较差，相比较而言，天线平行摆放效果最佳，能更清楚的显示路基状况。最终确定天线与线路行进方向平行放置。2、天线底与道砟上表面的垂向间距确定：与400MHZ天线的试验相似，现场试验时，天线底与道砟上表面的间距在25～100cm范围内调整，每次调整时增加5cm间距，在不同高度上依次进行路基检测试验，通过数据处理及分析，比较不同高度下的试验结果，天线底与道砟上表面间距为40cm时效果最佳，这一结果与400MHZ天线的最佳高度略有不同。最终确定天线底与道砟上表面的垂向间距为40cm。通过以上试验，确定了400MHZ及1000MHZ天线的摆放方向、相互间的水平间距以及垂向高度等设置，图4-10为河南郑州现场检测试验时的工作照片。图中可以看到，在这次试验中，将两套天线联合在一起，一则对上面的试验结果进24 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文行了验证，另外也测试两套天线间的相互干扰程度，试验结果表明：两套天线的主频相差较大，相互间的影响较小，可不予考虑。图4-8400MHZ及1000MHZ天线小推车同步试验试验完雷达天线的摆放参数，下一步考虑天线与轨道车的连接方式。鉴于金属物对雷达仪器的干扰，在与轨道车组装的时候天线只能考虑放到轨道车的前后端，因体积过大，若在轨道车两侧组装后超限，有违铁路运安全管理营规定，对侧面挂车不予考虑。另天线的支架也不能采用铁架，只能以无铁磁干扰材料组成。下图4-9为400MHZ天线在轨道车上搭建的临时木架检测试验，在较高速度运行下进雷达探测试验。试验结果表明：sir-20型地质雷达仪在天线发射速率大于400线／秒时，即使轨道车速度达到最高行进速度80公里／小时，所采集的数据仍然可以达到20扫描／米，完全能满足路基检测的横向精度要求，符合检测要求。25 铁路路基快速检测设备和技术图4-9400MHZ天线挂轨道车试验图4-10为低发高收试验，即通过400MHZ的发射天线进行发射400MHZ主频的电磁波，以1000MHZ的天线进行接收，以期取得更高质量的数据。试验结果表明：低发高收效果较差，达不到预期效果，最终放弃，仍采用传统的同频率收发方式。图4-10低发高收混合天线挂轨道车试验图4-11为400MHZ及1000MHZ天线同时挂轨道车试验，400MHZ主要用于探测较深层信息，1000MHZ天线用于探测道砟层信息，并将其探测结果与400MHZ天线相对照，并可对400MHZ天线的部分信息进行校正。试验结果表明：400MHZ天线探测有效深度可达2.5米，路基条件较好时甚至能达到3米，400MHZ天线所采集的数据能清楚的检测出道砟层厚度，并探明基床结构状况；1000MHZ天线26 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文能更清楚的探查道砟层的结构状况，分辨道道砟内是否被染污，并定性分析被污染程度。两套天线对浅层的探测结果相互验证，能很大程度的去除道砟层内的假异常，更准确的确定道砟层的厚度。图4-11400MHZ及1000MHZ天线挂轨道车同步试验通过以上一系列试验，对检测结果进行对比分析，确定了最终挂轨道车后的天线摆放方式，自行制作了天线支架，支架村质为玻璃钢，将其挂在轨道车的前端或后端（轨道车没有前后之分，两端所以设备均一样）。如下图4-12，即为组装成型后的支架及天线安装图。图4-12最终成型组装图27 铁路路基快速检测设备和技术4.3.2测距定位系统的安装解决了雷达天线与轨道车的组装问题后，需要研究系统的测距定位系统以及与轨道车的安装。主要有两个研究方向：1、GPS定位系统。SIR20地质雷达仪本身就存在着GPS测距的数据采集模式，因此，利用GPS来进行雷达检测的定位也就顺理成章了。在前期调试检测天线的摆放位置及采集参数设置时就进行了GPS的试验，如图7中，雷达主机一侧的架子角上的圆形设备即为GSP系统的接收探头，在挂轨道车后也进行过试验，如下图，挂车架子的右上角即为GPS探头。GPS定位系统的优点在于与轨道车的连接方便快捷，不仅能准确对检测里程的定位，还能体现出检测车在平面上的行动路线。2、测距轮定位系统测距轮也能作为SIR20地质雷达的一种检测模式，即在连接有测距轮的前提下，选择测距轮模式后，通过测距轮的转动控制数据采集，同时记录所采数据的当前位置。与GPS系统不同的是，测距轮系统需要与轨道车的测距系统相连接，或者直接与轨道车的车轮相连，直接测算检测距离；而且测距轮所得出的数据为一维线性的，只能计算从开始检测到结束后这一段的长度，而GPS系统给出的却是检测路线的三维坐标系统。测距轮系统若与轨道车的测距系统相连接，势必会对轨道车产生一定影响，考虑到这层影响，只能直接将测距轮系统与轨道车的车轮直接连接。如下图，为测距轮与轨道车连接后的照片。比较两种雷达设备的测距系统，对于本项目而言，GPS定位系统还是稍逊于测距轮系统，最终选择了测距轮进行定位，理由如下：28 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文图4-13测距轮系统与轨道车的连接（1）GPS定位系统虽然能提供三维空间的坐标数据，而且精度也较高，测距轮定位系统只能提供一维的坐标，但对于本项目而言，铁路路基可以看成是一维线性结构，在定位上只要能够提供一维坐标数据就足够进行检测定位了。且GPS在操作中及数据中均较繁杂。（2）GPS过于依赖卫星信号，虽然检测目标是铁路路基而非隧道，大部分测区均有卫星信号，但依然会存在卫星信号盲区，在这些区域内无法进行检测定位。（3）GPS定位系统模式下检测时的单位里程长度内的雷达扫描道数不均匀，而测距轮定位系统模式下采集时，单位里程长度内的雷达扫描道数却是一致的。因为GPS定位系统模式下采集数据时雷达扫描触发方式是按时间触的，即在单位时间内的雷达扫描道数一致，但轨道车却没法做到均速，从而导致在高速运行时单位里程长度内的雷达扫描道数必将少于低速运行状态下的雷达扫描道数；而测距轮定位系统模式采集数据时，是直接按照里程长度触发脉冲的，故而单位里程长度内的雷达扫描道数一致。29 铁路路基病害雷达快速检测实例5地质雷达数据的采集、处理与分析5.1雷达数据的采集检测采用美国GSSI公司生产的SIR-20型地质雷达，配备空气耦合天线，以400MHz收发分离空气耦合天线为主，另辅以1GHz的收发一体空气耦合天线对路基浅部范围内进行详细探测；检测以轨道车车载方式进行，车速平均为80千米/小时。检测目的为：采用雷达快速检测技术，对该段内路基垂直深度2.5米范围内，可能存在的翻浆冒泥、基床下沉、软弱层（含水泥化软弱层）等路基病害进行定性普查，并对道砟层厚度进行定量检测，为路基状态评估和定量详查、病害整治提供依据。铁路路基可视为一维线性结构体，检测时单线上布置三条测线，即轨枕头两侧各一条、线间布置一条，轨道车现场作业见下图。检测时，400MHZ空气耦合天线置于线路中间，两个1000MHZ天线分别放置在轨枕头两侧。图5-1雷达快速检测现场作业图从概念上而言，测量参数就是在具体测量环境中，根据测量环境的特点，需要选择的一系列具体参数。测量参数非常重要，是否选择得当对于测量的结果有直接的影响，在对所需探测目标体及所处环境研究后，需要根据探测目标体的深30 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文度要求来确定探地雷达所采用的雷达天线的主频率，由此可以确定雷达的滤波参数、采集频率、时窗深度等参数，再根据探测目标体的大小确定水平分辨率，从而确定扫描速度等信息。1、天线中心频率在实际检测中，要优先考虑检测目标体的大小及埋藏深度两个条件，在主频天线都满足探测深度的前提下，应尽量选择主频高的天线，以提高雷达的分辨率，增大信噪比。通常来说，探测目标体较浅时，采用相对高频的雷达天线检测；当探测目标体较深时，采用相对较低频率的雷达天线检测；当探测深度适中时，可以采用混频天线相结合的方式，相对高频的天线主要对局部详查，相对低频天线用以掌握全局观。由经验可知，雷达天线的探测深度与探测精度（分辨率）为一对不可调和的矛盾体，如果天线频率很高，那么探测深度变浅，但是探测精度会提升；反之则探测深度越大，探测精度却越高。2、采样频率采样频率是表征数据采集中每单位长度内的扫描道数的参数。通常情况下，采样频率的大小将直接影响到数据质量的好坏，采样频率越大，数据的水平分辨率越高，对随机干扰的抗干扰能力也就越强，反之信噪比越低，数据可信程度降低。在不考虑其它因素的前提下（如检测速度、检测成本等），采样频率是越低越好，越能详细反应检测目标体的结构及变化情况，精度越高。但这样理想的情况是不存在的，也没必要无限精细化，只要能满足相对精度即可，在满足检测精度的前提下，则可以尽量减小采样频率，以加快检测速度，减小经济成本。综合上述因素，在铁路路基病害雷达快速检测的实际应用中，比较合理的扫描是每5cm～10cm接收一条。3、视窗的宽度雷达视窗的宽度与测深有关，一般而言，可以通过探测的深度来确定。一般而言，在具体的工作中，需要考虑具体检测目标，从得出合理的估算。4、扫描速度31 铁路路基病害雷达快速检测实例扫描速度从概念上而言，就是指指天线移动过程中每秒扫描的次数。对于扫描速度而言，不仅要考虑记录数据量以及水平分辨率，还需要考虑采样点数参数的具体选择。5.2处理雷达数据对于探地雷达而言，在具体的检测过程中，会受到很多环境因素的干扰，例如电磁干扰、目标介质特性等等，因此在记录信号时，不仅要考虑地下地层的信号，还要考虑诸多干扰因素。铁路上干扰物相对公路等环境的干扰更大，如钢轨的干扰、电气化铁路高压线的电磁干扰、接触网杆引起的干扰、临近铁路线上火车的干扰、频繁的对讲机等信号机的干扰、路基中埋设的信号机等杂物引起的干扰，另外铁路上繁多的桥涵也会引起一系列干扰。这些众多的干扰信号都严重降低了雷达信号的信噪比，要从如此繁多干扰信号的原始数据中提取有用信号，必须对一系列的干扰进行剔除，从而减少因干扰而产生的假异常，提高探测结果的准确性，就必须采用有效的数据处理方法，以便更为的为后期雷达资料的解译服务，取得铁路路基中病害段的相关信息。数据处理分析是雷达资料解译的基本步骤，对于雷达剖面图像的解译而言，也是非常重要的。数据处理主要涵盖几方面，包括对文件进行预处理、常规滤波处理、有针对性的干扰剔除等方法的处理，从而得到相对合理的雷达检测剖面图【14】【15】。其流程主要分为：记录文件→处理数据→均衡能量→滤波→偏移处理→时深转换→去除背景→处理图形→剖面图输出。本套地质雷达为GSSI公司的SIR-20型，所有数据处理几乎都是利用RADAN来完成，只有少数的处理是借助其他的工具。RADAN软件是一个专业针对SIR-20型地质雷达的后台数据处理软件，该软件拥有非常强大的功能，例如滤波、反褶积、比例调节、数据编辑、偏移、希尔伯特变换、地形校正、分层解释、速度分析、三维成像显示。5.2.1数据的编辑对于数据处理而言，首先就是数据编辑。数据编辑主要包括几方面：数据文件的处理、文件距离统一、测线方向归一化以及漂移处理等。32 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文数据的合并与分离：地质雷达探测设备现在多为多通道同时采集的，原始数据一般为两通道或三通道在同一个文件中，要处理数据，首先要将数据分离成单个文件，以便于更好有针对性的进行后期数据处理。距离归一化：原始数据的里程标定包括两个方面：测距轮自动标定及手动打标。在数据处理中，首先要保证数据的定位准确，否则后面的处理工作将毫无意义。测距轮的里程标定是存在一个系统误差的，检测长度越长，系统误差越大，当一个文件的长度为30公里时，系统误差可能会达到几十米甚至几百米，这就需要现场的手工标定来进行误差校正了，通过手工标定的里程与测距轮标定里程相结合，实现最终的数据长度与实际里程的准确定位。数据编辑是最基本的步骤，也是雷达处理中最重要的步骤，这一步处理不好，后面所有处理步骤就显得毫无意义。对此，必须认真对待数据编辑，尤其是距离归一化处理不可粗心大意，正所谓差之毫厘，谬以千里，一旦出现距离标记的重复或遗漏从而出现里程错位，则所有的检测结果全部出现偏差，导致最终无法与实际位置定位，功亏一篑。5.2.2能量均衡（增益调整）数据处理的另一个重要内容就是能量均衡，简而言之，就是针对雷达图像的一种处理，具体可以分为三种：振幅恢复、道间均衡以及道内均衡。对于能量均衡而言，一般可以通过实际的工程检测经验以及一些要求来具体的确定，能量均衡与显示方式也有密切的联系。能量均衡的处理直接关系到GPR剖面图像的质量如下图5-2b所示，这幅图经过了能量均衡处理，从图中可以看出深部信息得到比较理想的显示。33 铁路路基病害雷达快速检测实例图5-2增益调整前后示意图5.2.3数字滤波对于信号处理而言，数字滤波是非常重要的一种方法，主要分为时域滤波和频域滤波。对于一个信号而言，往往有用信号中掺杂着干扰噪声，因此对于信号的处理，就需要仔细分析其时域和频域特性，利用多种滤波手段，滤除干扰部分，从而获得理想的效果。一般而言，根据干扰信号的不同特性，需要因地制宜的选择低通、高通或带通的滤波方法。图5-3a为原始雷达检测数据，经过滤波处理后的数据如图5-3b所示，可以明显的看到，噪声得到了有效地抑制。34 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文（a）数字滤波处理前雷达剖面图（a）数字滤波处理后雷达剖面图图5-3数字滤波前后示意图5.2.4反褶积反褶积是一种比较特殊的滤波方法，简而言之，就是对子波进行压缩并抑制【16】多次反射，从而改善垂直分辨率和以及更好的识别同相轴。5.2.5偏移处理【17】偏移处理一般又称为偏移归位处理，也是一项针对分辨率的技术。对于偏移处理而言，简而言之，就是要消除剖面或者记录上的一些失真，从而使得绕射波自动收敛并且反射波正确归位，最终获得比较真实的地下构造图像。如图5-5所示，其中5-5a为原始雷达检测数据，图5-5b是利用偏移处理技术处理过后的数据，可以清楚看到图像分辨率显著提高。35 铁路路基病害雷达快速检测实例（a）偏移处理前雷达剖面图（b）偏移处理后雷达剖面图图5-4偏移处理示意图5.2.6时深转换对于时深转换而言，简而言之，就是如何计算探测深度，计算的公式为：h=v∗T/2。在时深转换过程中，最关键步骤在于合理的选择地下介质的相对介电常数，因为介电常数决定了电磁波在地下介质中的传播速度，介电常数选取不当，将直接影响纵向深度的准确性。36 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文5.2.7背景去除在实际的铁路雷达检测数据处理中，最大的问题在于铁路轨枕对数据的干扰。背景去除是指通过软件处理方式，先找出铁路轨枕所产生的干扰信号，因为铁路轨枕具等间距的规律，可以视此干扰信号为轨枕的背景信号，再将已经做过【18】基本处理的数据减掉背景信号，得出的数据即为最终数据结果。5.3雷达数据的分析探地雷达资料的数据解译过程就是通过对已处理好的雷达数据形成的雷达剖面进行分析，得出探测目标体的结构及深度等相关信息，以及所需探测的异常体位置及深度信息，结合相关的地质及其它方面的已知资料，对前面的基本结论进行修正及校验，得出最终的结论。经本文的铁路路基快速检测任务为例，通过资料处理以后，对最终的雷达剖面数据进行资料解译，得出检测段的道砟层厚度信息、路基病害段里程及深度范围信息，再结合现场记录的干扰体、搜集到的铁路相关资料等，对前面的最初结论进行修改及剔除，去掉铁路环境中干扰物所产生的假异常，进一步简化结论，再结合铁路局的秋检资料，对已知病害段进行验证，从而得出最终的检测结果。地下介质的电性布局,主要是靠探地雷达资料得知的，再进一步转化成地质体的分布，这样能够较好的把不同的数据结合起来，从而全方位的掌握测区的情【19】况并建立起数据模型。对探地雷达主要内容的阐述,需要正、反演的精确计算【20】。5.3.1分层道砟层为道床的主要构成之一，与其下方的基床在材质上存在很大差别，干净的道砟层均为粒径相当的石砟构成，污染道床内的道砟则为石砟混泥或泥浆；其下方的基床则基本为土质，两层间的介电常数相差较大，尤其在雨水期内，道砟层内难以储水，则基床内的土层却吸附大量的水，更加大了两层间的介电差值，电磁波在两层间的反射加强，降低了道砟层厚度的解译难度。如下图中，可以清晰可见道砟层与基床的分界面。37 铁路路基病害雷达快速检测实例图5-5路基分层示意图5.3.2病害解释路基病害里程段的解译是雷达探测的最大目的之一。数据处理后，根据反射波的强弱、波形等特征，在图像上对异常处进行解译。相应介质的相对介电常数不同，雷达反射波反射系数也会不同。二者呈正相关关系，系数随着差异的变小而变小，探测效果也会越来越不好。按照反射波的大小、波形等特征，来判断翻浆冒泥、基床下沉以及软弱层等情况。当路基完好时，在雷达图像上基床顶反射面信号较强且同相轴连续；当路基破损时，基床顶反射界面同相轴断断续续或分辨不出反射界面；当基床中充泥充水时，在雷达图像上反映为信号较强，且同相轴不连续、层次错乱。再根据地质雷达剖面中的相关数据，得出正确的介电常数，这样可以知道在混凝土中，雷达电磁波传播的速度，也就可以得出所检测病害体的深度位置。5.3.3干扰的识别铁路环境中存在许多如钢轨、信号机等物体的干扰，在资料解译过程中，如果不能明确对其进行区分，将会出现很多异常的误判，影响结果的准确率。铁路上主要干扰分为两种：规律性干扰及随机干扰。规律性干扰包括电气化铁路上的接触网杆、钢轨等，随机干扰包括路基中埋设的信号机、路岔、对讲机【20】【21】【22】信号干扰、临线的火车、桥涵等。图5－6为地表铁磁物干扰，图538 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文【23】－7为接触网杆在雷达图像中的干扰，图5－8为桥涵接头处在雷达图像上的反应。规律性干扰相对来说比较好判断，其间隔是固定的，每隔一段距离便会出现固定干扰，可以简单的考虑。对于随机干扰，可以从两个方面来进行区分：已知的桥涵设备、信号机以及道岔等具体里程可以从铁路局得到，再与雷达数据的里程一一对应，即可区分开这类型的干扰，不会发生此类的误判；对于对讲机信号以及临线火车等信号可以在现场采集数据的时候多加记录，尤其对于对讲机的干扰信号，比较容易区分，当受到干扰时，雷达图像呈雪花状，全无路基层状结构体现。图5-6干扰示意图图5-7接触网杆示意图39 铁路路基病害雷达快速检测实例图5-8涵洞干扰示意图5.4路基病害雷达典型图像通过以上对路基及其病害段雷达数据的研究，对铁路路基病害的雷达数据解译有了初步的认识，通过大量的现场检测及后期验证，结合雷达图像的处理研究，对铁路路基常见的几种病害分别进行了统计，得出路基病害的雷害典型图像。5.4.1翻浆冒泥翻浆冒泥有以下4个特点：1、首先路基面翻浆，并蔓延至道床，翻浆甚至会出现在枕木面上；2、稀泥处在道砟的小缝隙里面，一遇强压便会喷出，如列车经过的时候；3、基床如果处于环境恶劣的地方时，水坑多，一遇水容易形成积水，道床会形成满是稀泥或稠泥状；4、随着雨量的变化，从钢轨开始迅速蔓延至其它部分，雨量的多少直接决定了翻浆的蔓延速度。通过现场检测、室内整理及现场验证，再结合基床翻浆冒泥的形成机理及雷达理论，可以得知：大部分基床翻浆冒泥病害段不仅只在基床中有反应，甚至在道床中也有会出现相应的表征，基床中的泥浆会侵入道砟层中，对道砟层形成一定程度的污染，严重的还会导致道床板结。40 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文统计分析后得出基床翻浆冒泥的雷达典型图像，如图（5－9），当基床中发生翻浆冒泥时，通常对道砟层会有一定影响，甚至导致道砟层的严重污染，在外力动荷载的作用下，使道砟层与基床土层相对侵入，泥浆上升侵入道砟层，道砟层也因为其下方土层的软化而下沉，使原本清晰的雷达界面逐渐模糊起来，甚至消失，该界面附近形成的蜂窝结构使电磁波在该处发生漫反射，兼且部分能量被吸收，从而形成我们最终看到的图像。图5-9翻浆冒泥雷达典型图像5.4.2路基下沉、外挤路基外挤呈现的特征主要是路肩凸出、侧沟外挤等等，显著原因是没有足够的土体强度抵抗外部压力，造成的破损。铁路路基下沉、外挤现象大多是伴随发【24】生的，尤其当下沉量较大时，通常都会出现路基外挤现象。当然，路基外挤现象无法通过雷达快速检测时发现，只能通过路基下沉段的检测后再进行人工调查。图5－10为路基外挤病害现场照片，由图中可见，路基土开始自水沟挡板接缝处挤出，堆积在水沟边沿，但水沟挡板尚未被挤压而变形，发展程度较轻。41 铁路路基病害雷达快速检测实例图5-10路基外挤病害图5-11路基下沉雷达典型图像图5－11为结合雷达数据及现场验证统计后得出的处路基下沉雷达典型图像。图中，圈定的区域即为路基下沉范围，由图中可以清楚的看出路基的下沉量。5.4.3道砟囊（陷穴）道砟囊（陷穴）指的是一系列的病害类型，按其发育范围大小又分为道砟囊【25】及道砟陷槽，其中发育小的称之为道砟囊，发育范围大的称之为道砟陷槽。图5－19即为道砟囊（陷穴）的雷达典型图像。图中，图像右侧标出了正常基床顶面的位置，左侧对应的深度也隐约能看到正常基床顶面，中间则为道砟囊病害段。严格说来，该道砟囊病害按其发育大小可归为道砟陷槽。从图中可以42 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文明确指出发生病害的深度及里程范围。图5-12道砟囊（陷穴）雷达典型图像从另一个角度来说，此类型病害也可看作范围较小的路基下沉段，只是相对影响范围及下沉量较小。5.4.4软弱夹层图5－13是软弱夹层病害段的雷达典型图像，图中，软弱夹层病害位置处电磁波能量相对较强，分界面较清楚，分界面上部能量较正常，而病害区下部电磁波能量明显较弱，表明透射波较少。【26】严格来说，软弱夹层还不足以成为铁路路基的一种病害，软弱夹层不进一步发展，还不足以危及铁路行车安全，加强对软弱夹层病害段的检测，是为了在病害发展前期掌握路基的状况，以便在病害进一步恶化前提前整治，既能消灭该段内的行车隐患，也能节省大量人力物力。43 铁路路基病害雷达快速检测实例图5-13软弱夹层雷达典型图像44 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文6铁路路基病害雷达快速检测实例6.1沈阳铁路局路基快速检测通过一系列前期的试验及仪器的调试，我单位已经具备了实践检测的能力。2008年10月受沈阳铁路局山海关工务段的委托，项目组对山海关工务段辖内京哈线里程段K480+615～K690+128路基进行了快速检测，为其后续的路基整治提供依据。1检测目的：(1)查明道砟层厚度(2)查明道砟囊病害地段(3)查明软弱层病害地段2工区概况：本次检测段属京哈铁路线，属沈阳铁路局山海关工务段管辖，起自锦州南站，至黄姑屯结束，里程为K480+615～K690+128。该里程段内为双线铁路，分别在上下行轨道中间进行铁路路基雷达快速检测。实际线路检测长度为上行线197公里，下行长192公里，测线总长度为389公里。3检测过程2008年10月，受沈阳局的邀请，课题组按要求制定相应检测方案后，于10月中旬进入现场检测，经过现场组装仪器用时1天，现场检测用时3天，后期数据处理用时15天，并于11月初提交了正式报告。图6-1～图6-3为现场组装仪器架子及检测照片，见下图。其中图6-1为雷达天线与轨道车的组装照片，图6-2与图6-3为现场检测照片。45 铁路路基病害雷达快速检测实例图6-1现场检测图1图6-2现场检测图2图6-3现场检测图346 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文4检测成果：通过现场数据采集、室内资料处理及分析，得出如下结论：(1).本次检测深度为道砟面以下2米范围内，病害类型主要为道砟陷槽（囊）与含水软弱层（软弱夹层），具体病害里程段附检测成果统计表。检测段内病害段总长度为55.418公里，占总检测长度的14.25%。(2).上行线病害段总计99处，总长度为30.571公里，为上行线检测总长度的15.52%，占总检测长度的7.86%。(3).下行线病害段总计91处，总长度为24.847公里，为下行线检测总长度的12.94%，占总检测长度的6.39%。(4).检测范围内，锦州南－辽中段稍好：该段内上下行测线总长度为285公里，发现病害合计长度为25.369公里，为该段测线总长度的8.90%；辽中至黄姑屯段病害段较集中：该段内上下行测线总长度为104公里，发现病害合计长度为30.049公里，为该段测线总长度的28.89%。5结论：通过对沈阳局山海关工务段管辖的京哈线总长度为389公里的路基进行快速检测，共查出三种类型的病害共50余公里，占到总测线长度的14.25%，部分病害区域较长，病害较为严重。检测结果提交沈阳铁路局后，工务段对所提交的病害段进行了开挖验证，对辖区已查明路基病害地段抽取30%进行开挖验证，验证结果抽取的30%病害区域均存在不同程度的病害，检测结果准确率结果达到了80%以上，尤其对道砟层厚度检测及软弱夹层病害段的判定结果，经现场验证，准确率达到90%以上。该检测结果为山海关工务段后续路基整治提供了可靠的支持，保证了列车行车安全，并且得到了沈阳局的大力表彰。47 铁路路基病害雷达快速检测实例7总结7.1思考与认识随着知识的不断更新就和演变，铁路行业也在发生巨大的改变，这样深刻的外部环境变化，要求我国铁路交通建设的工程质量需要达到更高的水平。件检测技术落后是阻碍我国铁路事业发展的关键因素，对技术进行更新改造是当务之急。保护现有道路基础，使用先进的铁路路基雷达快速检测技术，这是正确的选择。本文通从电磁波理论出发，到最后检测设备的成型以及雷达典型图像的归纳总结等一系列试验等，得出如下认识及结论：1、了解了我国铁路及路基病害检测的现状，并对当前国内外铁路路基雷达达的发展及应用情况进行简略介绍。2、简述探地雷达系统的组成和基本理论，电磁波传播的优势和特别之处；深入研究探地雷达的工作原理和效能。3、简述铁路路基结构，并对铁路路基的常见病害进行了简略介绍，对铁路路基及常见病害有了初步的了解，并对几种见路基病害的探地雷达方法的可探测性进行了探讨。4、讨论了用探地雷达方法检测铁路路基病害的技术及设备要求，通过对国内外探地雷达设备的了解比较，确定相对适合的雷达设备型号，并通过现场试验，确定天线组的摆放方式及位置，并完成设备与轨道车的组装，完成铁路路基病害雷达检测的硬件要求。5、确定现场数据采集参数，并简单阐述了雷达数据处理的流程及方法。通过不断的试验及检测后再进行现场验证对比，从而获得有效数据。并且利用这些数据进一步归纳总结，从而得出其他的一些比较常见的路基病害的图像，制定雷达数据评判标准，完善铁路路基快速检测技术，快速、准确的为铁路路基病害整治提供可靠依据。6、以已制定的雷达典型图像为标准，在铁路路基病害检测中实例验证，检测标准的可行性，取得了良好效果。48 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文探地雷达是一种近年来新兴的无损检测技术，具有很多优点，例如快速、高精度、无损、高分辨率、直观以及实时成像等，利用探地雷达实现铁路路基道砟层厚度快速准确检测的基础上，可以有效地确定路基结构层的损害，从而为道路交通部门提供一种行之有效的检测办法，并为铁路既有线路基状态评估及病害整治的提供可靠依据。7.2不足与建议本文主要论述了铁路路基雷达快速检测的基本流程，对当前常见的路基病害做了简要介绍，虽然最后通过检测实例对所得出的病害解译依据进行了检测验证，结果反应良好，但依然存在着许多问题需要进一步研究解决。首先，我国铁路跨度大，铁路路基地质多种多样，出现的病害类型也各不相同，本文仅就当前常见的几种路基病害进行了讨论，如北方常见的冻害、岩溶地区常见的岩溶问题等都没有涉及，还有待进一步研究。其次，本文所研究的仅是铁路路基浅表层目标体，自道砟面往下2.5米深度范围以内。在实际的检测中发现，这一深度还远不能满足当前的检测要求，有些老路基段因不断的下沉，仅回填的道砟层就达到2米甚至更深，在这种条件下只靠当前的设备难得取得有效的成果。最后，我们还应注意到雷达检测的局限性，作为物探方法的一种，其检测结果只能作为一种定性结论，而不能做到定量化，比如路基含水量问题，在冻害频发地段，迫切需要掌握不同地段中路基的含水率问题，而地质雷达只能提供区域的相对值，达不到检测要求。类似这种定性问题还存在不少，需要我们有一个清楚的认识，在检测中多加考虑，能否采用其它方法，使之达到最佳检测效果。49 铁路路基病害雷达快速检测实例致谢首先需要感谢的是我尊敬的导师刘国锋副教授，刘老师对于我而言，既是良师也是益友。本篇论文从最初的选题，以及后续的撰写以及修改定稿，都是在刘老师的关怀和指导下完成的。本论文的内容是我公司近几年来的科研和主要生产项目，论文得到了公司领导和同事关心和指导没有公司作为后盾，这篇论文是无法完成的。最后，也感谢项目中的我的同事，李八一、王虎、穆文辉，我们一起睡在轨道车上，吃着简单的干粮，在生活上、学习上，他们对我的帮助让我获益非浅。感谢母校中国地质大学（北京）。50 中国地质大学（北京）工程硕士学位论文参考文献[1]周杨等.路用探地雷达的应用技术研究进展．地球物理学进展，2003，18（3）：481～486．[2]杨新安.路基检测新技术[M].北京:中国铁道出版社,2006.[3]祝志云.上海局运营路基问题的回顾及建议[J].路基工程,1995,(5):13～17.[4]HugenschmidtJ.RailwaytrackinspectionusingGPR[J].JournalofAppliedGeophysics,2000,43(224):147～155.[5]ClarkMR,GillespieR,KemPT,etal.Electromagneticpropertiesofrailwayballast[J].NDT&EInternational,2001,34(5):305～311.[6]SussmannTR,SeligET,HysliPJP.Railwaytrackconditionindicatorsfromgroundpenetratingradar[J].NDT&EInternational,2003,36(3):157～167.[7]陈义群，肖柏勋.论探地雷达现状与发展[J].工程地质物理学报，2005，2（2）：149～155.[8]粟毅，黄春林，雷文太.探地雷达理论与应用[M].北京：科学出版社，2006.[9]Fabricehollender,SylvieTillard.Moderingground-penetratingradarwavepropagationandreflectionwiththeJonscherparameterization[J].Geophysics,1998,63(6).[10]眭衍铭,赵春晖.探地雷达回波信号数据的采集方法研究[J].数据采集与处理，1998，13（1）：68～73.[11]杨新安,高艳灵.沪宁铁路翻浆冒泥病害的地质雷达检测[J].岩石力学与工程学报,2004,23(1):116～119.[12]彭华,张鸿儒.铁路路基病害类型、机理及检测与整治技术[J].工程地质学报,2005,13(2):195～199.[13]左峥嵘.国外探地雷达技术新进展[J].地球科学－中国地质大学学报，1993，18（3）：315～322.[14]廖立坚等.铁路路基雷达探测数据的处理.中国铁道科学，2008，29（3）:18～23.[15]TurnerG.Theinfluenceofsubsurfacepropertiesongroundpenetratingradarpulses:Ph.D[D].thesis,Univ.ofMacquarie,1993.[16]赵永辉，吴健生，万明浩.多次叠加技术在探地雷达资料处理中的应用.物探与化探，2000，24（3）：215～218.[17]李文忠.F-K偏移技术在地质雷达资料处理方面的应用.物探与化探计算技51 参考文献术.1998.20(3).280-283.[18]GeraadsSophie.ApplyingaWavenumberNotchFiltertoRemoveInterferencesCausedbyRailwaySleepersfromaGPRSection[C]//NinthInternationalConferenceonGroundPenetratingRadar.Koppenjan:ProceedingsofSPIE,2002,4758:715～718.[19]沈飚，石庆华，孙忠良.道路铺砌层中探地雷达波传播的正演模拟及应用[J].石油地球物理勘探，1997，S1：135～140.[20]王惠濂.探地雷达目的体物理模拟研究成果[J].地球科学－中国地质大学学报，1993，18（3）.[21]许新刚，李党民，周杰.地质雷达探测中干扰波的识别及处理对策。工程地球物理学报，2006，3（2）：112～114.[22]赵宪堂，万国普.地质雷达图像中地面干扰的识别与去除[J].水文地质工程地质，2001，（6）：57～59.[23]杨峰，高云泽，康文献.地质雷达剖面高压线干扰的识别与去除[J].工程地球物理学报，2005，2（4）：276～281.[24]杨新安.云台山隧道与两端线路路基病害的探地雷达检测[J].地质科技情报,2002,21(4):86～88.[25]HugenschmidtJ.RailwayTrackInspectionUsingGPR[J].JournalofAppliedGeophysics,2000,43:1472155.[26]李晋平,邵丕彦,谷牧.地质雷达在铁路隧道工程质量检测中的应用[J].中国铁道科学,2006,27(2):56～59.52