摘要本文针对南水北调中线工程京石段应急供水工程渠道工程线路长、填筑土量大、开挖深度深的特点，介绍探地雷达和瑞利波电磁测试仪两种快速无损检测设备在对该工程进行监督检测中的应用，阐述检测中应注意的问题。
关键词快速无损检测探地雷达瑞利波电磁测试仪应用
南水北调京石段应急供水工程是为缓解北京市地区严重缺水情况，服务2008奥运而优先修建的，从河北岗南、黄壁庄、王快3座水库向北京应急调水。该工程起于石家庄市古运河，途径石家庄市的新华、正定、新乐和保定市的曲阳、定州、涞水、涿州等12个市(县、区)，穿北拒马河中支后进入北京市，途经房山区、丰台区、海淀区，最后到达颐和园团城湖。
该工程全长307.5km，其中明渠渠道长201.047km，建筑物长度106.395km(含PCCP管道56.199km，低压暗涵17.911km，其它建筑物32.285km)。工程按立交输水布置，在河北境内以明渠输水为主，在北京境内以暗涵输水为主。工程由滹沱河倒虹吸工程、永定河倒虹吸工程、漕河段工程、釜山隧洞工程、唐河倒虹吸工程、古运河枢纽工程、北京市西四环暗涵工程、惠南庄泵站工程、北拒马河暗渠工程等18个设计单元组成。沿线主要建筑物478座，包括隧洞、管道、泵站等工程以及河渠、渠渠、铁路、公路等交叉建筑物。针对南水北调中线工程京石段应急供水工程渠道工程具有线路长、填筑土量大、开挖深度深的特点，为保证监督检测的质量拟采用快速无损物探设备对相关渠道填筑土方进行快速扫描，提出土方填筑情况的初步检测与分析报告的检测方案：探地雷达探测和瑞利波电磁测试仪。
1探地雷达检测
探地雷达法可以用于隐患详查，主要用于探测洞穴、松散体、砂层、渗水段、护坡或闸室底板脱空以及其它与建筑材料有介电常数差异的异常体等。
1.1工作原理
探地雷达是根据电磁波在不同介质中传播特性不同的原理进行工作的，由探地雷达发射天线发出
的电磁脉冲向地下传播，在存在电性差异的界面产生反射，反射波被雷达接收天线接收并被仪器记录下来。反射脉冲总是滞后于发射脉冲一段时间，这个时间是电磁脉冲通过穿透介质的速度和目标体埋藏深度的函数，即t=2h/v：式中，t为电磁波的双程走时(ns)。h为目标体的埋藏深度(m)，v为电磁波在穿透介质中的传播速度(m/ns)。
发射的电磁脉冲信号以时间和振幅的函数记录下来，称之为一次扫描。当收发天线沿地面移动时，记录地面不同位置上的多次扫描，得到时间域脉冲信号的剖面，构成探地雷达记录。地下不同的介质一般具有不同的介电常数，电磁波在不同介电常数的界面会产生反射，通过对反射波的振幅及相位等波形特征进行研究，即可对地下目的体的性状作出一定程度的判别。探测时，可根据探测目的选用剖面法、透射法、宽角法或共中心点法等探测方法。剖面法是将发射天线和接收天线以固定间距沿测线同步移动的一种测量方式;透射法是将发射天线和接收天线分别置于待测对象的两侧，同步移动两天线进行测量的测量方式;宽角法是固定发射(或接收)天线，使接收(或发射)天线沿测线移动而不断改变两个天线之间的距离(增大或减小)进行测量;共中心点法是在保证发射和接收两天线中心点位置不动的情况下，不断改变两个天线之间的距离(增大或减小)进行测量的。后两种方法主要用于求取地表以下介质的电磁波传播速度。采用探地雷达法探测渠道隐患的前提条件是隐患与周边介质之间有明显的介电常数差异，这种差异越大，探测效果越好。隐患的埋深及规模达到探测设备保的探测深度范围，分辨能力要求。在探测目标的表层没有低阻屏蔽层，在探测区内没有大范围的金属构件或无线电发射频源等较强的人工电磁波干扰。如果进行混凝土层脱空等浅层探测，可以使用高频雷达天线。探底雷达的增益一般不小于150dB，数据采集记录位数不小于16bit，可控时窗0～3000ns，系统中心频率16～1500MHz，脉冲重复频率3～100kHz，具有点测的多次迭加功能，迭加次数不少于30次。
1.2外业工作注意事项
雷达探测时一般沿渠道布设测线，施测时点测间距一般选择0.1~1m之间，或采用连续测试方式。在探测隐患时，要尽量从保证探测深度和分辨率两个方面考虑，根据实际情况选择中心频率。在探测脱空及破坏范围时，一般选择中心频率不小于250MHz的天线。按照最大探测深度与上覆介质平均电磁波速度之比的2.5~3倍选择记录时窗。采样率一般设置为天线频率的15~20倍。发射与接收天线间距的距离一般小于最大探测目标埋深的20%。介质电磁波速度可以通过多种方法确定，包括地层参数计算，由钻孔或已知深度的目标体标定，用线状目标体几何扫描法推算以及用透射法、宽角法或共中心点法确定等。
1.3数据处理与资料解释
探底雷达法探测数据的处理包括压制干扰信号、突出反射波、地形校正等，处理方法可选用数字滤波技术、偏移绕射处理技术、图像增强技术等。资料解释工作包括辨认和追踪有效波的同相轴、反射波的提取、有效异常的确定、隐患分类原则等。资料处理、解释工作中应该依据上覆介质的电磁波速度参数进行时深转换，并结合已有资料确定隐患埋深、隐患性质。
2瑞利波电磁测试仪
高密度电阻率法适用于隐患探查。利用高密度电阻率法可以探测裂缝、洞穴、松散体、渗水部位等隐患。在探测工作中根据具体情况选择装置形式，一般选用四极、三极或偶极装置。探测仪器的电极单元总数不宜少于30个，探测设备需要具有电极单元及接地电阻自动检测功能，测量过程中能实时显示数据或图形。
2.1工作原理
瑞利波法电磁测试仪有稳态和瞬态之分。常用的是瞬态法，即SASW法，其测试原理为在地表瞬态脉冲激励下，一般会产生直达纵波、折射纵波、反射纵波、横波和瑞利波(R波)以及转换波等扰动，瑞利波沿着一个圆柱波阵面径向地向外传播，且在R波到达时，土体出现很大的竖向位移，P波和S波产生的位移与R波相比可以忽略。另外，瑞利波
较之体波衰减慢，在距震源一定距离上，瑞利波能量最强，约占传播总能量的67%，因此，只要将传感器放在离震源适当距离的位置处，并尽量减低测量系统放大倍数，则在地表检测到的基本上是瑞利波信号。SASW测试的核心问题是要准确获得不同频率面波的相速度VR，同一频率的VR在水平方向的变化反映出地质条件的横向不均匀性，不同频率的vR的变化则反映出介质在深度方向的不均匀性。在地面上沿波的传播方向以一定的间距Δx设置N+1个检波器，就可以检测到(N·Δx)长度范围内瑞利波的传播情况。假设离震源一定距离处有一观测点A，记录到的时域信号为f1(t)，根据傅立叶变换可以转为频域记录(即频谱)。在波的传播方向上与A点相距为Δx的观测点B同样也记录到时域信号f2(t)，只要知道A、B两测点的距离Δx和每一频率的相位差φ，就可以求出每一频率的相速度VR(ω)，从而可以得到勘测点的频散曲线。为此，需对A、B两观测点的记录作相干函数和互功率谱的分析。作相干函数的目的是对记录信号的各个频率成分的质量作出评价估计，并判断噪声干扰对有效信号的影响程度。根据野外现场的实际情况，可以确定一个系数(在0~10之间)。当相干函数大于这个系数，就认为这个频率成分有效。反之，就认为这个频率成分无效。作互功率谱的目的是利用互谱的相位特性来求这两个观察点在各个不同频率时的相位差，再求出瑞利波的速度VR。SASW方法可以无损、快速的确定土层层厚及土层剪切波速。土层剪切波速决定于土层的剪切模量，而土层的剪切模量在剪切应变小于10～4时，主要受土层密度、平均有效应力的影响，所以可以用剪切波速来估算土层的密度。这是剪切波速能作为压实控制量的理论基础。
2.2外业工作注意事项
利用高密度电阻率法进行隐患探测时，一般沿渠道布设测线，电极距一般等于测点距，其距离不大于2m。在探测过程中MN保持不变，其距离等于1个电极距。探测深度应保证至少深入渠基4m。
2.3数据处理与资料解释
根据需要绘制高密度电阻率色谱图(灰度图、等值线图)等成果图件，有条件时，可以利用反演软件绘制相应剖面的电阻率图像。绘制视电阻率剖面图时可以按照需要提取不同
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3小结
王水消解原子荧光法测定污水中汞的方法，由于不需加入过多试剂也能满足分析要求，操作过程比较简单、快速，在分析中可提高工作效率，对于污水水样分析，该方法相对可靠。
参考文献
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