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【摘要】高铁轨道与高速列车的安全顺利通行具有极其密切的联系，如果高铁轨道存在质量方面的缺陷或者危害性隐患，及其可能对列车的安全运营产生严重的威胁。高铁轨道本身具有其特殊性质，对于其隐患检测排查的技术手段也具有极高的要求。本文根据高铁轨道施工工艺和运营中无砟轨道的主要病害特点，通过常用无损检测方法的优缺点对比，确定探地雷达法为高铁无砟轨道无损检测的最佳方法。
【关键词】地质雷达技术；高铁轨道隐患；排查技术应用
前言
随着我国社会主义和谐社会的建设与发展，我国高速铁路建设也逐渐迈向新的发展进程，对于高速铁路建设进行了大量的资源投入，质量检测以及日常维护已经成为保护与正常运营的重要任务。高铁轨道与高速列车的安全顺利通行具有极其密切的联系，如果高铁轨道存在质量方面的缺陷或者危害性隐患，及其可能对列车的安全运营产生严重的威胁。然而，我国高铁正式运行的时间并不长，对于高铁轨道所存在隐患排查工作比较滞后，相关的研究工作也尚未成熟。与此同时，由于高铁列车的行驶速度比常规列车的速度要高得多，对高铁轨道具有较高的要求，因此高铁轨道本身具有其特殊性质，对于其隐患检测排查的技术手段也具有极高的要求。在本文中，将介绍地质雷达技术的基本原理，并且根据高铁无砟轨道施工工艺和运营中无砟轨道的主要病害特点，通过常用无损检测方法的优缺点对比，确定地质雷达法为高铁无砟轨道无损检测的最佳方法。
一、地质雷达技术的介绍
地质雷达方法（Ground Penetrating Radar，GPR）是通过发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的分界面时发生反射，根据接收到的电磁波的波形、振幅强度和时间的变化等特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。
地质雷达可用于检测各种材料，如岩石、泥土、砾石，以及人造材料如混凝土、砖、沥青等的组成。雷达可确定金属或非金属管道、下水道、缆线、缆线管道、孔洞、基础层、混凝土中的钢筋及其它地下埋件的位置。它还可检测不同岩层的深度和厚度，并常用于地面作业开工前对地面作一个广泛的调查。
二、高铁轨道探测设备的要求
首先必须根据设计要求对传统的天线进行改良，目前的地质雷达天线的中心频率主要在10MHZ到3GHZ的范围，对常规铁路进行监测的时候，主要使用了两种传统型的天线，一种是900mhz天线，另一种则是400mhz天线，其探测的深度不能超过3米的范围，只有在这个范围内才能够准确的探测到长轨铁路所存在的缺陷。但是对于高铁轨道本身独特的设计要求记忆钢筋的密度而言，传统的两种天线都难以满足需求，所以首当其冲的是根据高铁轨道特殊的设计要求来重新设计以及改良天线。
其次，天线频率与探地雷达探测对目标体的大小以及深埋的分辨率具有明显的相关性。如果天线的分辨率是水平分辨率，那么对处于同一个水平线上相邻的两个目标，地雷达可以探测目标的相邻距离；如果天线的分辨率是垂直线上的分辨率，那么探地雷达可以探测到最小目标层的厚度。根据公式计算，可知1.3ghz或者以上的天线可以准确的探测到钢筋。
三、高铁轨道模型探测实验
1、试验资料采集：按照高铁轨道的设计选择了相同或者相似的钢筋混凝土作为研究的资料，该混凝土样块长3米、宽2米、厚30厘米；探地雷达主机LTD2100；中心频率为900mhz天线；中心频率为1.5ghz天线。
2、研究的方法：在目标混凝土样块下面放置混凝土板，增加模拟的病害以及缝隙，模拟混凝土板贴合无缝隙以及混凝土板脱空距离为5mm、脱空距离为10mm的情况。采用探地雷达的主机和两种不同频率的天线进行探测实验，并对比试验探测的结果。
3、研究的结果：根据实验的研究结果，可知两种天线都可以有效探测到预先设计好的目标以及缝隙，但是中心频率为900mhz的天线对于钢筋的区分不够明显，对于预先设计好的脱空情况分变模糊不清，这都是由天线本身的分辨率过低所造成的。而另一种天线其中心频率为1.5ghz，具有极高的分辨率，可以准确探测以及区分钢筋，并且对于预先设计好的脱空情况可以清晰地分辨出来，相对于900mhz较低分辨率的天线而言更具有准确性。
四、高铁轨道的病害探测实验
1、试验资料采集：A地区的高铁轨道某段；B地区的高铁轨道某段；探地雷达主机LTD2100；中心频率为900mhz天线；中心频率为1.5ghz天线。
2、研究的方法：探测时间主要在凌晨0点到凌晨5点，采用地质雷达主机来作为主控单元，以及使用两种不同中心频率的天线进行探测实验，主要探测目标是探测高铁轨道轨道板和混凝土基座的脱空情况。对比两种天线的探测结果。
3、研究的结果：根据实验的研究结果，可知道對于同一位置的高铁轨道危害，两种不同中心频率的天线都可以探测到该危害的具体位置。但是根据研究结果的图像可知，中心频率较高的天线由于分辨率更高而对于高铁轨道的轨道板上层钢筋的显示图像更为清晰，而且能够明显区分钢筋。而中心频率较低的天线只能够找到危害的位置，但是对于深层钢筋没办法清晰的进行探测，并且中心频率较低的天线所带来的回波影响严重，增加了识别目标的难度。
五、实验的结论
1、地质雷达技术有利于快速准确的寻找到高铁轨道中所隐藏的危害，该技术对于排查高铁隐患具有明显的优势，不仅快速便捷、高效率，而且探测结果的准确性较高，符合现代化高铁轨道危害排查的实际需求，是一种检测高铁轨道的先进的探测手段。
2、在检测高铁轨道的轨道板内部的危害以及脱空的情况，最佳的检测天线应当选取中心频率为1.3ghz的天线，同时从高铁轨道的探测需求出发，研究开发专门的雷达探测设备及其计算方法。过高的天线频率容易因为能量的过快衰减而引起脱空情况的探测与识别；过低的天线频率又难以准确的检测与识别出混凝土内部的危害及其数据。
3、中心频率为900mhz的天线与400mhz的天线可以排查高铁轨道的基层情况，可以探测到基层沉降与破碎等危害，为治理危害提供了可靠地依据。由此可见，探地雷达技术对于高铁轨道的基层探测也具有明显的实际意义。
结语
随着我国高速铁路建设的发展，我国高速铁路的质量检测以及日常维护作为正常运营的重要任务，其质量与高速列车的安全顺利通行息息相关，必须保证了高铁轨道没有存在质量方面的缺陷或者危害性隐患，从而避免发生安全运营严重的威胁。由于对高铁轨道隐患的排查技术与检测手段尚未成熟，因此必须重视探索与研究相关的检测方式、检测设备以及计算处理方法，逐渐完善隐患排查检测技术的应用，为我国高铁运行的安全性提供有力的保障。
参考文献
[1]白明洲，谢晋水，张爱军，许兆义，王鹏程，王成亮.高速铁路路基工程岩溶注浆效果无损检测评估方法研究[J].铁道学报，2012（07）.
[2]崔国庆.双块式无砟轨道道床板裂缝控制研究[J].铁道标准设计，2010（01）.
[3]刘振民，钱振地，张雷.双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝的分析与防治[J]. 铁道建筑，2007（06）.
[4]包军强，张学强，刘江平，周鸿秋.浅层多波的分离识别与提取[J].物探与化探，1998（05）.
[5]石现峰，宣言，王澜.土质路基上板式无砟轨道结构的动力学性能仿真研究[J].中国铁道科学，2008（09）。
【关键词】地质雷达技术；高铁轨道隐患；排查技术应用
前言
随着我国社会主义和谐社会的建设与发展，我国高速铁路建设也逐渐迈向新的发展进程，对于高速铁路建设进行了大量的资源投入，质量检测以及日常维护已经成为保护与正常运营的重要任务。高铁轨道与高速列车的安全顺利通行具有极其密切的联系，如果高铁轨道存在质量方面的缺陷或者危害性隐患，及其可能对列车的安全运营产生严重的威胁。然而，我国高铁正式运行的时间并不长，对于高铁轨道所存在隐患排查工作比较滞后，相关的研究工作也尚未成熟。与此同时，由于高铁列车的行驶速度比常规列车的速度要高得多，对高铁轨道具有较高的要求，因此高铁轨道本身具有其特殊性质，对于其隐患检测排查的技术手段也具有极高的要求。在本文中，将介绍地质雷达技术的基本原理，并且根据高铁无砟轨道施工工艺和运营中无砟轨道的主要病害特点，通过常用无损检测方法的优缺点对比，确定地质雷达法为高铁无砟轨道无损检测的最佳方法。
一、地质雷达技术的介绍
地质雷达方法（Ground Penetrating Radar，GPR）是通过发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的分界面时发生反射，根据接收到的电磁波的波形、振幅强度和时间的变化等特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。
地质雷达可用于检测各种材料，如岩石、泥土、砾石，以及人造材料如混凝土、砖、沥青等的组成。雷达可确定金属或非金属管道、下水道、缆线、缆线管道、孔洞、基础层、混凝土中的钢筋及其它地下埋件的位置。它还可检测不同岩层的深度和厚度，并常用于地面作业开工前对地面作一个广泛的调查。
二、高铁轨道探测设备的要求
首先必须根据设计要求对传统的天线进行改良，目前的地质雷达天线的中心频率主要在10MHZ到3GHZ的范围，对常规铁路进行监测的时候，主要使用了两种传统型的天线，一种是900mhz天线，另一种则是400mhz天线，其探测的深度不能超过3米的范围，只有在这个范围内才能够准确的探测到长轨铁路所存在的缺陷。但是对于高铁轨道本身独特的设计要求记忆钢筋的密度而言，传统的两种天线都难以满足需求，所以首当其冲的是根据高铁轨道特殊的设计要求来重新设计以及改良天线。
其次，天线频率与探地雷达探测对目标体的大小以及深埋的分辨率具有明显的相关性。如果天线的分辨率是水平分辨率，那么对处于同一个水平线上相邻的两个目标，地雷达可以探测目标的相邻距离；如果天线的分辨率是垂直线上的分辨率，那么探地雷达可以探测到最小目标层的厚度。根据公式计算，可知1.3ghz或者以上的天线可以准确的探测到钢筋。
三、高铁轨道模型探测实验
1、试验资料采集：按照高铁轨道的设计选择了相同或者相似的钢筋混凝土作为研究的资料，该混凝土样块长3米、宽2米、厚30厘米；探地雷达主机LTD2100；中心频率为900mhz天线；中心频率为1.5ghz天线。
2、研究的方法：在目标混凝土样块下面放置混凝土板，增加模拟的病害以及缝隙，模拟混凝土板贴合无缝隙以及混凝土板脱空距离为5mm、脱空距离为10mm的情况。采用探地雷达的主机和两种不同频率的天线进行探测实验，并对比试验探测的结果。
3、研究的结果：根据实验的研究结果，可知两种天线都可以有效探测到预先设计好的目标以及缝隙，但是中心频率为900mhz的天线对于钢筋的区分不够明显，对于预先设计好的脱空情况分变模糊不清，这都是由天线本身的分辨率过低所造成的。而另一种天线其中心频率为1.5ghz，具有极高的分辨率，可以准确探测以及区分钢筋，并且对于预先设计好的脱空情况可以清晰地分辨出来，相对于900mhz较低分辨率的天线而言更具有准确性。
四、高铁轨道的病害探测实验
1、试验资料采集：A地区的高铁轨道某段；B地区的高铁轨道某段；探地雷达主机LTD2100；中心频率为900mhz天线；中心频率为1.5ghz天线。
2、研究的方法：探测时间主要在凌晨0点到凌晨5点，采用地质雷达主机来作为主控单元，以及使用两种不同中心频率的天线进行探测实验，主要探测目标是探测高铁轨道轨道板和混凝土基座的脱空情况。对比两种天线的探测结果。
3、研究的结果：根据实验的研究结果，可知道對于同一位置的高铁轨道危害，两种不同中心频率的天线都可以探测到该危害的具体位置。但是根据研究结果的图像可知，中心频率较高的天线由于分辨率更高而对于高铁轨道的轨道板上层钢筋的显示图像更为清晰，而且能够明显区分钢筋。而中心频率较低的天线只能够找到危害的位置，但是对于深层钢筋没办法清晰的进行探测，并且中心频率较低的天线所带来的回波影响严重，增加了识别目标的难度。
五、实验的结论
1、地质雷达技术有利于快速准确的寻找到高铁轨道中所隐藏的危害，该技术对于排查高铁隐患具有明显的优势，不仅快速便捷、高效率，而且探测结果的准确性较高，符合现代化高铁轨道危害排查的实际需求，是一种检测高铁轨道的先进的探测手段。
2、在检测高铁轨道的轨道板内部的危害以及脱空的情况，最佳的检测天线应当选取中心频率为1.3ghz的天线，同时从高铁轨道的探测需求出发，研究开发专门的雷达探测设备及其计算方法。过高的天线频率容易因为能量的过快衰减而引起脱空情况的探测与识别；过低的天线频率又难以准确的检测与识别出混凝土内部的危害及其数据。
3、中心频率为900mhz的天线与400mhz的天线可以排查高铁轨道的基层情况，可以探测到基层沉降与破碎等危害，为治理危害提供了可靠地依据。由此可见，探地雷达技术对于高铁轨道的基层探测也具有明显的实际意义。
结语
随着我国高速铁路建设的发展，我国高速铁路的质量检测以及日常维护作为正常运营的重要任务，其质量与高速列车的安全顺利通行息息相关，必须保证了高铁轨道没有存在质量方面的缺陷或者危害性隐患，从而避免发生安全运营严重的威胁。由于对高铁轨道隐患的排查技术与检测手段尚未成熟，因此必须重视探索与研究相关的检测方式、检测设备以及计算处理方法，逐渐完善隐患排查检测技术的应用，为我国高铁运行的安全性提供有力的保障。
参考文献
[1]白明洲，谢晋水，张爱军，许兆义，王鹏程，王成亮.高速铁路路基工程岩溶注浆效果无损检测评估方法研究[J].铁道学报，2012（07）.
[2]崔国庆.双块式无砟轨道道床板裂缝控制研究[J].铁道标准设计，2010（01）.
[3]刘振民，钱振地，张雷.双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝的分析与防治[J]. 铁道建筑，2007（06）.
[4]包军强，张学强，刘江平，周鸿秋.浅层多波的分离识别与提取[J].物探与化探，1998（05）.
[5]石现峰，宣言，王澜.土质路基上板式无砟轨道结构的动力学性能仿真研究[J].中国铁道科学，2008（09）。