地质雷达在隧道检测应用

地质雷达在隧道检测应用

欧耀祥

广东交通集团检测中心

摘要；文章介绍了地质雷达在隧道无损检测中的应用情况。通过对某隧道左边墙、右拱腰、拱顶衬砌厚度以及密实程度的检测,得知在施工中边墙和拱腰的衬砌厚度、回填密实程度基本能够满足设计和规范要求,拱顶的衬砌厚度、回填密实程度有部分不能满足设计和规范要求,是隧道衬砌的薄弱环节,施工中要加强对该环节进行管理和控制。

关键词；地质雷达；隧道检测；应用；

随着国家陆路交通的不断发展,铁路公路隧道的数量也在逐年增加,同时在运营过程中暴露出来的隧道病害也在连连告急。这就需要一种高效的能够对隧道衬砌质量进行全面快速的检测方法来适应这种发展,使隧道病害能够提前得到治理。地质雷达检测方法可以对隧道衬砌混凝土厚度、密实性、脱空等进行快速检测。它不仅克服了传统上以点盖面的只靠目测和打孔抽查来对隧道质量进行不全面检测的缺点,而且是一种采用高科技手段,以其高分辨率和高准确率,能快速、高效地进行无损检测的方法,在隧道工程质量检测中得到广泛的应用。虽然地质雷达在隧道工程质量检测中得到了广泛的应用,但在检测过程中仍有很多容易被忽视的问题。对雷达波速的标定、地质雷达天线频率的选择、里程的标记、隧道检测专用车的设计、缺陷中空洞的准确定位等问题的具体分析,对提高检测数据的质量起到很大作用。

1地质雷达工作原理

地质雷达法是利用介质对电磁波的反射特性，对介质内部构造或缺陷（或其他不均匀体）进行探测的方法。地质雷达主要由控制器、发射和接收天线组成。基于电磁波的反射原理，地质雷达通过天线向介质发射高频电磁波，当波前遇到目标体或其他介质的界面时返回并被天线接收，此时记录信号返回的时间，并根据反射天线和接收天线的位置来计算目标体的位置和深度。

地质雷达工作原理如图1所示，图中T为发射天线，R为接收天线，两者间距为X（X一般很小，甚至发射和接收天线合二为一，即X=0）；H为反射的e的深度。波从T出发，按几何光学原理经反射点e返回地面到R的时间为t；设电磁波在介质中的传播速度为V，由几何关系可得出：

地质雷达在隧道检测中的应用

测线布置

某新建铁路隧道工程于2000年全部完成后,2001年5月用地质雷达对隧道进行了衬砌无损检测。由小里程朝大里程方向布线,每座隧道布三条线,分别位于左侧边墙、右侧拱腰及拱顶。左侧边墙测线位于起拱线以下0.8～1.2m处,右侧拱腰测线位于起拱线和拱顶线间的中部,拱顶测线位于拱顶中部(图3)。

检测结果

根据隧道衬砌厚度和回填密实度检测数据,绘制出隧道衬砌质量检测成果图(对某隧道DK×××+280～+400段进行检测)

图4反映了边墙衬砌厚度和衬砌背后密实度情况,从图中可以看出,+280～+388段,衬砌厚度为41cm;+388～+397段,衬砌厚度为41～50cm;+397～+400段,衬砌厚度为42cm;满足设计厚度(40cm)要求(表2)。地质雷达图像中没有界面反射信号,说明衬砌背后密实。

图5反映了隧道拱腰的衬砌厚度和衬砌背后回填密实度情况,从图中可以看出,+280～+388段,衬砌厚度41～50cm;+338～+373段,衬砌厚度41～48cm;+373～+400段,衬砌厚度40～50cm,均满足设计厚度要求(表3)。地质雷达图像中没有界面反射信号,说明衬砌背后密实。

图6反映了隧道拱顶的衬砌厚度和衬砌背后回填密实度情况,从图中可以看出,有12处共28m长衬砌厚度小于40cm,不满足设计要求,其余地段都满足设计和规范要求。拱顶背后回填情况,+306～+310段,地质雷达绝大部分图像与回填密实度图像的征状相同,只有局部衬砌界面有反射信号,为基本密实;+339～+342段,地质雷达在图像中表现为衬砌界面有强反射信号,界面信号下方有绕射信号(10cm空隙);其他地段地质雷达图像中没有界面反射信号,说明衬砌背后达到密实。

对问题进行统计并据以进行整治

根据测线成果图,对隧道衬砌厚度不足地段、背后回填不密实地段和空隙地段进行统计(表4),并据以对隧道进行整治。从左边墙测线成果图、右拱腰测线成果图、拱顶测线成果图不难看出,左边墙和右拱腰的衬砌厚度都大于40cm,满足设计要求;背后回填均达到密实,也满足设计要求。只有拱顶衬砌厚度存在一定问题,不满足设计要求,拱顶背后回填有一段长3m为空隙(10cm),其他地段均达到密实。根据统计的情况,从2001年7月开始对隧道进行整治。

整治结果

隧道整治完成以后,2001年11月用地质雷达进行了复检。复检和初检的方法相同,由于所述隧道左边墙和右拱腰在初检时均满足设计要求,因此不再进行复检,仅对不满足设计要求的拱顶进行复检,复检测线成果图(图7)表明,隧道整治后衬砌厚度和背后回填密实程度都满足设计要求。

3.地质雷达天线频率的选择问题

隧道衬砌检测必须采用屏蔽天线。频率高的天线发射雷达波主频高、分辨率高、精度较高、能量衰减较快、探测深度较浅;频率低的天线发射雷达波主频低、分辨率低、精度相对较低、能量衰减较慢、探测的深度较深。各频率天线见表1。

因此,选用天线时,应根据隧道混凝土厚度及检测要求来确定天线的频率,在隧道衬砌检测中,雷达对于厚度的探测精度误差在5%左右。

4.隧道专用检测车的设计

从事地质雷达对隧道衬砌厚度进行检测的检测人员均有深刻体会,特别是进行隧道拱部的各测线检测时,天线密贴衬砌表面变成极困难的事情。其中最主要的一个原因就是作业人员无专用操作台,不便操作造成的。目前常采用的办法是在汽车上搭设钢管架或利用检修车等作为检测车。

以汽车/卡车为载体,在其上架设钢管架,根据测线位置,确定检测平台高度,一般上层平台距离拱顶1.8～2.0m,中间平台与拱脚等高,平台整体不能侵限,台架稳固。就目前而言,所检测的测线并非理论上的直线,大多存在左右或上下摆动,造成天线沿衬砌表面蛇形前进或局部存在脱离衬砌表面,所以检测过程中必须保证检测车平稳匀速前进,同时雷达天线密贴检测工作面,减少晃动,使天线的走向(地质雷达测线)成为真正意义上的直线。

结语；在充分处理好上述地质雷达在隧道工程质量检测中应用的技术问题之后,将会

使地质雷达在隧道检测中的应用得到更高层次的发展,以满足新建隧道质量检测和既有/运营隧道的技术状况检测的需要,使地质雷达检测成为我国的基础设施建设中质量控制不可缺少的检测方法。如与其它检测方法配合使用,地质雷达在隧道检测中将取得更好的效果,同时也能发挥该技术的最大潜力。

参考文献；

（1）地质雷达技术在隧道质量检测中的应用_李沫

（2）地质雷达在隧道衬砌检测中的应用_田其祥

（3）地质雷达在隧道工程检测中的应用_李二兵

（4）地质雷达在隧道检测中的常见技术问题_李铂

（5）地质雷达在隧道检测中的应用_冯慧民

（6）地质雷达在隧道检测中的应用_韩振中

（7）地质雷达在隧道检测中的应用_张雪峰