地质雷达法检测高速铁路隧道常见质量缺陷及图像解释

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1、文章编号:1003-1995(2014)11-0094-05地质雷达法检测高速铁路隧道常见质量缺陷及图像解释高至飞，侯长兵(广州铁路(集团)公司科学技术研究所，广东广州510100)摘要:地质雷达法以其快速、无损、连续探测、实时成像、数据处理直观方便以及探测精度高等优点在隧道工程质量检测中得到了广泛应用。本文以一在建高速铁路隧道为例，介绍了高速铁路隧道衬砌厚度不足、背后空洞，钢架和钢筋的间距过大、数量不足，保护层厚度不足等常见缺陷类型，对其地质雷达法检测图像特征做出解释，并对部分缺陷进行了破损验证。验证结果表明，地质雷达在高速铁路隧道衬砌质量检测中准确性较

2、高，并可大大提高检测效率。关键词:地质雷达法高速铁路隧道初砌缺陷图像解释中图分类号:U456.3文献标识码:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2014．11．27入二次衬砌的混凝土层会出现强反射;同样，当电磁波由二次衬砌传播至初期支护继而由初期支护传播到岩层时，如果二次衬砌和初期支护接合不良，或存在空隙，亦会导致雷达剖面相位和幅度发生变化，由此可确定衬砌厚度和发现施工缺陷。电磁波遇到以传导电流为主的介质，比如衬砌中存在的钢筋、钢架，会出现强反射，在雷达剖面上呈现明显异常，以此可确定钢筋、钢架的分布情况［1-3］。高速铁路隧道的施工

3、质量涉及到高速铁路的安全运营，准确地检测出高速铁路隧道施工质量隐患可为及时有效地对隧道进行加固和修复提供依据。传统的隧道衬砌检测方法，如开孔或开槽取样检测，不仅效率低、代表性差、偶然性大，而且破坏了衬砌的整体性。近年来地质雷达因其快速、无损、连续探测、实时成像、数据处理直观方便以及探测精度高等优点，在隧道工程质量检测中得到了广泛应用。本文以在建高速铁路赵家庄隧道为例，采用地质雷达典型缺陷图像与实际破损验证相结合的方式，来阐述和验证利用地质雷达检测高速铁路隧道衬砌质量的可靠性。2高速铁路隧道常见质量缺陷及图像判定标准2.1高速铁路隧道常见质量缺陷对于使用新奥

4、法施工的高铁隧道来说，常见的结构质量缺陷是隧道衬砌厚度不足、混凝土不密实和衬砌内存在空洞、衬砌结构与围岩脱空、混凝土蜂窝或严重离析等。另外，在施工过程中较大的超挖引起的回填不密实，会导致在衬砌建设期间及竣工后围岩掉块崩落在衬砌之上，或衬砌因受力不均匀而开裂等质量问题。以上问题的产生使得高铁隧道衬砌在经受温度变化、地下水静水压力以及脱空区掉块荷载时，容易产生诸如漏水、衬砌裂损、衬砌冻害、衬砌腐蚀等一系列病害问题，并且可能影响隧道的正常运营及使用年限［4-6］。地质雷达法不仅能够检测到衬砌厚度不足和背后空洞两种主要质量缺陷，而且还可以检测钢架和钢筋的间距过大、

5、数量不足和保护层厚度不足等质量缺陷。高速铁路隧道初期支护检测包括初期支护厚度、钢拱架数量、支护背后空洞及回填情况。二次衬砌检测主要包括衬砌厚度、衬砌背后脱空、衬砌中钢筋有无缺失［7-9］。1地质雷达检测原理地质雷达法通过地质雷达发射天线向隧道壁发射高频宽带短脉冲电磁波，遇到相对介电常数差异较大的介质(如空洞、衬砌界面等)就会产生反射波，接收天线接收反射回来的电磁波并记录其反射时间。衬砌混凝土与围岩(花岗岩、砂岩、黄土等)之间存在着物性差异，可据此判断衬砌界面，计算出衬砌厚度;缺陷部位衬砌混凝土被水或空气充填后，形成空洞，与密实混凝土相比，物性有明显差异，可

6、据此判断衬砌背后是否回填密实。因此，采用地质雷达法对隧道衬砌混凝土质量进行检测是可行的。根据电磁波在介质中的传播速度(v)和双程旅行时间(t)可以计算衬砌厚度。当天线沿隧道壁移动时就能得到衬砌内部电磁波走时图像。电磁波由空气进收稿日期:2014-05-20;修回日期:2014-07-20作者简介:高至飞(1978—)，男，河南遂平人，高级工程师。2014年第11期高至飞等:地质雷达法检测高速铁路隧道常见质量缺陷及图像解释952.2常见缺陷图像信号特征《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》［10］中对地质60cm;5m长度范围内布置6榀钢架(5格间距);图像中混凝

7、土未见强反射信号，表明二衬浇筑密实。从图2可以看到，钢架呈均匀分布，5m长度范围内分布5榀钢架;喷层厚度在25～30cm;图像中混凝土未见强反射信号，表明喷层回填密实。雷达法信号做出的解释见表1。表1地质雷达法信号特征类别信号特征4高速铁路隧道常见缺陷的雷达图像解释下面对赵家庄隧道衬砌检测过程中发现的各类缺密实信号幅度较弱，甚至没有界面信号衬砌界面的强反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续，较分散衬砌界面反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大分散的月牙形强反射信号连续的小双曲线形强反射信号不密实陷的雷达图像进行解释，并对部分缺陷

8、进行破损验证。空洞4.1隧道衬砌钢筋、钢架布置常见缺陷隧道初期支护