雷达在隧道工程质量检测应用效果

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1、透地雷达在隧道工程质量检测中的应用效果广东省华南工程物探技术开发总公司孟凡强梁培新葛如冰前g随着我国经济建设的飞速发展，基础工程建设也进入了一个飞跃发展的崭新阶段，各种隧道工程的建设也FI益增多。但对于隧道衬砌的厚度、完整性等的质量检测基本上还是应用传统的钻芯法。这些方法对隧道衬砌冇所破坏，II检查的频度低，速度慢，评价的代表性也比较差,很难比较全面地发现潜在的质量隐患，且对于有些部位如拱顶部位由于难以进行施工而无法进行检测。因此寻求一种无损、高效且高精度的检测方法是现在的高技术时代对我们提出的一个新课题。鉴于隧道的衬砌工程与公路的路面工程有类似的地球物理模型，我们借鉴透地雷达在公

2、路工程质量检测中的一些成果、技术和经验，将透地雷达探测技术在广东某供水工程的隧道衬砌的质量检测中进行了应用，在对隧道的衬砌混凝土厚度、衬砌混凝土的胶结密实情况（是否存在明显蜂窝空洞等）以及衬砌混凝土与围岩之间是否存在脱空现象的检测方面取得了良好的效果。本文即对上述应用成果进行详细的介绍。一、方法原理：透地雷达技术属于地球物理探测技术中的范畴。地球物理探测技术是依据被探测体内的不同介质具有不同的物理性质（如电阻率、弹性波速、介电常数等）的差异进行探测的。具体到透地雷达，它是以被探测体内的不同介质具冇不同的介电常数差异进行探测的。在进行探测工作时，它利用表面天线T将高频电磁波（主频为数

3、十兆赫至数百兆赫以至千兆赫）以宽频带短脉冲形式送入被探测体内部，该电磁波在被探测的介质内部传播时，会发生不同程度的衰减，遇到不同介电常数的介质分界面时，就会发生反射，反射波返回被探测物体的表面，为接收天线R所接收（图1）后被采集进入仪器进行显示、存储。通过处理分析所采集的反射波的频率、幅度和相位等信息，便可得到不同介电常数的介质分界面的深度及目的反射物的分布范围等参数。与本工程隧道透地雷达检测有关的介质的相对介电常数见表1。阁2a是透地雷达在隧道检测中接收到的理想波形，计算衬砌层底面反射波与表面反射波之间的走吋时差At（ns），已知电磁波在衬砌混凝土中的传播速度（可根据表1或由钻孔

4、标定取得）v（m/ns）,即可求出衬砌层的厚度h（m）=v*At/2。但实际得到的波形与此有较大的差异（图2b）,主要由以下原因引起：一是电磁波在介质内的非线性衰减和电磁波的自身1H］波干扰；二是衬砌砼层内散布的钢筋、大粒石块等异常体的干扰；三是衬砌砼层内存在的空洞、胶结不密实及由于衬砌砼层与围岩胶结不密实而存在的脱空等异常体的干扰，四是测量中隧道内其他物体的一些干扰。仔细分析实际得到的波形，便可以从中得到衬砌混凝土的胶结密实情况（是否存在明显蜂窝空洞等）以及衬砌混凝土与围岩之间是否存在脱空现象等信息。图1透地雷达检测的原理图2透地雷达检测单道曲线表1介质的相对介电常数和波速值介质

5、相对介电常数电磁波速v(m/ns)备注空气10.3混凝土6.40.12粘土8-120.095花冈石4(9)0.15(0.1)灰岩70.11砂岩4-60.15二、检测应用实例1、衬砌混凝土的厚度检测图3是透地雷达在广东某供水工程某隧洞内拱顶所做的一段厚度检测的成果。在厚度的检测方而，隧道衬砌与公路路而的透地雷达厚度检测是类似的。图的上部是实测雷达剖而，该隧洞设计为两层衬砌砼，初衬设计为12cm厚的C20喷射砼,二衬设计为25cm的C20砼从实测剖面看，衬砌砼层(初衬加二衬)与其后面围岩间的反射界面既清晰又连续，初衬与二衬之间也有较清晰连的反射界面，这反映了初衬与二衬之间的介质差别较大

6、。图3的下部是经过抽芯标定速度后追踪所得的解释厚度曲线。经标定后的衬砌砼层的电磁波传播速度为0.122m/ns。图3广东某供水工程某隧洞衬砌层厚度检测结果2、衬砌混凝土的胶结密实情况检测图4是是透地雷达在广东某供水工程隧洞内拱顶所做的一段衬砌混凝土胶结密实情况检测的成果。从实测剖面图上可以看到，在检测段的kx+217-kx+225处在比较连续一致的衬砌砼层内部反射波中出现了强反射波组，反射波振幅明显增强，且反射波同相轴发生畸变，呈现处弧形，这些特征表明此处衬砌砼层内部出现了比较人的局部不均匀性变化，振幅的明显增强表明了此处的混凝土胶结密实度较差。Kx+200Kx+210Kx+220

7、Kx+2300111——Kx+240kx+2501匕0混凝十胶结不密实3、衬砌混凝土与岩之问是否存在脱空现象的检测图4广东某供水工程隧洞衬砌层混凝土密实性检测结果图5是透地雷达在广东某供水工程供水工程隧洞内拱顶所做的一段衬砌混凝土与围岩之间是否存在脱空现象的检测成果，也即检测衬砌层灌浆施工后的灌浆效果检测。从透地雷达实测剖面上可以看到，在检测段的衬砌层底部的反射波中，kxx+627-kxx+631段的衬砌层底的反射波振幅明显増强，但衬砌层底的反射波同相轴依然连续淸晰，