地质雷达检测铁路隧道衬砌质量的效果验证-熊昌盛

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1、铁道建筑32RailwayEngineeringNovember，2011文章编号:1003-1995(2011)11-0032-03地质雷达检测铁路隧道衬砌质量的效果验证熊昌盛，李晋平，陈辉，胡在良(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081)摘要:地质雷达作为一种无损检测设备，以其准确、高效等优点在铁路工程地质探查、质量检测等方面得到广泛应用。特别是在隧道衬砌检测方面，可以快速可靠地判定衬砌厚度、衬砌背后空洞以及钢筋、初支钢架分布情况，对准确评价隧道施工质量，提高隧道施工技术水平发挥着巨大作用。本文简述了地质雷达的工作原理以及在现场检测中参数设置应注意的问题，并结合检测实例验证了

2、地质雷达在铁路隧道衬砌质量检测中良好的应用效果。关键词:隧道地质雷达参数设置破检中图分类号:U456.3文献标识码:A受施工水平和工艺的影响，隧道施工常出现混凝ε－εr=槡1槡2(3)土衬砌背后脱空或不密实等质量问题，而由于隧道建ε+ε槡1槡2造过程中的主观因素，也存在不按设计设置衬砌钢筋式中，ε1，ε2分别为界面上、下介质的相对介电常数。和初支钢架等人为缺陷，给施工或营运安全带来隐患。雷达波反射信号的强度主要取决于上、下层介质因此，对隧道衬砌质量过程检测和控制尤为重要。地的电性差异，电性差异越大，反射信号越强。雷达波的质雷达可满足隧道衬砌质量检测的要求。穿透深度主要取决于介质的导电性和雷达

3、天线的中心频率。导电率越高，穿透深度越小;天线中心频率越1地质雷达工作原理高，穿透深度越小，反之亦然。69地质雷达技术，是利用主频为10～10Hz的高频在现场检测过程中，由于受场地限制，雷达数据采电磁脉冲波的反射原理来实现探测目的。发射天线发集过程中存在很多干扰，使后期资料处理比较困难，给出的电磁波在混凝土介质中传播，遇介质变化界面后解释结果带来误差，影响检测精度。因此，在现场检测反射被接收天线所接收，分析电磁波走时和反射形态过程中应尽量避免干扰，优化采集参数以及在数据处就可以确定衬砌厚度、钢筋或钢拱架排列状况和衬砌理解释阶段采用多种处理手段提高信噪比，从而提高不密实或脱空范围。雷达检测技术

4、在隧道衬砌中的检测精度。电磁波在特定介质中的传播速度是不变的，因此2检测参数设置及注意事项根据地质雷达记录上的反射波和入射波的时间差ΔT，即可按下式得到。即现场检测时的参数设定主要包括时窗长度、采样H=VΔT/2(1)点数、增益大小调节、滤波设置等。参数设置是否合理其中V=C/槡ε(2)将直接影响到记录数据的质量。现场参数设置应遵循式中，H为目标层厚度;V为电磁波在介质中的传播速下述几个原则。度;C为电磁波在大气中的传播速度，约3×108m/s;ε1)时窗的选取原则是既不能选的太小而丢掉重为介质相对介电常数。要数据，也不能选的太大而降低了垂向分辨率。一般雷达波反射信号的振幅大小与反射系数成正

5、比，选取探测深度H为目标深度的1.5倍。以目标体的在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数r可表反射信号大约处在采样时窗的1/3～2/3范围内为宜，示为避免将来信号处理可能造成的边缘干扰。2)为了保证垂向上的高分辨率，采样点数在容许的情况下应尽量选大。采样点数越大采集的数据质量收稿日期:2011-06-27;修回日期:2011-08-15越高，但同时也会影响采样速度。所以在保证大于最作者简介:熊昌盛(1980—)，男，湖北荆州人，助理研究员，硕士。低采样点数的基础上，建议选择采样点数512(如果没2011年第11期地质雷达检测铁路隧道衬砌质量的效果验证33有采样速度的要求，为了获得更丰富的采

6、样数据，应选择采样点数更高的1024或2048)。3)当检测测线范围内围岩类别发生变化时，尤其是隧道衬砌在钢筋混凝土和素混凝土之间变化时，应特别注意增益大小的调节，以免增益过大使钢筋或初支钢架的反射溢出，增益过小则无法得到素混凝土衬砌与初支的清晰界面反射。图2典型雷达反射图像1对应破检照片4)对于雷达滤波，一般选择带通滤波器。低截频率的设置，以天线中心频率的1/6～1/8为宜，即高于cm，双层钢筋层间距为40cm，但钢筋保护层厚度过这个频率的信号能够通过被仪器接收;高截频率的设厚，达到了90cm，见图4。置，以天线频率的2.0～2.5倍为宜，低于这个频率的信号能够被接收。3检测实例及验证本次

7、采用美国劳雷公司生产的SIR3000型便携式地质雷达和400MHz天线，对某条铁路多座隧道进行了衬砌质量检测。按照以上现场采集参数设置要求进行现场检测后，经过专业软件的去噪、滤波等处理进一图3典型雷达反射图像2步提高了雷达剖面的信噪比及分辨率，通过凿孔对雷达图像显示的各种缺陷进行了验证。3.1钢筋设置验证目前隧道施工中钢筋布设常见的问题主要有衬砌钢筋保护层偏厚，间距比设计间距偏大，或者设计为双层钢筋而实际只布