地质雷达在公路隧道衬砌质量控制中的应用_廖大刚

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1、地质雷达在公路隧道衬砌质量控制中的应用1，2廖大刚(1.福建省交通科学技术研究所，福建福州350004;2.福建省公路水运工程重点实验室，福建福州350004)摘要:文章阐述了地质雷达的工作原理和检测方法，并对检测过程中的参数测试，测线布置进行论述。结合永宁高速公路隧道工程，详细分析了地质雷达无损检测技术在隧道初支混凝土厚度、钢拱架施工质量及背后脱空情况中的应用，结果表明地质雷达是一种高效、经济、准确的无损检测新技术，可为工程质量隐患排除提供科学依据。文章最后给出提高雷达检测精确度的建议。关键词:地质雷达技术;隧道;衬砌质量控制中图分

2、类号:U455文献标识码:B通过对雷达主机所接收的反射信号进行滤波、去噪等1引言处理和图像反演解释，便可得到地下不同地层介质中近年来，随着国民经济的迅速发展，公路交通建异常物体或地质体的分布情况及其深度位置等参数，设规模日益扩大，公路隧道在山区和丘陵地区公路建达到识别目标体的目的。图1为空洞探测原理示设中所占的比重越来越大。由于公路隧道建设周期意图。长，成本高，运营交通量大，使用年限长，因而对其工程质量要求高。而隧道施工隐蔽性大，动态性强，碰到问题复杂，如衬砌厚度不足，存在脱空区，回填不密实，钢拱架间距偏大等缺陷严重降低隧道的承载能力

3、，甚至影响洞室的稳定性。由于隧道施工特点，后期发现问题返工，处理技术复杂，难度大，代价高。因此采取有效的检测技术，把隧道工程质量隐患控制于萌芽状态显得非常重要。传统方法通常是采用钻探取芯等方法，不仅工作量大、效率低、代表性差、成图1典型空洞示意图本高，而且对隧道有破坏，易留下隐患。地质雷达作高频电磁波由天线进入介质中，当电磁波遇到混为一种新的检测技术，由于其具有快速、无损，抗干凝土中的钢筋、孔洞、裂隙或混凝土与空气的分界面扰能力强，探测结果直观方便等无可比拟的优势，成等时，产生反射，并被接收天线所接收。探测目标的为控制隧道施工质量的一

4、种行之有效的物探手段。位置可以由天线的定位系统给出，深度可以由以下公式得出:2地质雷达工作原理和检测方法d=1/2×v×t(1)2.1工作原理式中:d为目标物的深度;v是电磁波在混凝土中的探地雷达检测是一种主要以被检测体内部不同介传播速度;t为电磁波的双程传播时间。因为电磁波质的介电常数差异为基础的物探方法。根据电磁波在的传播时间可以直接在雷达图上读出，所以只要知道有耗介质中的传播特性，地质雷达以宽频带短脉冲的波速，就可以准确的得到目标物的深度。对于介质中1/2形式向衬砌及围岩发射高频电磁波，当其遇到衬砌与的波速，可以由公式v=C/ε

5、得到。其中，C为电围岩、围岩中的空洞或欠密实区等目标体时会反射部磁波在空气中的传播速度(30cm/ns)，ε为介质的介分电磁波，其反射系数由介质的相对介电常数决定，电常数。因此，只要得到准确的混凝土介电常数，就作者简介:廖大刚(1986－)，男，四川内江人，助理工程师，主要从事高速公路试验检测。2013年3期(总第99期)493本期专题可以算出电磁波在混凝土中的传播速度。或通过查找2.2检测方法设计资料、取芯等方法得到一个已知目标物的深度，雷达系统通常包括主机、天线和后处理软件然后由上式反推出电磁波在混凝土中的传播速度。(笔记本电脑)

6、3部分。图2为雷达系统组成示意图。图2雷达系统组成示意图检测过程中，收发一体化天线与隧道衬砌表面密贴，沿测线匀速滑动，由地质雷达主机控制天线发射电磁波，进行连续采集。雷达时间剖面上各测点位置和隧道里程相对应，为确保测点位置的准确，应在隧道两侧每10m作一个标志里程。当天线滑动并对齐某一标志里程时，由仪器员向仪器输入标记信号，并由记录员记录下来。2.3采集参数设置地质雷达设置的采集参数，直接影响到采集数据的质量。天线频率的选择应根据目标体的探测深度及图3测线布置示意图场地的工作条件合理选择。衬砌厚度小，宜选用高频的作用。结合永宁高速隧道

7、工程，采用意大利生产的天线，而对于中长距离探测，宜选用中低频天线。时ＲIS－K2型地质雷达结合1.2GHz高频天线对雷达技窗的选择探测深度及介质介电常数有关，应根据公式术在衬砌质量检测中的应用进行解释。检测项目包含估算，结合现场岩土特性及经验综合考虑，合理选初支钢支撑间距、喷射混凝土厚度、背后空洞情况及择，既要保证采集的深度范围，又要保证数据采集的回填密实度等是否满足要求。质量。波速或介电常数的选择在考虑以往资料的基础3.1工字钢(钢格栅)施工质量上，应结合介质的实际特点，如材料组成，强度等因某隧道拱顶测线0～10m的地质雷达图像(如

8、图素，合理调整，保证检测的精确度和可靠度。4)，该段初期支护设计为Z5－1衬砌类型，工字钢间2.4测线布置距为0.50m，检测结果显示，在拱顶测线上10m范围为了能全面了解隧道衬砌的质量，根据试验结果内的平均间距为0.6