隧道衬砌质量检测

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1、2005年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会隧道衬砌质量检测吴波鸿白雪冰孔祥春一、工程概况北京鑫衡运科贸有限责任公司工程检测部于二○○五年三月十一日至二十一日对某公路隧道的衬砌，进行无破损法检测，目的是检测二衬结构的厚度、衬砌内部及背后缺陷分布情况。因本次检测的具体情况，经业主单位研究协商，确定本次检测在隧道内布设5条雷达纵测线，进行全线检测.二、工程地质、水文地质概况隧道东线出口段K79+816~K82+816段3000m、续建段K74+280~K75+180段900米以及西线YK73+83

2、5~78+335段4500米隧道穿越地段岩性以含绿色矿物混合花岗岩和混合片麻岩为主，间夹蚀变闪长岩，霏细岩及花岗伟晶岩脉。以上三段隧道共穿越大小断层13条，围岩类别变化频繁，地质结构复杂、通风排烟困难、岩爆频繁是本工程的特点和难点。三、检测内容及标准1、检测内容：(1)探地雷达检测二次衬砌厚度和衬砌内部及背后缺陷；(2)初衬内部及背后缺陷；2、检测标准:(1)铁路隧道工程质量检验评定标准，TB10417－98；(2)铁路混凝土与砌体工程施工及验收规范，TB10210－97；(3)混凝土结构工程质量验收规

3、范，GB50204－2002；四、测线的位置测线共五条，纵向布置在隧道衬砌表面，具体见以下示意图。五、检测仪器设备基本原理地质雷达与探空雷达相似，利用高频电磁波（主频为数十至数百乃至数千兆赫）以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线传入地下，经地下地层或目的物反射后返回地面，被另一天线接收。脉冲波旅行时间为T。当地下介质的波速已知时，可根据测到的准确T值计算反射体的深度。雷达系统的基本部分如下图：北京鑫衡运科贸有限责任公司BEIJINGXINHENGYUNSCIENCE&TRADECO.,LTD.2005年地

4、质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会电磁波的传播取决于物体的电性，物体的电性主要有电导率μ和介电常数ε，前者主要影响电磁波的穿透(探测)深度，在电导率适中的情况下，后者决定电磁波在该物体中的传播速度，因此，所谓电性介面也就是电磁波传播的速度介面。不同的地质体(物体)具有不同的电性，因此，在不同电性的地质体的分界面上，都会产生回波。地层孤立体地质雷达在勘查中的基本参数描述如下：1.电磁脉冲波旅行时式中：z—勘查目标体的埋深；x—发射、接收天线的距离（式中因z>x,故X可忽略）；v—电磁波在介质中的传

5、播速度。2.电磁波在介质中的传播速度式中c—电磁波在真空中的传播速度（0.29979m/ns）;—介质的相对介电常数，—介质的相对磁导率（一般）3.电磁波的反射系数电磁波在介质传播过程中，当遇到相对介电常数明显变化的地质现象时，电磁波将产生反射及透射现象，其反射和透射能量的分配主要与异常变化界面的电磁波反射系数有关：式中r—界面电磁波反射系数；—第一层介质的相对介电常数；—第二层介质的相对介电常数。4.地质雷达记录时间和勘查深度的关系北京鑫衡运科贸有限责任公司BEIJINGXINHENGYUNSCIEN

6、CE&TRADECO.,LTD.2005年地质雷达技术及其在工程检测中的应用学术研讨会式中z—勘查目标体的深度；t—雷达记录时间。测试方法：由于不同频率天线的测深能力不同，频率越低，探测深度越大。此次检测的有效深度在3米以内，查找空洞、不密实体和脱空等，由于二衬，初衬及围岩的介电常数不同，且变化较大，选择500M天线是适宜的。综合场地的特点，我们选择CUII主机,500兆屏蔽天线.采样频率为7300,样点数为480,65ns的采集时窗，自动迭加，时间触发测试方式，时间间隔为0.1～0.3秒。六、数据处理

7、和解释探测的雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录，以波形或灰度显示探测雷达剖面图。地质雷达探测资料的解释包括两部分内容，一为数据处理，二为图象解释。由于地下介质相当于一个复杂的滤波器，介质对波的不同程度的吸收以及介质的不均匀性质，使得脉冲到达接收天线时，波幅减小，波形变得与原始发射波形有较大的差异。另外，不同程度的各种随机噪声和干扰，也影响实测数据。因此，必须对接收信号实施适当的处理，以改善资料的信噪比，为进一步解释提供清晰可变的图像。对于异常的识别应结合已知到未知，从而为识别现场探测中遇到的有限目的体

8、引起的异常，以及对各类图像进行解释提供了依据。图像处理包括消除随机噪声压制干扰，改善背景；进行自动时变增益或控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波，进行滤波处理除去高频，突出目的体，降低背景噪声和余振影响。图像解释是识别异常，这是一个经验积累的过程，一方面基于地质雷达图像的正演结果，另一方面由于工程实践成果获得。只有获得高质量的地质雷达图像并能正确的判别异常才能获得可靠、准确的地质解释结果。识别干扰波及目标体的地质雷达图象特征是进行地质雷达图像解