浅议地质雷达在铁路隧道衬砌检测中应用

《浅议地质雷达在铁路隧道衬砌检测中应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、浅议地质雷达在铁路隧道衬砌检测中应用　　摘要：基于地质雷达在隧道检测中的应用,从其原理出发,阐述地质雷达在隧道常见缺陷检测方面的可行性,并通过检测实例证明地质雷达在隧道施工过程中的质量监控能力,有益于地质雷达的推广应用。关键词：隧道；地质雷达；介电常数；脱空；Abstract：Onthebasisoftheapplicationofgeologicalradarintunneldetection,thefeasibilityiselaboratedindetectingthecommonflawoftunnel,

2、proceedingfromtheprinciples.Meanwhiletheinstancesprovethemonitoringabilityofgeologicalradarintunnelconstruction.Itishelpfulforthepopularizationandapplicationofgeologicalradar.Keywords：tunnel；geologicalradar；dielectriccoefficient；hollow；中图分类号：TN95文献标识码：A文章编号：2

3、095-2104(2013)7进入21世纪，随着我国经济迅速发展和科技水平的不断提高，铁路建设对隧道的应用越来越引起人们的重视，并得到迅猛发展。但受诸多因素影响,隧道衬砌混凝土可能会出现空洞、欠密实和欠厚等工程质量问题。为及时发现隧道衬砌混凝土的质量问题,可利用具有高分辨、高效率的地质雷达法进行无损检测。地质雷达工作原理地质雷达是由主机、天线和配套软件等几部分组成，根据电磁波在有耗介质中的传播特性，发射天线向被测介质发送脉冲形式的高频宽带电磁波。电磁波在介质中传播过程中，当遇到存在电性差异的地下目标体，如空洞、分

4、界面时，电磁波便发生反射，返回到接触面时由接收天线所接收。在对接收天线接收到的雷达波进行处理和分析的基础上，根据接收到的雷达波形、强度、双程走时等参数便可推断目标体的空间位置、结构、电性及几何形态，从而到达对地下隐蔽目标物的探测。地质雷达采用非接地性测量，可作快速连续无损检测，能比较直观地表现检测目标物。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。图1.地质雷达工作原理地质雷达工作时，由发射天线（T）向地下介质发射一定中心频率的高频电磁脉冲波，经地下地层或目的体反射后返回地面，被接收天线（R）所接收

5、（见图1）。1.1电磁波行走时间7式中：t—地质雷达记录时间D—探测目的层深度X—发射天线与接收天线的距离V—电磁波在介质中的传播速度当采用的天线为收发一体时X=0，公式可简化为电磁波在介质的传播速度电磁波通常被近似为均匀平面波，其传播速度在高阻介质中取决于介质的相对介电常数即：式中，C—电磁波在大气中的传播速度，约为m/s；ε—相对介电常数，不同的介质其介电常数亦不同常见介质的介电常数值见表1。从表1中可知介质的组成不同，介质的性质也不同，导致了电磁波在不同介质传播中的差异。表1.常见介质的相对介电常数值1.3

6、电磁波反射系数电磁波反射信号的振幅与反射系数成正比。对于地质雷达，发射和接收天线靠的很近，几乎垂直发射和反射，此时入射角趋近与零。因此，反射系数r可表示为：反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差越大，反射信号越强。当两个介质的介电常数相同时，反射系数为0，不发生反射，仅有透射。7现场检测2.1测线的布置及里程标记对于铁路双线隧道而言，现场需要对隧道衬砌的拱顶、左右拱腰（距起拱线1米处）、左右边墙（距轨面2米处）和左右仰拱中心线（见图2）这7条测线进行数据采集。如果是单线隧道仰拱只检测仰拱中心线即可

7、。检测点定位以各隧道施工单位所提供测量为准。为保证点位的准确,在各隧道壁上每5m作一标记,标上里程,当天线对齐某一标记时,由仪器操作员向仪器输入标记,在雷达记录中每5m作一标记。图2.测线断面布置示意图2.2天线的选择用于隧道检测常用的天线，其频率为100MHz~1.5GHz。频率高的天线，精度较高，能量衰减较快，探测深度较浅；频率低的天线，精度相对较低，能量衰减较慢，探测的深度较深．因此，选用天线时，应根据隧道衬砌设计的厚度及检测要求而定。如果建设方不作具体要求，一般采用400MHz的天线。2.3雷达采集参数的

8、选择7现场检测开始前，应该对地质雷达的采集参数进行设定。参数设定的主要内容包括天线频率、天线发射率、记录长度、介电常数和扫描速度等。参数设置的是否合理影响到记录数据的质量，更加关系到后期数据分析的准确性。典型图像分析下面简单的对常见的几种雷达图像进行分析。3.1异常图像在雷达图像分析前，我们首先要掌握所检测隧道衬砌的相关参数，如围岩等级、衬砌厚度和钢筋间距等；其次应根据现