雷达技术在公路隧道衬砌质量检测中应用

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1、雷达技术在公路隧道衬砌质量检测中应用　　【摘要】在地质构造复杂多变、沟谷切割强烈，地质灾害严重的地区修建高等级公路，由于公路隧道具有环保、耕保、径捷、美观等特点而被公路设计部门所采用，同时，也因其具有施工难度大、安全风险大、投资相对高等因素被列入公路工程的控制性工程之一。本文笔者通过多年实践工作经验得出采用雷达技术检测公路隧道衬砌质量，检测记录图象清晰、直观、信息丰富，结合数据后处理软件、实际的施工工艺和地质情况作综合分析计算，检测结果精度高、质量可靠、工作效率高，检测方法技术完全满足《公路工程质量检验评定标

2、准》的要求。【关键词】雷达技术；原理；方法；数据处理；案例分析前言7作为隧道支撑或受力的衬砌，衬砌质量的好坏直接关系到隧道的使用寿命、交通安全和营运效益，乃至社会影响。为此，交通部《公路工程质量检验评定标准》中明确规定了隧道混凝土衬砌和钢支撑支护等多项检验评定的实测项目和允许偏差，采取选择一定频数的断面，采用凿孔检测方法评定衬砌质量，这种检测手段虽然满足了《标准》规定的要求，但是，由于检测方法本身存在一定的破坏性、随机性、偶然性，不能较客观的全面反映隧道衬砌质量（如衬砌的混凝土厚度、钢支撑支护的排列间距、衬砌

3、的密实度、衬砌与围岩的浇结密实情况等），同时尚存在工作效率低下的现象。地质雷达法不仅能够检测衬砌厚度不足和背后空洞等主要质量缺陷，而且还可以检测钢架、钢筋间距过大、数量不足、混凝土内部脱空等质量缺陷，是隧道结构进行无损检测的主要方法。因此，利用地质雷达探测技术检测隧道衬砌质量，获得了越来越广泛的应用。1雷达技术的探测原理7雷达技术是一种采用新兴的地下探测与混凝土建筑物无损检测新技术，是目前国内外用于检测混凝土内部缺陷最先进、最便捷的仪器之一。它是利用高频电磁波在地下媒质中的传播和反射特性进行地下目标体或界面的

4、探测和定位分辨。天线屏蔽干扰小，探测范围广，分辨率高，具有实时数据处理和增强信号的功能，可进行连续透视扫描，现场实时显示二维彩。它以无载波高速脉冲（电磁波）作为探测目标体的信号源，其脉冲参数因目标探测要求而定，用宽带天线将高速脉冲转换成脉冲电磁波进行辐射，一部份经发射天线直接到达接收天线形成直达波，可用作地下目标体深度的参考；一部份向地下媒体传播，当遇到地下目标体或不同媒质界面时产生反射，反射的电磁波经地表到接收天线形成反射波，反射波相对地表反射的直达波出现的时间是电磁波从地表到目标体再从目标体到地表传播的时

5、间。当电磁波在地下传播的速度已知时，即可求出地下目标体或地下界面的深度。并且反射波带有地下目标体或地下媒质的性质信息，通过对记录数据的处理和对反射波曲线进行分析，即可确定地下目标体的性质特征。地质雷达通过雷达天线对隐蔽目标体进行全断面扫描的方式获得断面扫描图像，其工作原理是：雷达系统利用天线向目标体发射宽频带高频电磁波，当电磁波信号在目标介质内部传播遇到介电差异较大的介质界面时，就会发生反射、透射和折射。雷达探测系统由脉冲发生器、发射天线、采样接收与模数转换部份和主控制器（数据采集和处理）四个部份组成。2探测

6、方法2.1剖面布设原则依据公路隧道衬砌的质量要求，结合路基宽度，确定剖面的数量。剖面一般沿隧道走向布设3～5条（见下图），剖面长度与隧道长度一致，便于连续观测。2.2探测参数的选择2.2.1天线中心频率。（1）按分辨率选择：若要求垂直分辨率为X米时，天线中心频率，在满足分辨率要求的前提下，工作中尽量选择频7率低的天线，以满足探测深度的要求。其中一般取值为6。（2）按探测深度选择：探测深度（D）同媒质的视电阻率（ρ）及天线的中心频率（f）间的函数关系以为依据进行估算。2.2.2时窗的选择：按探测深度（D）同电磁

7、波在媒质中的传播速度（V）及时窗（tw）的关系式来表示。时窗用时间毫微秒（ns）数表示探测深度的范围。2.2.3天线移动速度：扫描率一般取8，天线宽度视所用的天线而定，目标大小按探测深度而定。2.2.4采样间隔：按天线中心频率（f）与采样间隔（△t）间的关系式计算。2.2.5发射脉冲频率的选择：发射脉冲频率、每扫描样品数和扫描率三者的关系为：2.2.6增益选择原则：在不知探测目标埋深时，增益选择成指数增益，以抵消电磁波随深度作指数衰减的影响；若大致知晓目标体深度时，在该深度处的增益应选择大一些。72.3探测方

8、法首先根据剖面布设原则布设剖面，并在剖面上每5～10米作好里程标记，便于观测记录和确认异常位置，以提高探测解释精度。同时作好选择合适的天线频率、观测时窗、采样间隔、移动速度等参数的设置，采用连续扫描探测法或指数增益检测法沿剖面探测，获取实时彩色显示剖面图像。探测过程中注意标记位置的一致，便于异常位置与实地位置的对应。7特征波是指强振幅，可长距离连续追踪，且波形稳定的反射波。它们一般是不同介质分界面的