地质雷达法在质量检测中的应用

1地质雷达法检测原理

地质雷达检测隧道衬砌质量是基于衬砌混凝土与钢拱架、钢筋、衬砌背后超挖回填空隙、空洞等以及密实的混凝土与衬砌背后围岩的电性差异来实现的。将地质雷达的发射天线和接收天线密贴于衬砌表面，雷达波通过天线向下传播，当经过这些界面时都会发生不同程度的反射、折射和散射，并产生不同程度的能量吸收和衰减，集中反映在波形和波阻特征变化上。分析研究反射波的特征差异来判断衬砌背后空隙、空洞、钢筋等的形态，就可以揭示衬砌结构特征及病害缺陷，并计算其埋藏深度及确定其位置。地质雷达的探测效果主要取决于不同介质分界面的电性差异的大小，即介质层间介电常数差异越大，则探测效果越好，介质异常在雷达剖面上反映也就越明显，从而易于识别。

2工程概况

依托工程的隧道最大埋深约33m，内轨顶面以上净空面积为92m2，曲线地段不考虑加宽，全隧线间距4.6m。隧道进口里程为GDK208+168，出口里程为GDK208+345，全长177m。隧道内纵坡为单面坡，坡度为－12.4‰。隧道进口GDK208+168—GDK208+189.05段位于Ｒ=20000m的竖曲线上。全隧道暗挖段均为Ⅴ级围岩，长106m，采用三台阶临时仰拱法及CＲD法施工和复合式衬砌。进口洞门长27m，明洞长10m;出口明洞长5m，洞门长10m。洞门及明洞采用明挖和复合式衬砌。地质雷达无损检测的主要内容有隧道的仰拱、衬砌的厚度、背后回填密实情况及钢架、钢筋的分布情况。本次共完成隧道雷达检测1140测线米，代表140成洞米。

3隧道衬砌现场检测

3．1检测仪器

目前，美国GSSI公司生产的SIＲ－3000型便携式探地雷达［3］应用范围较广，可以应用于高速公路快速检测、钢筋、混凝土缺陷检测、深层地质水文探测、市政管线及地下空洞调查及隧道衬砌及超前预报探测等。检测仪器即采用SIＲ－3000型便携式探地雷达。

3．2测线布置

根据《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》规定，结合现场实际作业条件，本次检测沿隧道纵向连续检测，共布设3条测线:隧道左右底板、右边墙各1条。

3．3现场检测步骤

(1)天线的选择:针对本次隧道衬砌检测的具体情况，从分辨率、穿透力等方面综合衡量，确定使用400MHz天线。(2)对现场衬砌混凝土的介电参数(或电磁波速)进行标定，并确定时间窗、扫描样点数等采集参数。(3)天线紧贴衬砌表面，并沿测线连续滑动。(4)检测天线滑行应移动平稳，速度均匀，移动速度控制在3～5km/h之间。(5)每隔10m打一个标记，每50m打双标。(6)随时记录可能对检测产生电磁影响的物体(渗水、电缆、铁架等)及其位置。

4数据处理分析与解释

4．1数据处理流程
采用ＲANDAN专用数据处理软件对所探测的雷达数据进行处理。

4．2数据分析与解释

(1)衬砌背后空洞及密实度的主要判定依据［4］。①密实度:反射波信号幅度较弱，甚至没有界面反射信号;衬砌界面的强反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续，较分散。②脱空(空洞):衬砌界面反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大。(2)衬砌内部钢筋、钢架数量及分布判据:①钢筋:连续的小双曲线形强反射信号。②钢架:分散的月牙形强反射信号。

5缺陷等级评定与检测结果

5．1缺陷等级

根据《铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定》铁运函［2004］174号文评定依据:(1)隧道衬砌存在缺陷及病害时，为了病害整治与工程质量评定的需要，可按隧道衬砌缺陷与病害项目以及严重程度划分为轻微(1级)、较严重(2级)、严重(3级)、极严重(4级)四个等级。(2)隧道衬砌厚度及混凝土强度缺陷的量化指标［5］，应符合表2规定。表2中:q—设计衬砌混凝土强度;q1—检测断面衬砌混凝土测点平均强度;h—设计衬砌厚度;h1—检测衬砌厚度，当衬砌混凝土存在内部缺陷时，检测衬砌厚度换算为有效衬砌厚度，即将检测衬砌厚度减去内部缺陷削弱的部分厚度;Lc—检测衬砌厚度不足地段的测线连续长度;Lq—检测衬砌混凝土强度不足地段的连续长度。检测衬砌厚度当相邻测线三条及以上均连续不足时，其缺陷等级应提高等一级。检测断面衬砌混凝土的最低强度当低于平均值的0.85时，其缺陷等级应提高一级。(3)隧道衬砌背后有空洞或回填不密实、基底不密实的量化指标应符合表3规定。表3中:KLc—衬砌背后回填有空洞地段测线连续长度;SLc—衬砌背后回填不密实地段的测线连续长度;DLc—基底不密实地段的测线连续长度。

5．2检测结果

隧道的雷达扫描图像对照衬砌设计参数表，经数据分析，该隧道共完成雷达检测1140测线米，代表140成洞米。其中有7处存在不密实、空洞现象，衬砌厚度符合设计要求，9处钢筋数量不足。

6结语

通过对地质雷达无损检测法检测原理出发，结合某铁路隧道阐述了地质雷达技术在隧道仰拱、衬砌检测中的具体应用黑龙江职称，为严格控制隧道施工的质量，及早发现隧道隐蔽工程的病害，并采取加固措施消除隐患提供了依据。在具体进行地质雷达检测时，要结合具体的工程实例分析，以便得到更加科学的检测结果。

作者：崔景亮 单位：中铁隧道集团有限公司工程试验中心

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