浅谈地质雷达在铁路隧道衬砌检测中的应用

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1、浅谈地质雷达在铁路隧道衬砌检测中的应用摘要：基于地质雷达在隧道检测屮的应用，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,thefeasibilityiselaboratedindetectingthecommonf1awoftunnel,proceedingfromtheprinciples

2、・Meanwhiletheinstancesprovethemonitoringabilityofgeologicalradarintunnelconstruction.Itishelpfulforthepopularizationandapplicationofgeologicalradar.Keywords：tunnel；geologicalradar；dielectriecoefficient；hollow；中图分类号：TN95文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)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

3、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屮的传播特性，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日标体，如空洞、分界面时，电磁波便发生反射，返回到接触面时山接收天线所接收。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H

4、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，釆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（见图Do1.1电磁波行走时间式中：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—电磁波在介质屮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

5、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—电磁波在人气中的传播速度，约为m/s；£—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lo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屮的差异。表1.常见介质的相对介电常数值1・3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，儿乎垂直发射和反射，此时入射角趋近与零。因此，反射系数r可表示为：反射信号的强度主耍取决于上、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

6、0,不发生反射，仅有透射。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。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，山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lOOMIIz〜1.5GIIZ。频率高的天线,精度较高，能量衰减较快，探

7、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，选用犬线时，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雷达采集参数的选择现场检测开始前，应该対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，我们首先要学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

8、现场记录，