地质雷达技术在隧道隐蔽工程检测中的应用

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1、地质雷达技术在隧道隐蔽工程检测中的应用　　中图分类号：TU74文献标识码：A　　1引言：　　隧道工程修建在山体中，因施工不善或受外界环境的影响，往往会出现各种病害，可能会出现衬砌表面开裂、衬砌背后空洞等病害，通常这些病害会影响隧道的正常使用，甚至于造财产损失和成人员伤亡。由于隧道工程是隐蔽性工程，因此需要一种有效、快速、无损的方法和手段进行检测[1]。本文结合具体应用实例介绍了地质雷达技术在隧道隐蔽工程中无损检测中的应用。　　2原理介绍　　地质雷达（GroundPeratingRadar,简称GPR）作为一种无损检测技术(Non-Destructiv

2、eDetection)，自上世纪70年代开始应用至今已有30多年的历史，在工程各个领域都有重要的应用，主要解决场地勘查、线路选择、工程质量检测、病害诊断、地质超前预报和地质构造等问题。　　地质雷达是利用高频电磁脉冲波的反射探测目的体及地质现象。其探测过程如下：地质雷达通过发射天线向地下发射高频电磁脉冲，此脉冲在向地下传播过程中遇到地下介质分界面时会产生反射[2]。反射波传播回地表后被接收天线所接收，并将其传入主机进行记录和显示，每一测点接收到一道雷达波形，一条测线上全部测点的雷达波形排列在一起，形成完整的雷达剖面，经过资料的后处理[3]，进行反演解释

3、便可得到地下地层或目的体的位置、分布范围、埋深等。　　　　图1隧道衬砌检测典型剖面图　　3隧道隐蔽工程检测的条件及仪器设备　　(1)地质雷达检测隧道的地球物理条件利用地质雷达技术检测隧道质量的项目主要包括:　　①二次衬砌厚度检测;　　②衬砌层与围岩之间的密实情况和是否存在危及隧道安全的空洞;　　③衬砌层内钢拱架、钢筋(网)的分布情况等。隧道衬砌的混凝土、钢筋、空洞(空气或水)以及岩体之间存在明显的电性差异,这导致雷达波在不同介质里的传播速度不同，这就为使用地质雷达技术检测隧道的上述项目提供了探测的前提条件。　　(2)仪器设备　　目前国内常见的投入野外

4、生产的地质雷达,主要有瑞典的REMAC系列、美国的SIR系列、加拿大的EKKO系列等。这些不同型号的雷达,其主要功能用途也不一样,有的用于超前地质预报,有的用于裂缝深度检测,还有的用于公路厚度检测。从90年代末开始,我们先后使用国外先进地质雷达对公路、铁路、水利等各类隧道进行了大量的无损检测工作,取得了很好的效果。这两种仪器均采用先进的硬件仪器及数字处理软件,适用于各种型号的微机[4]。采集数据在天线端口即被数字化,成为真正的数字信号采集系统，探测的深度范围可达2.5m左右,完全可以满足隧道隐蔽工程质量无损检测的需要(图2，图3)。　　　　图2地质雷

5、达检测衬砌厚度工作原理图　　　　图3地质雷达检测空洞原理图　　　　3.1衬砌厚度检测　　地质雷达检测技术采用了先进的连续透视扫描无损探测技术，探测精度比传统检测方法高，且又是连续扫描，可获得隧道探测的连续信号[5]。如图4是衬砌厚度示意图。从图中可以看到，由于衬砌是由混凝土组成，衬砌和围岩是由不同的物质材料构筑而成，不同介质有不同的结构特征，与混凝土相比，围岩内部结构较复杂，因而围岩中内反射波明显，混凝土内部反射波较少。内部反射波的高、低频率特征明显不同，这是区分不同物质界面的依据。　　　　图4衬砌厚度检测示意图　　1.2钢筋数量检测　　隧道衬砌结构

6、所使用钢支撑及钢筋网均属于良性导体，当雷达波从介质入射到导体表面时，由于金属导体中电磁波速为零，不能传播。钢筋对于电磁波的能量几乎全部都反射回来，反射系数近乎为1，反射极强。应用高频天线探测，钢筋形成清晰的反射弧[6]，因此能够可靠地检测出钢筋数量。图4是钢筋数量检测示意图，从图中我们可以清晰的判断出钢筋的数量和位置。　　　　图5钢筋数量检测示意图　　7结语　　截止2012年底，我国公路隧道总长度已达900多万米，随着我国公路隧道规模不断的增加，对隧道工程质量的要求也会越来越高，迫切需要一种快捷、准确的科学手段检测隧道工程质量，而采用无损检测是大势所

7、趋。地质雷达作为一种新型的高分辨率无损检测技术,在隧道工程建设中越来越发挥出重要的作用,它具有快捷、安全、方便等特性,有着很大的发展潜力。地质雷达在隧道质量检测中,需要有一定的技术要求和经验知识,只有掌握了这些要求和技能,并积累了丰富的经验知识,才能最大限度地发挥出地质雷达的长处,更好地进行隐蔽工程的检测。