双曲线匹配法在隧道衬砌探地雷达检测中的应用

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1、总第lO期双曲线匹配法在隧道衬砌探地雷达检测中的应用l3双曲线匹配法在隧道衬砌探地雷达检测中的应用张大兵'。(1．中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司，湖北武汉430034；2．桥梁结构安全与健康湖北省重点试验室，湖北武汉430034)摘要：在隧道衬砌的探地雷达无损检测中，选用的雷下衬砌中电磁波的传播速度，精度较高，但是该方法达波速的可靠性直接关系到衬砌厚度的探测精度。比较常需要钻孔，现场操作比较复杂，并且是有损的，所以用的各种标定雷达波速的方法，指出了双曲线匹配法具有方一条长达几公里的隧道衬砌检测往往只有寥寥几个便、可靠、无损、代表性强的特点，比较适合应用于隧道衬砌钻孔数据，难

2、免会出现以点带面、以偏概全的错误，中雷达波速的标定。衬砌中的水分补给和挥发特性使得衬影响探测精度。明洞部分的含水量等受外界环境影砌中的平均雷达波速与深度近似呈线性关系。利用记录剖响显著，在该处反演的速度与隧道内其他部分的电面中不同深度处钢筋绕射双曲线计算的平均雷达波速和双磁波速度差异较大，一般不能直接使用。程反射走时可以计算得到整个衬砌深度内的平均雷达波速。共中心点(CMP)法求速度示意见图1，用分离工程实例表明，双曲线匹配法的可靠性取决于数据记录剖面水平距离标记的准确性和实测段衬砌与速度标定段衬砌中天线相对于某一中心位置对称移动发射天线和接收雷达波速分布的相似性。天线，当收发天线的

3、间距分别为和。时，雷达记录的来自同一界面反射波双程走时分别为t和t。，关键词：隧道衬砌；探地雷达；质量检测；雷达波速；双曲线匹配法然后利用公式一~／；一z}一t}计算衬砌中电磁波的平均速度。该方法可以随时随地地利用地下反射界面求出不同深度的平均速度，但是需要作1引言相对于中心点对称移动收发天线的CMP测量，费隧道二次衬砌的质量直接关系到隧道工程的安时费工，考虑到隧道衬砌的结构类型及检测测线的全使用和耐久性，其中衬砌的厚度又是决定衬砌质空间布置方式，在实际工作中一般采用收发一体化量的关键因素，因此衬砌厚度的检测一直以来都是天线，该方法较少采用。业界十分关心的一个问题。探地雷达以无损、高

4、分辨率、快速方便等优势在隧道衬砌质量检测中得到————————呈—————一I．一R1了广泛的应用。然而，探地雷达采集的数据记录剖面记录的是来自分界面或钢筋等目标体的反射回波的双程走时，为了进一步确定目标体的深度还需要知道雷达波在衬砌中的传播速度。雷达波速决定于混凝土的介电常数，介电常数又受含水量、混凝土材料组成等因素的影响，难以估算，实际工作中往往采用间接的方法来估算雷达波的平均速度。利用已知目标体埋深反演速度，即在隧道衬砌图1共中心点法求速度示意上作雷达短测线测取衬砌界面的反射波走时t，再在测线部位钻孔实际丈量衬砌厚度d，则雷达波在剩余校正和偏移归位等与速度相关的雷达数据衬砌中传

5、播的平均速度一2d／t。基于同样的原后处理方法，利用现有的雷达后处理程序，通过不断理，实际工作中有时也利用隧道进出口已知厚度的调整输入的速度参数直到取得满意的处理效果，此明洞部分来做速度反演。该方法获得的是原位状态时所对应的速度即为整个记录剖面的平均速度。该收稿日期：2012—1O一29作者简介：张大兵(1985一)，男，助理工程师，2008年毕业于武汉大学水利水电工程专业，工学学士，2010年毕业于武汉大学岩土工程专业，工学硕士。14桥梁检测与加固方法要求在整个数据采集过程中天线移动的速度要(图3)，钢筋弧顶的准确位置可结合单道波形图来一致，并且同一数据记录剖面内不同水平位置的雷确

6、定。此外，在雷达数据后处理软件中一般都含有达波速度差别不能太大。此外，剩余校正和偏移归基于双曲线匹配技术的匹配工具，用户只需调整该位等数据后处理效果的好坏取决于人的主观判断，工具使其与钢筋绕射双曲线匹配好，软件会自动计可靠性较差。算从衬砌面层至钢筋顶部的混凝土层中的平均雷达反射系数法和初至波法，二者都只是利用了衬波速。砌表面反射波或空气耦合波、表面滑行波的特征，在水平距离／m速度计算中没有用到来自衬砌内部及底界面的反射信息，因此这两种方法只适于估算雷达波在衬砌表层中的传播速度，而且其值一般比衬砌内的平均雷达波速大。2双曲线匹配法计算平均雷达波速2．1双曲线匹配法的原理在探地雷达检测过

7、程中天线向介质中发射能量时所用的波束宽度比较宽，以至于在天线到达目标图3钢筋绕射双曲线体正上方之前就能够探测到目标体，对钢筋等柱状目标体来说，其在雷达图像记录剖面上的反射波同无论采用式(1)直接计算还是利用雷达后处理相轴就呈绕射双曲线形。双曲线法示意如图2所软件自动匹配，都需要知道钢筋绕射双曲线在水平示，在钢筋正上方的反射波双程走时为t在偏离正方向的尺寸，为了保证速度计算的精度，检测工程中上方处的反射波双程走时为t，设钢筋的直径天线移动的速度要均匀，水平距