地质雷达在隧道衬砌无损检测中应用

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1、地质雷达在隧道衬砌无损检测中应用　　摘要在隧道衬砌无损检测中，地质雷达技术相对其他地球物理方法具有高效性和直观性，并且已经成为目前隧道衬砌无损检测中的主要手段。本文系统的介绍了地质雷达检测工作流程，总结出了一些隧道内典型内部缺陷的雷达映像特征规律，并结合兰新铁路第二双线某隧道的检测结果，验证了地质雷达技术在隧道无损检测中的应用效果，为隧道衬砌无损检测工作具有一定的参考意义。关键字地质雷达技术隧道工程无损检测中图分类号:U45文献标识码：A文章编号：1引言随着高速铁路的飞速发展，国家越来越重视铁路设计和施工的质量

2、，尤其是隧道工程。由于受施工工艺的限制，隧道在施工过程中衬砌会产生一些缺陷，比如，混凝土层不密实，二次衬砌背后脱空等等[1]。地质雷达在铁路隧道衬砌检测方面具有快速、直观、连续无损、高分辨率等特点，是目前隧道质量检测中应用广泛的一种方法。2地质雷达检测技术的原理自上世纪70年代开始至今，地质雷达（Ground7PenetratingRadar,简称GPR）作为一种无损检测技术(Non-DestructiveDetection)，应用在铁路工程中的各个领域，主要解决场地勘查、隧道工程质量检测、铁路病害诊断等问题[

3、2-3]。地质雷达是利用高频脉冲的电磁波，由地面通过天线发射器发送至地下，经过地下目的体或地层界面反射后返回地面，并被雷达天线接收器接收，通过处理和解释接收到的雷达信号，得到解释剖面，从而探测目标体。图1是地质雷达检测原理的示意图。图1地质雷达检测基本原理3地质雷达检测工作流程地质雷达检测工作流程包括数据采集，处理、解释以及结果评价。在检测过程中，检测人员需要采用规范的工作流程，才能降低主观因素检测结果的干扰，从而减少对检测结果的误判。下面将分别介绍地质雷达的检测工作流程。3.1采集3.1.1采集前准备工作在实

4、际采集过程中，地质雷达检测工作主要是对隧道衬砌以及隧底部位进行检测。如图2所示。在开展工作前，检测人员需要进入隧道进行采集前的工作准备，主要工作是：图2隧道衬砌立体示意图7察看隧道内的基本情况，尽量移出隧道内障碍物；记录初期支护和二次衬砌的设计厚度，钢筋与钢拱架的设计间距等支护参数；在检测范围内的隧道左右边墙上正确标记相应的里程；一般地，按照如图3所示的测线布置位置图布置8条测线；连接设备，调试设备的主要参数，包括记录长度，测量方式以及增益等。图3隧道横断面雷达检测的测线位置示意图（红圈表示测线的位置）3.1.

5、2标定介电常数介电常数的标定是数据采集的一个重要步骤。如果已知混凝土砼厚度，同时，在雷达映像图上又能够分析出该厚度对应的反射波的双程旅行时，就可以计算出该混凝土砼的相对介电常数，其计算公式如下：（1）式（1）中，表示相对介电常数，表示标定目标体的实测厚度（m），表示雷达波记录上的双程旅行时（ns）。7由于隧道内衬砌的形成时间不同，导致隧道衬砌内混凝土砼的介电常数不均匀，那么就要求尽可能多选择几处位置来标定介电常数，并将几组结果取平均值作为介电常数的最终标定结果[4-5]。3.1.3数据采集在采集数据的过程中，天

6、线要尽可能绕开干扰源，如金属物和水等等，以此降低对数据质量的影响。在天线移动过程中，随时记录天线所在位置的现场情况，如金属物（钢筋、铁板等）、水，以及特殊标记里程等等。天线的移动速度要与雷达的扫描速度尽可能一致，即天线尽量保持匀速移动状态。3.2雷达数据处理与资料解释过程3.2.1数据处理数据处理的步骤主要有整理标记、切除废道、测线方向调整、零点校正、文件头编辑、水平距离归一化、谱分析、垂直滤波、水平滤波、反褶积，以及调节增益等等[6]。3.2.2资料解释根据对实际资料的处理后的映像剖面分析，总结出了一些隧道内

7、典型内部缺陷的雷达映像特征规律，规律如下：①混凝土砼脱空与围岩空洞在雷达映像上，混凝土砼界面反射信号强，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，分别如图4和图5所示。②混凝土砼不密实7在雷达映像上，混凝土砼界面的强反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续，较分散，如图6所示。③厚度不足与围岩欠挖在雷达映像上，混凝土砼界面的强反射信号同相轴呈凸形，且不连续，凸起部位与相邻部位的时差较大，如图7所示。④钢拱架在雷达映像上，存在分散的月牙形强反射信号，如图8所示。⑤钢筋网在雷达映像上，存在连续的小双曲线

8、形强反射信号，如图9所示。图4混凝土砼脱空图5围岩空洞图6混凝土砼不密实图7厚度不足与围岩欠挖图8钢拱架图9钢筋网4实际应用7兰新铁路第二双线或称兰新客运专线为国家《“十二五”综合交通体系规划》中的交通网络重点工程，全长1776公里，2009年8月由国家发改委批复，并于同年11月正式开工建设，设计时速200km/h以上。本文以兰新铁路第二双线某隧道的检测结果为例，验证了地质雷达技术在隧