地质雷达在隧道工程质量控制中的应用

总第1O期地质雷达在隧道工程质量控制中的应用17地质雷达在隧道工程质量控制中的应用熊桂仙(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实验室，湖北武汉430034)摘要：地质雷达质量检测是控制和消除隧道工程质量和安全隐患的有效手段，目前已在隧道工程质量控制中广泛应用。在隧道工程质量控制中，地质雷达主要检测内容包括衬砌厚度、衬砌背后回填密实度、钢筋和钢架分布、初支背后围岩情况等。介绍地质雷达现场检测过程的实施要点，介电常数、测量时窗及天线频率等关键性参数的确定以及数据处理和解释措施，并以铁路隧道为例总结了地质雷达质量检测结果评定标准。关键词：隧道；地质雷达；质量检测1前言地质雷达是隧道工程质量控制的有效检测手图1初支超挖，片石回填段，已广泛应用在隧道建设过程，其检测过程方便、检测实效性强、检测结果直观明确，能及时发现施工腿部悬空；用2根钢筋代替工字钢，然后喷上混凝质量缺陷情况，为现场处治并采取加固措施消除隐土；缺少纵向连接钢筋。患提供依据。本文主要介绍地质雷达在隧道工程质(3)仰拱。仰拱欠挖严重，不按设计要求施做量检测过程中的应用实施要点及检测结果评定仰拱，甚至不做仰拱直接做1层顶板；片石混凝土代标准。替混凝土；不按设计要求安设钢架和钢筋。(4)喷射混凝土。对于超挖区域，在钢架内侧贴上石棉瓦，表面喷射混凝土；对塌腔空洞石棉瓦遮2隧道施工质量隐患盖区域不注浆。初期支护喷射混凝土厚度不足，喷隧道工程属于地下工程，具有施工程序多、内容射混凝土强度不足(图2)。复杂、隐蔽性强等特点，由于建设管理手段不足，施(5)二衬。二衬混凝土厚度不足，特别是对于工不规范等原因，导致施工过程中出现许多质量问I～Ⅲ类欠挖较多的围岩区域；二衬不按设计要求题，使隧道结构和线路的安全运营存在严重隐患。进行背后注浆。而且由于隧道结构的特点和工程的时效性，绝大部如何控制和消除这些质量和安全隐患，是施工分后一道工序是在前一道工序的基础上立即进行，管理和质量控制的重点。隐蔽部分较多，如果内在质量出现问题，事后很难发现，并且难以采取措施补救，特别是隧道开挖和衬砌3地质雷达及其检测内容施工过程，这里总结了如下几点。(1)开挖。暗洞开挖欠挖，导致断面尺寸不足；地质雷达是一种电磁探测技术，利用电磁波的超挖不按要求回填，超挖回填片石(图1)。穿透能力，发射高频宽频带电磁脉冲波，通过接收反(2)工字钢。工字钢间距不满足设计和施工规射回波信号，根据其延时、形状及频谱特性等参数，范要求；工字钢长度不按照设计长度做，导致工字钢解译出目标深度、介质结构及性质。收稿日期：2O12—1O一25作者简介：熊桂仙(1961一)，女，助理工程师，1985年毕业于武汉铁路桥梁学校铁道桥梁专业。 l8桥梁检测与加固线位置，规定以面向线路大里程为准。5检测中的关键性问题5．1介电常数确定介电常数是确定衬砌厚度和缺陷深度的关键参数，检测过程中采取如下措施确保介电常数的正确获取：检测前先对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定，每座隧道至少1处，有条件的隧道可以多做，而且每处不少于3次，取平均值为该座隧道的介电常数或电磁波速。一般可在洞口、避车洞等已知衬砌厚度的位置，实测其双程走时和厚度，按公图2初支超挖，背后空洞式换算便可得到衬砌混凝土电磁波速。5．2测量时窗确定目前，在国内应用较多的雷达有：SIR系列、根据检i=贝0的目标体深度确定采样窗口的大小，PulseEKK()系列、RAMAC／GPR型、爱迪尔CBS并比实际测量范围大1／3左右，便于后期解释。例地质雷达；地大GR地质雷达；骄鹏(GeoPen)I．TD如400MHz天线进行衬砌质量检测，拱墙厚度为地质雷达等。根据隧道衬砌设计情况和检测目的，0．3～O．5m，测量时窗可设定为20～3Ons，仰拱检雷达天线中心频率可在100～1000MHz范围测厚度为1．0～]．5ITI，测量时窗可设定为50I1S。选择。5．3天线频率选择在隧道工程质量控制中，地质雷达主要检ijn,4内根据拟探测的深度来选定天线的频率。高频天容包括：衬砌厚度、衬砌背后回填密实度、钢筋和钢线发射雷达波主频高，分辨率高，精度较高，能量衰架分布、初支背后围岩情况等。减较快，探测深度较浅；低频天线发射雷达波主频低，分辨率低，精度相对较低，能量衰减较快，探测深度较深。若选用400500MHz的工作天线，它的4地质雷达现场检测波长约为20~30cm，检测厚度为0．3～0．5m的衬质量检测以纵向布置测线为主，单线或双线隧砌有足够的分辨率，并可达到2cm左右的探测精道一般布置6条测线：拱顶l条、拱腰2条、边墙2度，可探测约2．5m深；为探测深于3～5m的塌方条、仰拱1条。具体实施方案如下。情况，则需改用1()0～200MHz天线。(1)检测前检查天线和主机运行情况，先在边墙位置进行试测，调整好系统增益。6数据处理和解释措施(2)事先在隧道两侧边墙上每5m或10m问隔打上标记，同时记录电缆、施工机具、避车洞等信雷达数据处理和解释是衬砌质量检测的重点，息，便于后期资料解释和分析。通过雷达资料的正确解释，才能得到衬砌厚度、缺陷(3)检测开始前，确保检测台架安全可靠，对检位置等结果。隧道结构缺陷异常往往相差较远，检测配合人员进行技术交底，特别是司机、天线滑动测过程天线移动也常会遇到渗水、电缆、铁架等异常人员。体，这些都会使雷达波形产生变化，而且地质雷达资(4)检}贝0中天线紧贴于隧道衬砌表面，并沿测料解释也无标准图谱可以参考，如何在复杂的地质线连续滑动。雷达测试数据中，分析缺陷位置得到准确的衬砌厚(5)天线滑行速度3～5km／h，即行进速度约1度就成了雷达检测工作的重点和难点。本文鉴于众m／s。多项目的实践总结了如下地质雷达资料解释措施。(6)检测中采用打标的方式进行雷达检测信息(1)混凝土结构检测用的都是单体天线，即发的里程定位。射器和接收器合于一体。天线在1．5～2．0倍中心(7)一般情况每100m保存1个文件，记录测频率值的频率范围内发射能量，并用其中心频率值