最新地质雷达在隧道工程质量检测中应用的若干技术问题ppt课件

地质雷达在隧道工程质量检测中应用的若干技术问题 随着国家陆路交通的不断发展，铁路公路隧道的数量也在逐年增加，同时在运营过程中暴露出来的隧道病害也在连连告急。这就需要一种高效的能够对隧道衬砌质量进行全面快速的检测方法来适应这种发展，使隧道病害能够提前得到治理。地质雷达检测方法可以对隧道衬砌混凝土厚度、密实性、脱空等进行快速检测，它不仅克服了传统上以点盖面的只靠目测和打孔抽查来对隧道质量进行不全面检测的缺点，而且是一种采用高科技手段，以其高分辨率和高准确率、能快速、高效的进行无损检测的方法，在隧道工程质量检测中得到广泛的应用。前言虽然地质雷达在隧道工程质量检测中得到了广泛的应用，但就检测过程中所要特别注意的问题（雷达波速的标定、地质雷达天线频率的选择、地质雷达图像的定位等问题）、检测设备所存在的问题（地质雷达天线的轻型、小型化以及隧道检测专用检测车的设计等问题）、后处理问题（缺陷中空洞的准确定位、标准图谱库的建立、检测结果的快速及可视化等问题）等均有待进一步得到解决。以下就上述问题开展一些讨论。 波速标定问题1.2间接法（雷达宽角速度测量法）从图11可知波谱图像中抛物线的形成原因，在图中可任取两个点对速度进行拟合。由其关系可推导出速度拟合公式如下：式（2）图11抛物线成因示意图 波速标定问题1.3混凝土龄期对雷达波速的影响问题由相关文献知：利用地质雷达技术检测混凝土内部缺陷体时，混凝土龄期越短，探测缺陷体的效果越好。这就说明随混凝土龄期的不同，其介电常数是有差异的。从而提出龄期对雷达波速有影响的问题。 地质雷达天线频率的选择问题频率高的天线发射雷达波主频高、分辨率高、精度较高、能量衰减较快、探测深度较浅；频率低的天线发射雷达波主频低、分辨率低、精度相对较低、能量衰减较慢、探测的深度较深。各频率天线详见表1、图12所示。图12RAMACⅡ型地质雷达各频率天线序号天线(MHz)土壤中(m)岩石中(m)备注12525402502030310012204200815525051065003.55780023.5810001.53表1不同天线的穿透深度 地质雷达天线频率的选择问题表2检测厚度与天线频率选择对照表序号探测目标及深测深度（cm）天线频率（MHz）备注1喷混凝土（10～20）10002模筑混凝土(30～100)5003衬砌背后围岩（200～300）200；100因此，选用天线时，应根据隧道混凝土厚度及检测要求来确定天线的频率，详见表2。 里程的标记问题为了保证地质雷达图像上各测点的位置与实际检测里程的位置相对应，先在隧道边墙上用红油漆每5m作一个标记，标注里程以供核对。实际检测时，当天线对齐某一标记时，由仪器操作员向仪器输入信号，在雷达记录中每5ｍ作一个标记，同时，应尽量使天线匀速移动。由于检测时天线的走向不是真正意义上的直线，而是蛇形前进，所以，即使是采用里程轮，也应对记录的里程与实际里程进行核对。整理资料时，根据标记和记录的首末标及工作中间核查的里程，在雷达的时间剖面图上标明里程，以保证雷达图像点位的准确（见图13）。 里程的标记问题图13隧道里程与雷达标记对照示意图如图13所示，如若每米作1个标记，即使检测速度不一致，也可准确定出隧道每米的准确位置；每5米作1个标记，能确定每5米处的准确位置，而每5米间只能通过平均处理来确定每米的位置，若5米内的速度存在差异，将会导致隧道每米的准确位置不能确定，见图13(b)、（c)及图14。图14实测雷达图像上标记 地质雷达天线轻型化、小型化技术从事地质雷达对隧道衬砌厚度进行检测的检测人员均有深刻体会：特别是进行隧道拱部的各测线检测时，天线密贴衬砌表面变成极困难的事情。原因：一是目前还未有专门用于隧道检测的检测车，使扶天线的工作成为高空作业，在现场检测时常借助装载机或挖掘机进行检测（见图15～20）；二是目前采用的天线重量、体积均较大（特别是低频率天线）。往往造成扶天线的工作人员不堪重负。图15新建公路隧道现场检测照片（拱脚）图16新建公路隧道现场检测照片（拱顶）1 地质雷达天线轻型化、小型化技术图17新建公路隧道现场检测照片（拱顶）2图18新建公路隧道现场检测照片（拱顶）3 地质雷达天线轻型化、小型化技术图19新建公路隧道现场检测照片（拱顶）4图20既有铁路隧道现场检测照片（拱顶）对于现有技术，可将电池供电改为外部供电（电瓶等）以减轻雷达天线的重量。在天线原材料选择时，可选取轻质、硬度大的材料。 隧道专用检测车的设计上面已提出：对于新建或既有隧道的拱部进行检测时，密贴天线在衬砌表面是很困难的。其中最主要的一个原因就是作业人员无专用操作台，不便操作造成的。目前常采用的办法是在汽车上搭设钢管架或利用检修车等作为检测车（见图20、21、22）。为了今后隧道检测工作的方便，从而提出隧道专用检测车的设计问题。图21汽车上搭设钢管架简易检测车图22公路隧道检修车 隧道专用检测车的设计对于专用检测车的要求：以汽车/卡车为载体，在其上架设特制部件用于安放雷达天线，为了使天线密贴衬砌表面，在雷达下部加设弹簧等结构给天线加力，使其密贴；就目前而言，所检测的测线并非完全意义上的直线，大多存在左右或上下摆动，造成天线沿衬砌表面蛇形前进或局部存在脱离衬砌表面，所以要在检测车上安设导向装置，使天线的走向（地质雷达测线）成真正意义上的直线。 设备生产的本土化及国产化问题由于地质雷达为主的无损检测方法已得到极大的推广和应用，为了适应地质雷达在隧道等工程质量检测中的发展，从而提出了地质雷达设备生产的本土化及国产化。所谓本土化，是外国设备生产企业在我国进行合资或独资办厂，利用国外技术及国内的劳动力进行生产；所谓国产化，是国内企业自已办厂，利用已有技术及部分国产元件进行生产。只要达到地质雷达设备生产的本土化及国产化，将大大降低成本、增加生产，满足社会的需要。同时也能促进地质雷达得到更广泛的应用。 空洞定位问题在隧道衬砌的缺陷判定时，所采用的地质雷达图像通常只是某一条测线所采集到的。众所周知，地质雷达所采集的图形并不完全是天线所经过测线剖面的如实反映，如若在测线附近存在空洞等缺陷时，即使不在测线剖面上，在地质雷达图像上也会有反映。当存在这种情况时，如只采用一条测线对空洞进行精确定位是比较困难的。如若在其空洞位置正交补测一条或多条短测线，则可通过两个、多个地质雷达剖面图像进行立体分析，可对空洞进行精确定位。但对于空洞存在的规模（空洞高度）仍不能准确定量。这是因为：雷达波在空洞的波速无法准确给定；空洞第二界面的反射波特征很难确认，从而导致空洞的高度无法准确定量。 测试规程的制定、标准图谱库的建立由于目前仍没有统一的测试规程，现在均是根据经验进行处理分析，造成了对雷达测试结果评判的混乱。如果处理不当，容易造成对雷达检测结果产生误解，可能会制约地质雷达检测在隧道工程质量检测中的应用前景。因此，应尽快制定相应的测试规程以适应雷达检测发展的需要。同时，由于标准图谱库的欠缺，造成相同的地质雷达剖面图像，由不同的人判读，会得出不同的结果。这就提出要有统一的标准图谱，对各种可能的情况（空洞、不密实、含水及分层等情况）经过试验，做出标准图谱，供判读图像的检测人员参照，以避免读出错误的结果，从而避免错误检测报告的产生。 后处理为了还原地质雷达所检测目标及缺陷的实际情况，使成果能让人一目了然，要求对地质雷达检测图像进行3D处理（见图23、24），达到检测结果的可视化效果。图23Easy3D软件处理结果1图24Easy3D软件处理结果2 后处理对于目前的后处理工作，虽经过各种变换、滤波之后进行层位追踪（见图25、26），可以进行结果的判读。但若检测工作量较大时，快速出结果就极为困难。所以，如何快速对检测结果进行处理，也是需要解决的问题。图25层位追踪示意图图26层位追踪结果图 结束语在充分处理好上述地质雷达在隧道工程质量检测中应用的技术问题之后，将会使地质雷达在隧道检测中的应用得到更高层次的发展，以满足新建隧道质量检测和既有/运营隧道的技术状况检测的需要，使地质雷达检测成为我国的基础设施建设中质量控制不可缺少的检测方法。