探地雷達(dá)在高速公路隧道襯砌質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

1、<p>　　探地雷達(dá)在高速公路隧道襯砌質(zhì)量檢測中的應(yīng)用</p><p>　　摘要:探地雷達(dá)在高速公路隧道襯砌質(zhì)量檢測中的應(yīng)用，主要在于雷達(dá)的工作原理。作為一種準(zhǔn)確性強的無損設(shè)備，在檢測的高效易得上，在進(jìn)行高速公路隧道襯砌檢測中，對于其二次襯砌厚度與襯砌前后空洞的存在與否，有很強的適應(yīng)性與靈敏性。且由于在高速公路隧道的施工現(xiàn)場，對其所分布的鋼筋與初支鋼架等，都能進(jìn)行有效的質(zhì)量監(jiān)測。本文對于探地雷達(dá)在高速公

2、路隧道襯砌質(zhì)量檢測中心的應(yīng)用做相關(guān)闡述與說明，以供讀者參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:工作原理；襯砌質(zhì)量；雷達(dá)檢測；二次襯砌厚度 </p><p>　　中圖分類號：F253.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p><p>　　1.探地雷達(dá)工的作原理 </p><p>　　探地雷達(dá)的工作主要在于其發(fā)射天線的運作。雷達(dá)主頻電磁脈沖波106106～1

3、09Hz，屬于高頻電磁波。當(dāng)發(fā)射天線發(fā)射出的電磁波，在高速公路隧道襯砌中的混凝土介質(zhì)中傳播時，如果隧道背面有缺陷，會體現(xiàn)在電磁波走勢的不同和引起反射圖形態(tài)的區(qū)別。這時，通過分析這些變化，就可以準(zhǔn)確得出高速公路隧道襯砌的厚度與混凝土中缺陷的分布情況。 </p><p>　　這樣的原理是基于所有的電磁波在指定的介質(zhì)中傳播的速度是一樣的，通過對探地雷達(dá)發(fā)射天線的發(fā)射波時間，與接收天線收到的入射波時間差，就可以得到以下公

4、式： </p><p>　　H = V ΔT/2（cm）(1) </p><p>　　其中V = C /1 (2) </p><p><b>　　H：目標(biāo)層厚度; </b></p><p>　　V：電磁波在介質(zhì)中的傳播速度; </p><p>　　C：電磁波在大氣中的傳播速度，約3×10

5、8m/s; </p><p>　?。航橘|(zhì)相對介電常數(shù)。 </p><p>　　探地雷達(dá)的電磁波反射信號會產(chǎn)生振幅，它的大小范圍，會與其電磁波的反射系數(shù)成正比的關(guān)系。當(dāng)一種低損耗的介質(zhì)主要由位移電流作用時，其反射系數(shù)r下面公式可得： </p><p>　　r=（1-2）/（1+2）(3) </p><p>　　1：界面上介質(zhì)的相對介電常數(shù) &l

6、t;/p><p>　　2：界面下介質(zhì)的相對介電常數(shù)。 </p><p>　　其中，探地雷達(dá)的反射信號強弱就由1（界面上介質(zhì)的相對介電常數(shù)）與2（界面下介質(zhì)的相對介電常數(shù)）兩者相差值決定，當(dāng)差值越大，則其反射信號就強。 </p><p>　　而雷達(dá)波它所能穿透的介質(zhì)深度，是由其雷達(dá)天線的主要頻率與該介質(zhì)的本身導(dǎo)電性決定的。如果導(dǎo)電率攀高，則能穿透的深度降低，發(fā)射天線的主要

7、頻率越高，則能穿透的深度越小，反之也成立[1]。 </p><p>　　2.探地雷達(dá)在檢測高速公路隧道襯砌質(zhì)量的成果 </p><p>　　2.1 檢測案例與成果驗證 </p><p>　　探地雷達(dá)型號：SIR3000型便攜式地質(zhì)雷達(dá) </p><p>　　發(fā)射天線：400MHz天線 </p><p>　　高速公路隧道

8、：同條高速公路的多座隧道 </p><p>　　后期解讀：去噪，濾波進(jìn)行雷達(dá)所形成剖面的信噪比與分辨率的提高 </p><p>　　驗證方式：對雷達(dá)所示質(zhì)量缺陷入進(jìn)行隧道鑿孔 </p><p>　　2.2 關(guān)于鋼筋質(zhì)量的驗證 </p><p>　　關(guān)于鋼筋質(zhì)量的驗證，在公路隧道中，經(jīng)常出現(xiàn)的問題有襯砌的鋼筋保護(hù)層厚度超標(biāo)，鋼筋間距相比設(shè)計間距

9、數(shù)值過大及雙層鋼筋設(shè)計，但實際為單層或者不設(shè)鋼筋。這幾種情形，探地雷達(dá)都可以進(jìn)行準(zhǔn)確地驗證。以下為本次驗證的相關(guān)數(shù)據(jù)： </p><p>　　初支鋼架：設(shè)計方案為雙層鋼筋，雷達(dá)分析結(jié)果為2.5米內(nèi)布置為單層鋼筋。且2.5米內(nèi)未設(shè)置鋼筋，出現(xiàn)為初支鋼架結(jié)構(gòu)。雷達(dá)破檢：5.0米長，1.5米寬。實際顯示結(jié)果，與雷達(dá)分析結(jié)果相符。 </p><p>　　通過以上數(shù)據(jù)結(jié)合共10處的破檢，8處實際結(jié)果

10、與雷達(dá)分析結(jié)果相符，雙層鋼筋設(shè)計處只分布單層鋼筋。另外兩處結(jié)果為雙層鋼筋的保護(hù)層厚度超標(biāo)，數(shù)據(jù)為40厘米與90厘米。綜合以上結(jié)論，此次雷達(dá)破檢準(zhǔn)確率：80% </p><p>　　2.3 關(guān)于格柵鋼架設(shè)置的驗證 </p><p>　　對于格柵鋼架的設(shè)置驗證主要在于：間距是否超標(biāo)，與是否按設(shè)計布設(shè)鋼架。 </p><p>　　鐵路隧道中的格柵鋼架：設(shè)計方案的格柵架間距

11、為0.8米，但在雷達(dá)分析結(jié)果上顯示為格柵鋼架間距：1米上下。破檢3.6米。同時發(fā)現(xiàn)3榀格柵鋼架間的平均間距同為1米。 </p><p>　　2.4 關(guān)于襯砌厚度與背后脫空驗證 </p><p>　　對于這方面的驗證來說，重點是做好對于雷達(dá)波速的標(biāo)定工作，在這里，現(xiàn)場的常用手段是在襯砌厚度上，進(jìn)行雷達(dá)短測線獲取襯砌與基巖交界面反射波走時Δt，經(jīng)過在測線上的鉆孔穿透襯砌施工[2]，從而量得襯砌

12、實際厚度H，進(jìn)而得到比較準(zhǔn)確的電磁波傳播速度。 </p><p>　　襯砌厚度：雷達(dá)分析結(jié)果為橢圓標(biāo)識內(nèi)的襯砌厚度的設(shè)計厚度為50厘米處，其實際厚度不足，且存在背后的脫空現(xiàn)象。經(jīng)過破檢，發(fā)現(xiàn)實際的襯砌厚度僅為32厘米，與設(shè)計厚度相差18厘米，在此處，可推測出雷達(dá)電磁波速度約為0.1米/秒。且破檢后脫空現(xiàn)象屬實，為塊石粗骨料填充，密度低，結(jié)構(gòu)松散。雷達(dá)結(jié)果與破檢結(jié)果相符。 </p><p>

13、　　3.探地雷達(dá)在隧道二次襯砌厚度和缺陷的質(zhì)量檢測案例 </p><p>　　某高速公路隧道現(xiàn)場地質(zhì)與檢測資料： </p><p>　　地形：下陡上緩，坡度：30°～60°, </p><p>　　相對高差：100～120米，洞身最大埋深：120米，圍巖：白堊系下統(tǒng)礫巖 </p><p>　　水分布：無地表水，含基巖裂隙水

14、。無侵蝕性， </p><p>　　地震基本烈度：七度,最冷月平均氣溫：-0.3°C </p><p>　　檢測目的：砼齡期>28天，二次襯砌已經(jīng)完成一部分。為及時了解質(zhì)量情況，為后期施工進(jìn)行質(zhì)量指導(dǎo)，并對發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量隱患進(jìn)行排除與補救。 </p><p>　　探地雷達(dá)型號：RIS-K2型探地雷達(dá)，數(shù)字化、多通道輸入、高信嗓比、高測量速度、專用測量輪精

15、確定位、實時顯示和記錄 [3] </p><p>　　發(fā)射天線：多種頻率天線，主頻選用400MHz，與工作站連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、處理、分析和解釋等（生產(chǎn)商：美國地球物理勘探儀器設(shè)備公司(GSSI)） </p><p>　　高速公路隧道：同條高速公路的多座隧道，每個隧道布設(shè)5條測線，位置分布：供頂、兩拱角和兩邊墻 </p><p>　　后期解讀：SIR—10H型探地雷達(dá)

16、專用軟件[4] </p><p>　　驗證方式：對雷達(dá)所示質(zhì)量缺陷入進(jìn)行隧道鑿孔； </p><p>　　測點距：2厘米；時窗：40ns；采樣點數(shù)：1024；掃描速率：160scan/s </p><p>　　檢測要點：勻速前進(jìn),天線底面與被測面接觸平穩(wěn),干擾源越少越好 </p><p>　?。?）檢測結(jié)果及驗證 </p>&l

17、t;p>　　襯砌缺陷：16處。 </p><p>　　襯砌背后脫空：7處，位置為拱頂),脫空段占拱頂長度：34%，最大深度：50.2厘米。 </p><p>　　二次襯砌：設(shè)計值25厘米，實際最薄處為8厘米。 </p><p><b>　　驗證鉆孔：4個。 </b></p><p>　　驗證結(jié)果：雷達(dá)分析結(jié)果與破檢

18、相符.準(zhǔn)確率：100%。 </p><p>　　3.1支護(hù)鋼架、鋼筋網(wǎng)的識別 </p><p>　?。?）鋼筋網(wǎng)一般采用φ8mm的圓鋼，綁扎成網(wǎng)格20cm×20cm、面積1.0m×1.2m大小的網(wǎng)片，用于對超挖、塌方段的處理，必要時多塊鏈接使用。 </p><p>　　經(jīng)鋼筋網(wǎng)雷達(dá)圖像進(jìn)行分析，鋼筋變形為尖銳的拋物線形態(tài)，信號能量強，可以直觀地統(tǒng)

19、計出鋼筋數(shù)量。 </p><p>　　圖1等距離鋼拱架雷達(dá)反射圖 </p><p>　?。?）鋼拱架一般分為兩種，一是采用不小于16＃的工字鋼（或16B型槽鋼）制作，二是采用4根φ22mm的螺紋鋼做主筋，制成15cm×15cm的柵格拱架。鋼拱架分拱墻局部設(shè)置和全環(huán)設(shè)置兩種情況。在隧道拱部和邊墻安置鋼拱架，稱為拱墻局部設(shè)置，拱部、邊墻和仰拱都安置鋼拱架，稱為全環(huán)設(shè)置。 </p

20、><p>　　圖1是二襯施工結(jié)束后的鋼拱架雷達(dá)檢測圖。鋼拱架之間距離分別是1.0m（Ⅳ級圍巖）和0.5m（Ⅴ級圍巖），排列整齊，表現(xiàn)為拋物線形狀，但是寬度和幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼筋的反映。右側(cè)起第7根鋼拱架前混凝土不密實。圖像中襯砌混凝土厚度難以確定，可以先確定鋼拱架處的混凝土厚度，再加上鋼拱架的厚度來計算混凝土襯砌厚度。 </p><p>　　鋼筋混凝土襯砌中的大片鋼筋分布表明右側(cè)襯砌混凝土中由于存

21、在鋼筋造成強烈反射，信號反映明顯。素混凝土加鋼拱架襯砌設(shè)計能明顯區(qū)別出來，其襯砌混凝土與圍巖界面也清晰。兩段不同襯砌的界面十分明顯。 </p><p>　　3.2探地雷達(dá)二襯圖像識別 </p><p>　　圖2是二襯內(nèi)無鋼筋情況下的典型圖，由于二襯中沒有金屬對雷達(dá)的反射，所以可以看清楚初期支護(hù)的鋼支架圖像。及不同層之間的界面，如圖所示。 </p><p>　　圖2二

22、襯內(nèi)無鋼筋情況下的典型雷達(dá)圖（500M） </p><p><b>　　3.3空洞的識別 </b></p><p>　　塌方回填造成的空洞缺陷如圖3，雷達(dá)波形程典型雙曲線反應(yīng)。對小規(guī)模的塌方（塌方高1m左右）處理要求和超挖相同，如果用漿砌片石填充，要求片石豎向擺放，用擠漿法施工，保證砂漿飽滿，不允許片石橫向擱置或用灌漿法、干砌施工，否則片石間隙不能充填混凝土，造成不密

23、實缺陷。 </p><p>　　圖3二襯后的空洞典型雷達(dá)圖 </p><p><b>　　結(jié)語： </b></p><p>　　綜合以上雷達(dá)檢測高速公路隧道襯砌質(zhì)量的效果和雷達(dá)高精度檢測在隧道二次襯砌厚度和缺陷類型中的效果，我們可以看到探地雷達(dá)在施工中應(yīng)該注意的要點與質(zhì)量重點操作細(xì)節(jié)。高速公路隧道襯砌質(zhì)量檢測中，要對于每一個點位進(jìn)行精確地對應(yīng)，

24、細(xì)致認(rèn)真進(jìn)行每一項的檢測，才能有效減少質(zhì)量隱患。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 帕提古麗亞森. 淺談探地雷達(dá)在公路檢測中的應(yīng)用[J]. 民營科技.2010(10) </p><p>　　[2] 熊昌盛. 提高地質(zhì)雷達(dá)在隧道二次襯砌檢測中探測精度的方法[J]. 鐵道建筑.2008(1) </p