隧道襯砌地質雷達無損檢測技術

1、隧道襯砌質量地質雷達無損檢測技術1 前言1.1工藝概況鐵路隧道襯砌是隱蔽工程，用傳統(tǒng)的目測或鉆孔對其質量進行檢測有較大的局限性；應用物理勘探的方法對隧道襯砌混凝土進行無損檢測，可取得快速、安全、可靠的效果。1.2工藝原理電磁反射波法（地質雷達）由主機、天線和配套軟件等幾部分組成。根據(jù)電磁波在有耗介質中的傳播特性，當發(fā)射天線向被測介質發(fā)射高頻脈沖電磁波時，電磁波遇到不均勻體(接口)時會反射一部分電磁波，其反射系數(shù)主要取決于被測介質的介電常數(shù)，雷達主機通過對此部分的反射波進行適時接收和處理，達到探測識別目標物體的目的(圖1)。圖1 地質雷達基本原理示意圖電磁波在特定介質中的傳播速度是不變的 ，因此

2、根據(jù)地質雷達記錄的電磁波傳播時間T，即可據(jù)下式算出異常介質的埋藏深度H： (1)式中，V是電磁波在介質中的傳播速度，其大小由下式表示： (2)式中，C是電磁波在大氣中的傳播速度，約為3.0108m/s；為相對介電常數(shù)，不同的介質其介電常數(shù)亦不同。雷達波反射信號的振幅與反射系統(tǒng)成正比，在以位移電流為主的低損耗介質中，反射系數(shù)可表示為： (3)反射信號的強度主要取決于上、下層介質的電性差異，電性差越大，反射信號越強。雷達波的穿透深度主要取決于地下介質的電性和波的頻率。電導率越高，穿透深度越小；頻率越高，穿透深度越小。2 工藝特點電磁反射波法（地質雷達）能夠預測隧道施工中襯砌的各種質量問題，分辨率高

3、，精度高，探測深度一般在0.5m2.0m左右。利用高頻電磁脈沖波的反射，中心工作頻率400MHz/900 MHz/1500 MHz；采用寬帶短脈沖和高采樣率，分辨率較高；采用可調程序高次迭加和多波處理等信號恢復技術，大大改善了信噪比和圖像顯示性能。（1）操作簡單，對工作環(huán)境要求不高； （2）對襯砌隱蔽工程質量問題性質判斷一般精度較高，分辨率可達到25cm，檢測的深度、結構尺寸以及里程偏差或誤差小于10%，缺陷類型識別準確度達95%以上；（3）通過專業(yè)的RADAN 6.0分析軟件，專業(yè)的技術人員可以迅速的完成數(shù)據(jù)處理等。3 適用范圍地質雷達有其適用范圍和適用條件，目標體與周圍介質是否存在足夠的電

4、性差異，是探測工作是否有效的前提，這種電性差異就是介電常數(shù)；應根據(jù)不同的檢測對象和檢測要求選用不同的天線類型；適用條件，探測的目標體與周圍介質有較大的介電常數(shù)差異并具有較好的反射條件；上覆層導電性較弱；目標體具有一定的體積，引起的異常有一定的強度；具有一定的探測對比資料。該技術適用于隧道襯砌質量施工過程控制和竣工驗收的無損檢測。4 主要引用標準高速鐵路隧道工程施工質量驗收標準（TB 10753-2010）鐵路隧道工程施工質量驗收標準TBl0417-2003鐵路隧道襯砌質量無損檢測規(guī)程施工規(guī)范（TB10223-2004）鐵路工程物理勘探規(guī)程（TB10013-2004）巖土工程勘察規(guī)范（GB500

5、21-2001）云桂鐵路石林隧道地質雷達無損檢測實施細則云桂鐵路石林隧道相關設計圖紙以及相關施工資料。5 施工方法1、 檢測前的準備工作:收集隧道工程地質資料、施工圖、設計變更資料和施工記錄；進行現(xiàn)場調查，做好測量里程標記。檢測時應遵守有關安全規(guī)定，配備必要的安全防護人員及設備。2、檢測設備、照明機具工作電源要保證電量充足，能夠保證一天的正常使用。3、雷達主機、顯示器、天線、電纜等設備之間連接良好，設備工作正常。4、需要分段測量時，相鄰測量段接頭重復長度不應小于1m。5、提前準確標記檢測位置里程，提前采用紅油漆每隔5m做一個標記，標記高度為軌面或路面上1m左右；現(xiàn)場檢測時標記為5m/單標的里程

6、標記方式；記錄標記里程與現(xiàn)場標記里程允許誤差10cm。6、測線布置應符合下列規(guī)定：隧道施工過程中質量檢測應以縱向布線為主，環(huán)向布線為輔（存在問題地段需要加密檢測時布置環(huán)向測線）。雷達測線橫斷面布置如圖2?？v向布線的位置應在隧道拱頂、左右拱腰、左右邊墻和隧底各布1條；環(huán)向布線可按檢測內容和要求布設線距，一般情況線距510m；采用點測時每斷面不少于6個點。檢測中發(fā)現(xiàn)不合格地段應加密測線或測點；三線隧道應在隧道拱頂部位增加2條測線。7、檢測前，應先搭建隧道襯砌雷達檢測臺車或采用檢測車，以便天線能到達檢測測線位置。雷達檢測臺車現(xiàn)場檢測方式見圖3。 8、現(xiàn)場要求準確記錄檢測測線的高度和水平位置，準備受檢

7、隧道設計襯砌厚度(其中邊墻襯砌設計厚度按內軌頂面以上1.0m計)，格柵、拱架設計區(qū)段及間距，圍巖類型等資料，供現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集參數(shù)設置和后期資料處理使用。9、雷達天線頻率的選擇及測線的布置根據(jù)以往進行地質雷達檢測的經驗，采用高頻天線檢測精度較高，但測量范圍較小，采用低頻天線檢測精度較低，但測量范圍較大。因此，針對本次檢測的內容，決定采用400MHz或900MHz的雷達線6條測線。在現(xiàn)場利用工程檢測車以小于5公里/小時的車速進行檢測。對于有疑問處，采用鉆芯取樣進行破檢檢測。圖2 雷達測線橫斷面布置圖圖3 現(xiàn)場檢測方式示意圖10、介質參數(shù)的標定1）檢測前應對襯砌混凝土的介電常數(shù)或電磁波速做現(xiàn)場標定，且

8、每座隧道應不小于1處，每處實測不少于3次，取平均值為該隧道的介電常數(shù)或電磁波速。當隧道長度大于3km、襯砌材料或含水量變化較大時，應適當增加標定點數(shù)。2）標定可采用下列方法：在已知厚度部位或材料與隧道相同的其他預制件上測量；在洞口或洞內避車洞處使用雙天線直達波法測量；鉆孔實測。3）求取參數(shù)時應具備以下條件標定目標體的厚度一般不小于15cm，且厚度已知；標定記錄中界面反射信號應清晰、準確。4）標定結果應按下式計算：式中 相對介電常數(shù)電磁波速（m/s）雙程旅行時間(ns)標定目標體厚度或距離（m）。6 工藝流程及操作要點6.1 工藝流程襯砌質量地質雷達無損檢測工藝流程如圖4。檢測前的準備：清理檢測

9、場地，確保無障礙物，每5m做一個里程標記檢測前：檢查里程標記有無遺漏，連接主機和天線，現(xiàn)場調整參數(shù)調試采集信號檢測過程：首先確保雷達天線和襯砌混凝土表面密貼，然后采用每小時3KM的時速勻速移動，每5m在對應里程處打一標記軟件后處理：將采集的原始數(shù)據(jù)通過軟件后處理，設置零線、介電常數(shù)、濾波等資料解釋：將軟件后處理的結果和設計資料對比，得出檢測數(shù)據(jù)和結論反饋施工圖4 襯砌質量地質雷達無損檢測工藝流程6.2操作要點1、現(xiàn)場檢測人員要保證雷達天線密貼襯砌表面行進。2、現(xiàn)場檢測人員密切配合，保證天線實際檢測位置與標記線位置吻合。3、檢測天線應移動平穩(wěn)、速度均勻、考慮儀器掃描速度與實測條件，天線移動速度宜

10、為35km/h勻速前進。4、現(xiàn)場記錄要保證記錄測線號、方向、標記間隔及天線類型等，隨時記錄現(xiàn)場產生電磁波干擾的物體(如滲水、電纜、鐵架等)及其位置。5、縱向布線應采用連續(xù)測量方式，掃描速度不得小于40道(線)/s；特殊地段或條件不允許時可采用點測方式，測量點距不得大于20 cm。6、建立完善的襯砌質量無損檢測工作管理制度，按照建設標準化管理體系、招標文件、技術指南以及相關規(guī)范規(guī)定的要求和現(xiàn)場實際情況，開展檢測工作。7、定期對檢測設備、儀表性能進行檢查，確保在使用過程中一切設備運轉正常。8、地質雷達無損檢測資料是反映工程質量的重要依據(jù)之一，現(xiàn)場檢測技術資料應隨施工進度同步整理，按類型、時間歸類，

11、并保證及時、準確、真實，不得私自涂改、仿造、隨意抽換、銷毀、丟失，資料應做到內容齊全真實，書寫字跡端正清楚。9、檢測人員員對各種原始記錄都要認真保存，對上級主管部門發(fā)給的質量標準和有關安全、質量方面的通知，應及時轉發(fā)給現(xiàn)場工程技術負責人。10、隧道襯砌中各類缺陷判析1) 襯砌背后回填密實度的主要判別特征：密實：信號幅值較弱，甚至沒有界面反射信號；空洞：襯砌界面反射信號強，三振相明顯，在其下部仍有強反射界面信號，兩組信號時程差較大。不密實：襯砌界面的強反射信號同相軸呈繞射弧形，且不連續(xù)，較分散；2) 鋼架、鋼筋位置分布的主要判別特征：鋼架：分散的月牙形強反射信號；鋼筋：分散的倒”V”字型反射信號

12、；3、地質雷達法的采集數(shù)據(jù)質量檢查為檢測總工作量的5%，檢查資料與被檢查資料的雷達圖像應具有良好的重復性、波形基本一致、異常沒有明顯位移。4、檢測資料質量評定應符合下列規(guī)定：襯砌背后回填密實度和空洞的檢查點相對誤差小于10%為合格，襯砌混凝土厚度的檢查點相對誤差小于15%為合格；合格的檢查點數(shù)大于總檢查點數(shù)量的90%為合格。7 勞動力組織襯砌質量地質雷達無損檢測組勞動力組織見表1。表1 襯砌質量地質雷達無損檢測組勞動力組織表人 員人數(shù)主 要 任 務負責人1全面負責檢測工作的協(xié)調、組織、安排工作技術主管1全面負責無損檢測技術相關工作隧道專業(yè)工程師1負責指導現(xiàn)場布置檢測測線，負責檢測基礎數(shù)據(jù)收集（

13、里程標記、特殊段落等）。協(xié)助作業(yè)工人5負責整個檢測過程的配合工作8 主要機具設備主要設備配置見表2。表2 綜合地質雷達無損檢測主要設備配置表序號設備名稱型號數(shù)量備 注1電磁反射波（地質雷達）SIR-30001套2檢測臺車1臺自制或外購9 質量控制9.1 易出現(xiàn)的質量問題（1）現(xiàn)場檢測準備工作準備不充分，障礙物過多，導致檢測過程中易出現(xiàn)漏檢；（2）里程標記有較大誤差，導致檢測結果和實際不相符；（3）襯砌檢測結果判釋人員經驗不足，資料分析有偏差；（4）檢測結果的反饋渠道不暢通、不及時。9.2 保證措施（1）實現(xiàn)對建設單位的質量承諾，嚴格按照合同條款要求及現(xiàn)行規(guī)范標準組織開展工作。（2）在施工過程中

14、，以設計文件、技術指南以及現(xiàn)行規(guī)范標準為依據(jù)，按建設標準化管理體系通過對地質雷達無損檢測要素和關鍵程序的控制，切實落實檢測責任制。檢測工作要責任到人，對地質雷達無損檢測方法按工序嚴加施做，保證工程施工質量合格。（3）定期對各種儀器、儀表等進行標定，專人負責管理。嚴格按儀器說明進行現(xiàn)場操作，確保數(shù)據(jù)的可靠性。（4）對采集數(shù)據(jù)及時處理，形成的檢測成果及時匯報，對質量問題較大的地段要第一時間上報，密切關注現(xiàn)場驗證情況，確保檢測成果的準確性和指導性，保證施工適量。（5）對各種檢測原始數(shù)據(jù)，現(xiàn)場照片，會議記錄等重要資料分門別類匯總歸檔，以利于檢測工作的驗收。10 安全措施10.1檢測臺車的防護措施（1）

15、檢測車上搭建的臨時作業(yè)平臺，為確保檢測人員、機械和設備在檢測臺車行走過程中的安全，臨時作業(yè)平臺要有足夠的剛度、強度和穩(wěn)定性，并和檢測車連接牢固；（2）檢測車不可以急行、急停，要聽從檢測人員的統(tǒng)一指揮，慢起、慢停；（3）在路面凹凸不平的地段，在確保檢測車安全通過后，方可進行下一步的檢測工作；（4）檢測工作完成后，現(xiàn)場為檢測目的所搭建的臨時設施應全部拆除，輔助材料應統(tǒng)一收集、處理，使檢測現(xiàn)場恢復原狀，確保安全；10.2檢測現(xiàn)場應急措施（1）檢測現(xiàn)場應配備應急照明燈和應急通訊設備； （2）檢測現(xiàn)場發(fā)生意外時，應迅速采取救援措施，并立即向上級單位報告情況，力爭將損失降到最低。11 應用實例地質雷達無損檢測典型圖例圖5 襯砌背后脫空圖6 襯砌背后