隧道襯砌地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

1、隧道襯砌質(zhì)量地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)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(cè)或鉆孔對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)有較大的局限性；應(yīng)用物理勘探的方法對(duì)隧道襯砌混凝土進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，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(zhì)雷達(dá)）由主機(jī)、天線和配套軟件等幾部分組成。根據(jù)電磁波在有耗介質(zhì)中的傳播特性，當(dāng)發(fā)射天線向被測(cè)介質(zhì)發(fā)射高頻脈沖電磁波時(shí)，電磁波遇到不均勻體 ( 接口) 時(shí)會(huì)反射一部分電磁波，其反射系數(shù)主要取決于被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)，雷達(dá)主機(jī)通過(guò)對(duì)此部分的反射波進(jìn)行適時(shí)接收和處理，達(dá)到探測(cè)識(shí)別目標(biāo)物體的目的( 圖 1) 。圖 1 地質(zhì)雷達(dá)基本原理示意圖電磁波在特定介質(zhì)中的傳播速

2、度是不變的 ，因此根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)記錄的電磁波傳播時(shí)間 T，即可據(jù)下式算出異常介質(zhì)的埋藏深度 H：H V T 2(1)式中， V 是電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，其大小由下式表示：V C(2)式中， C是電磁波在大氣中的傳播速度，約為 3.0 108m/s ；為相對(duì)介電常數(shù)，不同的介質(zhì)其介電常數(shù)亦不同。雷達(dá)波反射信號(hào)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(zhì)中， 反射系數(shù)可表示為：r1122(3)反射信號(hào)的強(qiáng)度主要取決于上、下層介質(zhì)的電性差異，電性差越大，反射信號(hào)越強(qiáng)。雷達(dá)波的穿透深度主要取決于地下介質(zhì)的電性和波的頻率。電導(dǎo)率越高，穿透深度越??；頻率越高，穿透深度越小。2 工藝特點(diǎn)電磁反射

3、波法（地質(zhì)雷達(dá)）能夠預(yù)測(cè)隧道施工中襯砌的各種質(zhì)量問(wèn)題，分辨率高，精度高，探測(cè)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 MH；z采用寬帶短脈沖和高采樣率，分辨率較高；采用可調(diào)程序高次迭加和多波處理等信號(hào)恢復(fù)技術(shù)，大大改善了信噪比和圖像顯示性能。（1）操作簡(jiǎn)單，對(duì)工作環(huán)境要求不高；（2）對(duì)襯砌隱蔽工程質(zhì)量問(wèn)題性質(zhì)判斷一般精度較高， 分辨率可達(dá)到 25cm，檢測(cè)的深度、結(jié)構(gòu)尺寸以及里程偏差或誤差小于 10%，缺陷類型識(shí)別準(zhǔn)確度達(dá) 95%以上；（3）通過(guò)專業(yè)的 RADAN6.0 分析軟件，專業(yè)的技術(shù)人員可以迅速的完成數(shù)據(jù)處理等。3

4、 適用范圍地質(zhì)雷達(dá)有其適用范圍和適用條件， 目標(biāo)體與周圍介質(zhì)是否存在足夠的電性差異，是探測(cè)工作是否有效的前提，這種電性差異就是介電常數(shù)；應(yīng)根據(jù)不同的檢測(cè)對(duì)象和檢測(cè)要求選用不同的天線類型；適用條件，探測(cè)的目標(biāo)體與周圍介質(zhì)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(dǎo)電性較弱；目標(biāo)體具有一定的體積，引起的異常有一定的強(qiáng)度；具有一定的探測(cè)對(duì)比資料。該技術(shù)適用于隧道襯砌質(zhì)量施工過(guò)程控制和竣工驗(yàn)收的無(wú)損檢測(cè)。4 主要引用標(biāo)準(zhǔn)高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（ TB 10753-2010）鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn) TBl0417-2003鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)規(guī)程施工規(guī)范（ TB10223-20

5、04）鐵路工程物理勘探規(guī)程（ TB10013-2004）巖土工程勘察規(guī)范（ GB50021-2001）云桂鐵路石林隧道地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)實(shí)施細(xì)則云桂鐵路石林隧道相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙以及相關(guān)施工資料。5 施工方法1、 檢測(cè)前的準(zhǔn)備工作 :收集隧道工程地質(zhì)資料、施工圖、設(shè)計(jì)變更資料和施工記錄；進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，做好測(cè)量里程標(biāo)記。檢測(cè)時(shí)應(yīng)遵守有關(guān)安全規(guī)定，配備必要的安全防護(hù)人員及設(shè)備。2、檢測(cè)設(shè)備、照明機(jī)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(dá)主機(jī)、顯示器、天線、電纜等設(shè)備之間連接良好，設(shè)備工作正常。4、需要分段測(cè)量時(shí)，相鄰測(cè)量段接頭重復(fù)長(zhǎng)度不應(yīng)小于 1m。5、提前準(zhǔn)確標(biāo)記檢測(cè)位置里程，提前采用

6、紅油漆每隔 5m 做一個(gè)標(biāo)記，標(biāo)記高度為軌面或路面上 1m 左右；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)標(biāo)記為 5m/單標(biāo)的里程標(biāo)記方式；記錄標(biāo)記里程與現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)記里程允許誤差 10cm。6、測(cè)線布置應(yīng)符合下列規(guī)定：隧道施工過(guò)程中質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)以縱向布線為主，環(huán)向布線為輔（存在問(wèn)題地段需要加密檢測(cè)時(shí)布置環(huán)向測(cè)線）。雷達(dá)測(cè)線橫斷面布置如圖 2。縱向布線的位置應(yīng)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(cè)內(nèi)容和要求布設(shè)線距，一般情況線距 510m；采用點(diǎn)測(cè)時(shí)每斷面不少于 6 個(gè)點(diǎn)。檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)不合格地段應(yīng)加密測(cè)線或測(cè)點(diǎn)；三線隧道應(yīng)在隧道拱頂部位增加 2 條測(cè)線。7、檢測(cè)前，應(yīng)先搭建隧道襯砌雷達(dá)檢測(cè)臺(tái)車或采用檢測(cè)車

7、，以便天線能到達(dá)檢測(cè)測(cè)線位置。雷達(dá)檢測(cè)臺(tái)車現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方式見(jiàn)圖 3。8、現(xiàn)場(chǎng)要求準(zhǔn)確記錄檢測(cè)測(cè)線的高度和水平位置， 準(zhǔn)備受檢隧道設(shè)計(jì)襯砌厚度 (其中邊墻襯砌設(shè)計(jì)厚度按內(nèi)軌頂面以上 1.0m 計(jì))，格柵、拱架設(shè)計(jì)區(qū)段及間距，圍巖類型等資料，供現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置和后期資料處理使用。9、雷達(dá)天線頻率的選擇及測(cè)線的布置根據(jù)以往進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，采用高頻天線檢測(cè)精度較高，但測(cè)量范圍較小，采用低頻天線檢測(cè)精度較低，但測(cè)量范圍較大。因此，針對(duì)本次檢測(cè)的內(nèi)容，決定采用 400MHz或 900MHz的雷達(dá)線 6條測(cè)線。在現(xiàn)場(chǎng)利用工程檢測(cè)車以小于 5 公里/小時(shí)的車速進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于有疑問(wèn)處，采用鉆芯取樣進(jìn)行破

8、檢檢測(cè)。圖 2 雷達(dá)測(cè)線橫斷面布置圖圖 3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方式示意圖10、介質(zhì)參數(shù)的標(biāo)定1）檢測(cè)前應(yīng)對(duì)襯砌混凝土的介電常數(shù)或電磁波速做現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，且每座隧道應(yīng)不小于 1 處，每處實(shí)測(cè)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(dāng)隧道長(zhǎng)度大于 3km、襯砌材料或含水量變化較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加標(biāo)定點(diǎn)數(shù)。2）標(biāo)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(yù)制件上測(cè)量；在洞口或洞內(nèi)避車洞處使用雙天線直達(dá)波法測(cè)量；鉆孔實(shí)測(cè)。3）求取參數(shù)時(shí)應(yīng)具備以下條件標(biāo)定目標(biāo)體的厚度一般不小于 15cm，且厚度已知；標(biāo)定記錄中界面反射信號(hào)應(yīng)清晰、準(zhǔn)確。4）標(biāo)定結(jié)果應(yīng)按下式計(jì)算：式中 r 相對(duì)介電常數(shù)v電磁波速

9、（ m/s）t 雙程旅行時(shí)間 (ns)d 標(biāo)定目標(biāo)體厚度或距離（ m）。6 工藝流程及操作要點(diǎn)6.1 工藝流程襯砌質(zhì)量地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)工藝流程如圖 4。檢測(cè)前的準(zhǔn)備： 清理檢測(cè)場(chǎng)地，確保無(wú)障礙物，每 5m做一個(gè)里程標(biāo)記檢測(cè)前： 檢查里程標(biāo)記有無(wú)遺漏， 連接主機(jī)和天線，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整參數(shù)調(diào)試采集信號(hào)檢測(cè)過(guò)程： 首先確保雷達(dá)天線和襯砌混凝土表面密貼， 然后采用每小時(shí) 3KM的時(shí)速勻速移動(dòng)， 每軟件后處理： 將采集的原始數(shù)據(jù)通過(guò)軟件后處理，設(shè)置零線、介電常數(shù)、濾波等資料解釋：將軟件后處理的結(jié)果和設(shè)計(jì)資料對(duì)比，得出檢測(cè)數(shù)據(jù)和結(jié)論反饋施工圖 4 襯砌質(zhì)量地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)工藝流程6.2 操作要點(diǎn)1、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員

10、要保證雷達(dá)天線密貼襯砌表面行進(jìn)。2、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員密切配合，保證天線實(shí)際檢測(cè)位置與標(biāo)記線位置吻合。3、檢測(cè)天線應(yīng)移動(dòng)平穩(wěn)、速度均勻、考慮儀器掃描速度與實(shí)測(cè)條件，天線移動(dòng)速度宜為 35km/h 勻速前進(jìn)。4、現(xiàn)場(chǎng)記錄要保證記錄測(cè)線號(hào)、方向、標(biāo)記間隔及天線類型等，隨時(shí)記錄現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)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(yīng)采用連續(xù)測(cè)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(shí)可采用點(diǎn)測(cè)方式，測(cè)量點(diǎn)距不得大于 20 cm。6、建立完善的襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)工作管理制度，按照建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化管理體系、招標(biāo)文件、技術(shù)指南以及相關(guān)規(guī)范規(guī)定的要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，開(kāi)展檢測(cè)工

11、作。7、定期對(duì)檢測(cè)設(shè)備、儀表性能進(jìn)行檢查，確保在使用過(guò)程中一切設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。8、地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)資料是反映工程質(zhì)量的重要依據(jù)之一，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)資料應(yīng)隨施工進(jìn)度同步整理，按類型、時(shí)間歸類，并保證及時(shí)、準(zhǔn)確、真實(shí)，不得私自涂改、仿造、隨意抽換、銷毀、丟失，資料應(yīng)做到內(nèi)容齊全真實(shí)，書(shū)寫(xiě)字跡端正清楚。9、檢測(cè)人員員對(duì)各種原始記錄都要認(rèn)真保存，對(duì)上級(jí)主管部門發(fā)給的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)安全、質(zhì)量方面的通知，應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)負(fù)責(zé)人。10、隧道襯砌中各類缺陷判析1) 襯砌背后回填密實(shí)度的主要判別特征：密實(shí)：信號(hào)幅值較弱，甚至沒(méi)有界面反射信號(hào)；空洞：襯砌界面反射信號(hào)強(qiáng)，三振相明顯，在其下部仍有強(qiáng)反射界面信號(hào)，

12、兩組信號(hào)時(shí)程差較大。不密實(shí)：襯砌界面的強(qiáng)反射信號(hào)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(qiáng)反射信號(hào)；鋼筋：分散的倒” V”字型反射信號(hào)；3、地質(zhì)雷達(dá)法的采集數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查為檢測(cè)總工作量的 5%，檢查資料與被檢查資料的雷達(dá)圖像應(yīng)具有良好的重復(fù)性、波形基本一致、異常沒(méi)有明顯位移。4、檢測(cè)資料質(zhì)量評(píng)定應(yīng)符合下列規(guī)定：襯砌背后回填密實(shí)度和空洞的檢查點(diǎn)相對(duì)誤差小于 10%為合格，襯砌混凝土厚度的檢查點(diǎn)相對(duì)誤差小于 15%為合格；合格的檢查點(diǎn)數(shù)大于總檢查點(diǎn)數(shù)量的 90%為合格。7 勞動(dòng)力組織襯砌質(zhì)量地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)組勞動(dòng)力組織見(jiàn)表 1。表 1 襯砌質(zhì)量地

13、質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)組勞動(dòng)力組織表人 員 人數(shù) 主 要 任 務(wù)負(fù)責(zé)人 1 全面負(fù)責(zé)檢測(cè)工作的協(xié)調(diào)、組織、安排工作技術(shù)主管 1 全面負(fù)責(zé)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相關(guān)工作隧道專業(yè)工程師 1負(fù)責(zé)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)布置檢測(cè)測(cè)線， 負(fù)責(zé)檢測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集 （里程標(biāo)記、特殊段落等）。協(xié)助作業(yè)工人 5 負(fù)責(zé)整個(gè)檢測(cè)過(guò)程的配合工作8 主要機(jī)具設(shè)備主要設(shè)備配置見(jiàn)表 2。表 2 綜合地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)主要設(shè)備配置表序號(hào) 設(shè)備名稱 型號(hào) 數(shù)量 備 注1 電磁反射波（地質(zhì)雷達(dá)） SIR-3000 1 套2 檢測(cè)臺(tái)車 1 臺(tái) 自制或外購(gòu)9 質(zhì)量控制9.1 易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題（1）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備不充分，障礙物過(guò)多，導(dǎo)致檢測(cè)過(guò)程中易出現(xiàn)漏檢；（2）里

14、程標(biāo)記有較大誤差，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果和實(shí)際不相符；（3）襯砌檢測(cè)結(jié)果判釋人員經(jīng)驗(yàn)不足，資料分析有偏差；（4）檢測(cè)結(jié)果的反饋渠道不暢通、不及時(shí)。9.2 保證措施（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)單位的質(zhì)量承諾，嚴(yán)格按照合同條款要求及現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)組織開(kāi)展工作。（2）在施工過(guò)程中，以設(shè)計(jì)文件、技術(shù)指南以及現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，按建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化管理體系通過(guò)對(duì)地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)要素和關(guān)鍵程序的控制，切實(shí)落實(shí)檢測(cè)責(zé)任制。檢測(cè)工作要責(zé)任到人，對(duì)地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)方法按工序嚴(yán)加施做，保證工程施工質(zhì)量合格。（3）定期對(duì)各種儀器、儀表等進(jìn)行標(biāo)定，專人負(fù)責(zé)管理。嚴(yán)格按儀器說(shuō)明進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，確保數(shù)據(jù)的可靠性。（4）對(duì)采集數(shù)據(jù)及時(shí)處理，形成的檢測(cè)成果及

15、時(shí)匯報(bào)，對(duì)質(zhì)量問(wèn)題較大的地段要第一時(shí)間上報(bào)，密切關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證情況，確保檢測(cè)成果的準(zhǔn)確性和指導(dǎo)性，保證施工適量。（5）對(duì)各種檢測(cè)原始數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)照片，會(huì)議記錄等重要資料分門別類匯總歸檔，以利于檢測(cè)工作的驗(yàn)收。10 安全措施10.1 檢測(cè)臺(tái)車的防護(hù)措施（1）檢測(cè)車上搭建的臨時(shí)作業(yè)平臺(tái)，為確保檢測(cè)人員、機(jī)械和設(shè)備在檢測(cè)臺(tái)車行走過(guò)程中的安全，臨時(shí)作業(yè)平臺(tái)要有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并和檢測(cè)車連接牢固；（2）檢測(cè)車不可以急行、急停，要聽(tīng)從檢測(cè)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(cè)車安全通過(guò)后，方可進(jìn)行下一步的檢測(cè)工作；（4）檢測(cè)工作完成后，現(xiàn)場(chǎng)為檢測(cè)目的所搭建的臨時(shí)設(shè)施應(yīng)全部拆除，輔助材料應(yīng)統(tǒng)一收集、處理，使檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)原狀，確保安全；10.2 檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急措施（1）檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備應(yīng)急照明燈和應(yīng)急通訊設(shè)備；（2）檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生意外時(shí)，應(yīng)迅速采取救援措施，并立即向上級(jí)單位報(bào)告情況，力爭(zhēng)將損失降到最低。11 應(yīng)用實(shí)例地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)典型圖例圖 5 襯砌背后脫空?qǐng)D 6 襯砌背后不密實(shí)圖