隧道工程檢測(cè)中雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用

1、隧道工程檢測(cè)中雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)工作的物理基礎(chǔ)是在1928年由德國(guó)人按照電磁波在不同介電常數(shù)的介質(zhì)界面產(chǎn)生反射，從而提出運(yùn)用脈沖技術(shù)決定地底下目標(biāo)的思路。對(duì)著電子技術(shù)的不斷進(jìn)展，地質(zhì)雷達(dá)在物理探測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。90年月以來(lái)，我國(guó)引進(jìn)了大量的國(guó)外儀器，在地質(zhì)勘查、無(wú)損檢測(cè)以及建造結(jié)構(gòu)檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)是一種新型的無(wú)損檢測(cè)方法，與傳統(tǒng)的探測(cè)方式相比，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)具有無(wú)損性、高效便捷和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，在隧道工程施工的過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。本文對(duì)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的相關(guān)要素舉行簡(jiǎn)述，以供參考。二、地質(zhì)雷達(dá)性能簡(jiǎn)介2.1地質(zhì)雷達(dá)性能地質(zhì)雷達(dá)法為電磁波反射探測(cè)法，即

2、波源是由電磁振蕩所產(chǎn)生的電磁波主動(dòng)源。對(duì)應(yīng)儀器所使用的頻率為152600MHz，其空氣中的波長(zhǎng)為18.750.115m。按照電磁波劃分方法，地質(zhì)雷達(dá)波屬于高頻特高頻段（短波微波段）。電磁波進(jìn)入地下后，速度變慢，波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)縮短約2.5倍，變?yōu)?.50.046m，相當(dāng)于甚高頻微波段（VHFUHF）。在隧道常用的100900MHz頻段中，低頻段主要用于地質(zhì)探測(cè)、超前地質(zhì)預(yù)測(cè)，高頻段主要用于隧道襯砌與支護(hù)結(jié)構(gòu)檢測(cè)。頻率越高，波長(zhǎng)越短，辨別率越高，但探測(cè)深度變小；反之亦然。通常，400、900MHz常用于隧道結(jié)構(gòu)參數(shù)檢測(cè)，100、200MHz多用于隧道下部結(jié)構(gòu)或深部較大目標(biāo)或?qū)訝钅繕?biāo)探測(cè)。地質(zhì)雷達(dá)法與聲波

3、法相比，因?yàn)槠涔ぷ餍矢?、探測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容廣、顯示直觀、辨別率高、多解性更小、能夠舉行高速繼續(xù)掃描探測(cè)并實(shí)時(shí)顯示，故得到越發(fā)廣泛的應(yīng)用。2.2地質(zhì)雷達(dá)影響因素地質(zhì)雷達(dá)波通過(guò)的地下介質(zhì)為電介質(zhì)，根據(jù)介質(zhì)的分類，通常認(rèn)為/0.01的介質(zhì)是電介質(zhì)（位移電流為主），/100的介質(zhì)是良導(dǎo)體（傳導(dǎo)電流為主），0.01/100的介質(zhì)視作不良導(dǎo)體或半導(dǎo)體，其中、分離為電導(dǎo)率、角頻率和介電常數(shù)。對(duì)于102s/m的介質(zhì)，如軟泥、飽和砂礫層、濕的泥巖、海水等，探地雷達(dá)探測(cè)困難；而107s/m則是極好的探測(cè)條件，如空氣、干燥的花崗巖、石灰?guī)r、混凝土、瀝青或?yàn)r青混合料、砂巖等；107102s/m的介質(zhì)為中等探測(cè)條件，如淡水

4、、雪、砂、粉砂、干粘土（干泥）、永遠(yuǎn)凍土等。三、檢測(cè)指標(biāo)體系及其要求3.1檢測(cè)指標(biāo)體系現(xiàn)行大路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)交通運(yùn)送部辦公廳關(guān)于印發(fā)大路工程竣工質(zhì)量鑒定工作規(guī)定（試行）的通知及其他相關(guān)技術(shù)規(guī)范中，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)作了嚴(yán)格規(guī)定。3.2對(duì)檢測(cè)指標(biāo)的要求3.2.1次襯砌及初期支護(hù)厚度按照現(xiàn)行TB102232022鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)規(guī)程的評(píng)定要求，襯砌厚度相對(duì)誤差應(yīng)小于15%。一般狀況下襯砌厚度會(huì)遠(yuǎn)小于此誤差規(guī)定要求，故可作為總體誤差控制目標(biāo)。3.2.2配筋雷達(dá)可清楚反映2次襯砌中的配筋，尤其是其布設(shè)較規(guī)范時(shí)，可分段供應(yīng)第1層鋼筋（內(nèi)緣筋）的數(shù)量和深度，且誤差較小。但被第1層所屏蔽的第2層鋼筋尚

5、無(wú)法供應(yīng)其數(shù)量，但多數(shù)狀況下可評(píng)估有無(wú)第2層配筋。3.2.3噴射混凝土厚度當(dāng)時(shí)期支護(hù)中未設(shè)置鋼支撐時(shí)，原則上雷達(dá)檢測(cè)不能單獨(dú)供應(yīng)噴射混凝土厚度，若確有須要供應(yīng)，則需結(jié)合外觀觀測(cè)和局部破檢舉行評(píng)估。施作2次襯砌后由雷達(dá)檢測(cè)所供應(yīng)的噴射混凝土厚度，其誤差較大，原則上不宜供應(yīng)，僅供評(píng)估參考。四、檢測(cè)過(guò)程與技術(shù)要求對(duì)于隧道檢測(cè)測(cè)線位置及數(shù)量確實(shí)定，根據(jù)合同要求并參照隧道地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)范例和現(xiàn)行TB102232022，一般均沿隧道走向分離在拱頂、左右拱腰、左右兩側(cè)邊墻、路面布置6條縱向測(cè)線舉行繼續(xù)掃描探測(cè)，從而可獵取對(duì)應(yīng)測(cè)線附近的襯砌混凝土厚度數(shù)據(jù)及其他相關(guān)資料。另外，測(cè)線數(shù)量可按不同要求舉行調(diào)節(jié)。通常要

6、求供應(yīng)以下檢測(cè)信息。1）襯砌厚度數(shù)據(jù)可按拱頂、左右拱腰、左右兩側(cè)邊墻5條縱向測(cè)線間隔5m或10m列表，并舉行統(tǒng)計(jì)；2車道隧道不低于3條測(cè)線，3或4車道隧道不低于5條測(cè)線。但鐵路隧道一般要求不低于6條縱向測(cè)線，即底部還要求另有1條。鑒于現(xiàn)場(chǎng)操作的便捷性和探測(cè)效果，一般以縱向測(cè)線為主，橫向測(cè)線為輔。2）對(duì)其他檢測(cè)項(xiàng)目予以定量或定性描述，并給出其起止樁號(hào)、起止深度。3）檢測(cè)深度一般在2.0m內(nèi)，特別狀況在10m內(nèi)。4）打印典型斷面雷達(dá)回波彩圖。5）按縱向測(cè)線繪制襯砌厚度圖。6）繪制有關(guān)缺陷的隧道綻開(kāi)平面圖，并舉行有關(guān)缺陷的對(duì)應(yīng)描述。7）病害診斷與分析評(píng)估。五、實(shí)際應(yīng)用狀況1）實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于孤立的空

7、洞目標(biāo)，當(dāng)使用的雷達(dá)頻率很低時(shí)，即其波長(zhǎng)相對(duì)于擬探測(cè)對(duì)象尺寸很大時(shí)，雷達(dá)灰度圖上基本無(wú)反應(yīng)或至多是1個(gè)強(qiáng)反射點(diǎn)（白點(diǎn)），不易于辨別解釋。如使用100MHz工作頻率探測(cè)隧道仰拱中直徑為30cm的中心排水管，這時(shí)雷達(dá)在空氣中的波長(zhǎng)為300cm，若仰拱填充層混凝土的綜合相對(duì)介電常數(shù)按11計(jì)算，則仰拱填充層中的波長(zhǎng)為90cm。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)較長(zhǎng)和天線放射角影響，對(duì)淺埋的中心排水管反應(yīng)不顯然，有時(shí)雖消失強(qiáng)反射點(diǎn)，但不能構(gòu)成反射弧。2）當(dāng)使用的雷達(dá)頻率較低時(shí)，即其波長(zhǎng)相對(duì)于擬探測(cè)對(duì)象尺寸較大時(shí)，雷達(dá)灰度圖上是1個(gè)強(qiáng)反射點(diǎn)（白點(diǎn)）。如使用400MHz工作頻率探測(cè)隧道襯砌混凝土中直徑為20cm的空洞，這時(shí)雷達(dá)在空氣

8、中的波長(zhǎng)為75cm，C20混凝土的相對(duì)介電常數(shù)按8計(jì)算，則混凝土中的波長(zhǎng)為26cm（大于空洞尺寸）。這時(shí)在普查式檢測(cè)方式下雷達(dá)圖像中空洞部位雖消失顯著的強(qiáng)反射點(diǎn)（帶），但不能構(gòu)成反射弧。3）當(dāng)使用的雷達(dá)頻率較高時(shí)，即其在相應(yīng)介質(zhì)中的波長(zhǎng)顯著小于擬探測(cè)對(duì)象尺寸時(shí)，雷達(dá)灰度圖上消失典型的反射弧。如使用400MHz工作頻率探測(cè)隧道襯砌混凝土中直徑為60cm的空洞，這時(shí)雷達(dá)在空氣中的波長(zhǎng)為75cm，C20混凝土的相對(duì)介電常數(shù)按8計(jì)算，則波長(zhǎng)為26cm，顯著低于空洞直徑。這時(shí)在一般檢測(cè)方式下雷達(dá)圖像中空洞部位消失較典型的反射弧或強(qiáng)反射條帶。六、結(jié)論1）地質(zhì)雷達(dá)在隧道施工、交竣工驗(yàn)收、病害診斷和處治中可發(fā)揮樂(lè)觀有效的作用。2）地質(zhì)雷達(dá)能有條件地舉行襯砌與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)檢測(cè)，2次襯砌與初期支護(hù)檢測(cè)分離在各自對(duì)應(yīng)的施工階段舉行效果最佳。3）雖然天線密貼在2次襯砌表面實(shí)施的檢測(cè)可辨別出初期支護(hù)中的有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，但不行能是所有信息，如在配筋后的2次襯砌表面檢測(cè)初期支護(hù)中的鋼支撐時(shí)，因?yàn)槭芘浣畹钠帘斡绊?，雷達(dá)回波圖中反應(yīng)不清晰或根本無(wú)法辨別。4）初期支護(hù)未設(shè)置鋼支撐時(shí)，要結(jié)合外觀觀測(cè)和局部破檢供應(yīng)噴射混凝土厚度和整體評(píng)價(jià)，否則誤差較大或根本不能單獨(dú)依賴?yán)走_(dá)檢測(cè)供應(yīng)數(shù)據(jù)。5）對(duì)空洞或結(jié)構(gòu)