地質(zhì)雷達(dá)gr檢測技術(shù)應(yīng)用

地質(zhì)雷達(dá)（GRP）檢測技術(shù)應(yīng)用XX公司一、前言隨著鐵路客運(yùn)專線的陸續(xù)施工，隧道工程以其改善線形、縮短里程和環(huán)境保護(hù)等無比的優(yōu)越性和重要作用，成為路客運(yùn)專線建設(shè)工程結(jié)構(gòu)的重要組成部分。但隧道施工中因現(xiàn)有的施工方法及工藝、施工者的偷工減料以及檢測控制、施工管理不到位等原因引發(fā)的質(zhì)量通病，一直是工程管理部門十分關(guān)注的問題。地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)的廣泛應(yīng)用成為解決這一施工難題的有效手段。地質(zhì)雷達(dá)（GPR）是近十余年來迅速發(fā)展起來的一種無損傷高精度的物理探測技術(shù)，在工程地質(zhì)勘測、古遺址探測、地下埋設(shè)物探測和地下污染帶劃分等方面已得到較廣泛應(yīng)用。在控制隧道施工時運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報、支護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測，在指導(dǎo)隧道工程施工中，對加強(qiáng)工程進(jìn)度、質(zhì)量和安全管理，提高隧道施工技術(shù)水平方面發(fā)揮著巨大作用。作為一種無損檢測技術(shù)，地質(zhì)雷達(dá)（GPR）以其儀器較為輕便、檢測快捷、操作方便、精度較高和檢測結(jié)果能以圖象方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時顯示等優(yōu)點(diǎn)，成為一種控制隧道施工質(zhì)量的有效手段。二、地質(zhì)雷達(dá)（GPR）檢測的原理地質(zhì)雷達(dá)（GPR）是利用電磁波在傳播過程中遇到電性界面會發(fā)生較強(qiáng)烈的散射原理，通過向被測介質(zhì)發(fā)生高頻電磁寬帶脈沖，并接收由被測介質(zhì)反射的回波信號，通過對接收到的反射波進(jìn)行分析即可推斷被測體的情況。電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化。儀器大體上可分為主機(jī)和天線兩大部分組成。主機(jī)由顯示、控制和儲存三部分構(gòu)成；天線由發(fā)射和接收兩部分構(gòu)成。發(fā)射部分由脈沖發(fā)生電路和發(fā)射天線構(gòu)成，產(chǎn)生并發(fā)射尖峰脈沖電磁波；接收部分由接收天線、高頻放大電路和采樣電路構(gòu)成，接收的高頻信號經(jīng)放大后，由采樣電路變換為低頻信號，然后送到處理電路；控制部分由基準(zhǔn)同步信號發(fā)生器、采樣控制器和信號處理器等部分組成。接受到的信號在主機(jī)上可以顯示、回放和儲存，以便作進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理和分析RTRT圖1地質(zhì)雷達(dá)反射探測原理圖發(fā)射天線發(fā)射的尖峰脈沖電磁波與其行進(jìn)的速度有如下關(guān)系：V=c/√ε式中：v——電磁波在某一材料介質(zhì)中傳播的速度（ｍ／ｎs）；c——電磁波在真空中的傳播速度，等于光速（ｍ／ｎs）；ε——介質(zhì)的相對介電常數(shù)，無量綱。GPR發(fā)射的是高頻電磁波，因此GPR在被測介質(zhì)中的傳播速度主要由介質(zhì)中的相對介電常數(shù)確定。電磁波向被測介質(zhì)傳播過程中，遇到不同的波阻抗界面時將產(chǎn)生反射波和透射波。反射波由雷達(dá)接收天線接收，所經(jīng)歷的時間t可通過時間脈沖記錄器測知，并與介質(zhì)厚度有如下關(guān)系：旺h乓=游（百c/撤2諷√僅ε資）傻·co恭s機(jī)β漂·t偷式中蜓：優(yōu)h座—蟲—撥界霜面鞏R返。入射到界盜面泥R1救著的垂直距離，蝶亦即被測介質(zhì)夸的厚度腹（腿m些）；騰僅t帶—生—零電磁波從界船面你R叫。到達(dá)界寄面丑R1偶悉在返回到界翠面販R哨。歷經(jīng)的時間庭（再ｎ站s午）；劇滅罷β—域—籌電磁波在介質(zhì)湊中與主法線的門折射角。扭上式為理論計亭算式，實(shí)際檢跑測中可能發(fā)生學(xué)誤差，使被測吊的材料層厚度止不能滿足精度油要求。因此，復(fù)須對介電常數(shù)結(jié)這一關(guān)鍵參數(shù)顧進(jìn)行實(shí)測校正上。杏(尋一送)懷介質(zhì)、儀器參渴數(shù)確定悔1疲馬介質(zhì)參數(shù)測定稼工作前應(yīng)對介年電常數(shù)進(jìn)行現(xiàn)辮場標(biāo)定，標(biāo)定廚方法可采用在含已知厚度且材烈料與隧道相同梳的其他預(yù)制件堅上測量或鉆孔糾實(shí)測。標(biāo)定記鬧錄中界面反射下信號應(yīng)清楚、遞準(zhǔn)確。酒3塊、似1斬、忠2敲括介電常數(shù)計算前公式促循圖禍ε值=賴（些0.3×t/穩(wěn)2×登h演）偶2化式中符號意義感同前。孤2撐儀器參數(shù)確定箏2蛛、擔(dān)1貴賄天線中心頻率課的選擇甘㎡天線中心頻組率是指天線的贈發(fā)射頻率。一奸般天線發(fā)射頻廟率芽有會50MHz~喇2.5療G建H挨z瞞多種。發(fā)射頻憤率既要考慮發(fā)孟射的穿透程度絮，又要考慮儀睡器的分辨率，謀同時也要考慮身被測介質(zhì)的介飛電常數(shù)。一般惡來說，選用的愿頻率愈高，其沈測量分辨率愈拜高；頻率愈低毅，則其分辨率譽(yù)愈低。對于隧慨道混凝土來說歸，厚度一般的在塔0.25~趴2.0m傳之間，其介電圈常數(shù)一般賽在辮1喇2功左右，因此，隔頻率選擇應(yīng)根舟據(jù)混凝土襯砌固厚度、圍巖類兔型和檢測部位救的不同，賀在粉400~10妹00MH呢z搭之間選擇。崇2過、狡2犁上工作時窗的確為定默工作時窗即雷怕達(dá)工作記錄時用間，與測深有例關(guān)，一般根據(jù)對所測深度來確癥定。雷達(dá)探測易愈深，其選用漫的時窗記錄時店間應(yīng)愈長；探槐測愈淺，則選邀擇的時窗記錄偏時間愈短。可熊按下式估算：殿t=2h件·徐（密√阻ε撿/感c拋）巴·鐮α睜挺（搏α違為調(diào)整系數(shù)，薯一般陣取章1.而5螺～剛2.佳0抗）霸一般要保持所逼要探測目標(biāo)體遲在時窗攜的烏2/優(yōu)3蠟以內(nèi)，這樣以哪確保采集信號問穩(wěn)定可靠性，儀并給目標(biāo)體的蒸深度變化留出眼了余地。欺2莫、叉3譽(yù)戚采樣頻率的確扶定炊根據(jù)采樣定理伏，一個周期內(nèi)活不少零于癢2剪個點(diǎn)，可由下瘦式確定：暫雨去s=室2t擱f成×10罪-3稅式飯中崗醉s煎—宋—祥采樣頻表率筋MHz翻f釀——師天線中心頻灌率休MHz凝t欲—賀—僵工作時施窗緩ns坡(慌二雜)詢菌檢測方法霞根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)程與斷面特點(diǎn)，借一般測線沿隧車道縱向布泥設(shè)旱3狗～督5撿條線：拱頂、饅左拱腰、右拱悔腰、左邊墻、閥右邊墻。重點(diǎn)翁地段采用縱向圾、橫向綜合布租線或布點(diǎn)。事屯中質(zhì)量控制可韻橫向布線，線州距耀1靠0惑～獨(dú)20c朋m棚。需確定回填峰空洞規(guī)模和形朝狀時，應(yīng)加密腐測線。歉工作時，天線遵與隧道混凝土慮表面應(yīng)貼壁良拜好，否則，容互易造成圖形虛枯假異常或畸變冊異常。檢測一織般采用快速連叔續(xù)采集，天線矩沿測線以瞎5km/h銳左右的速度滑蜻動。為保證點(diǎn)羊位的準(zhǔn)確，在找隧道壁上每烤5m承作一標(biāo)志，標(biāo)怎上里程。當(dāng)天烘線對齊某一標(biāo)危志時，由儀器德操作者向儀器膝輸入信號，在尊雷達(dá)記錄中每早10m夜作一標(biāo)記，便鳥于內(nèi)業(yè)資料整凱理時查找相應(yīng)廁位置。恐三殺、哲地質(zhì)雷達(dá)在隧和道施工中的應(yīng)萄用實(shí)例戲1惕地質(zhì)雷達(dá)在雅隧道施工煌中斃進(jìn)行超前地質(zhì)擋預(yù)報叛的應(yīng)用燥地質(zhì)雷達(dá)在隧乳道施工進(jìn)行超史前地質(zhì)預(yù)報，櫻是在探測開挖士工作面前方幾有米至幾十米的那圍巖工程地質(zhì)濱和水文地質(zhì)情換況基礎(chǔ)上，及回時提出預(yù)報，湊對照勘測階段辛的地質(zhì)資料，換指導(dǎo)施工。在水云南大保高速溪公路大箐隧道張施工院中嗓,蠟由于大箐隧道觀位于構(gòu)造侵蝕撥深層切割高山圓峽谷地冶形隱,愧主要發(fā)育順層睬節(jié)理及層間、核層內(nèi)劈理，巖初體結(jié)俯構(gòu)主要為塊狀舅或片狀，裂隙鎖、斷層發(fā)育，悄隧道埋深大，強(qiáng)地下水豐富，幅顧此，在施工浩中，為保障工微程進(jìn)度、質(zhì)量倡和安全，采用述了地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)歡行超前地質(zhì)預(yù)籌報。在開挖前道，結(jié)合地質(zhì)勘據(jù)探報告，導(dǎo)每融15~矛2仇0促米趨進(jìn)行一次地質(zhì)使雷達(dá)超前量測脫，圍巖變化地縱段進(jìn)行加密，談把量測結(jié)果通鞠過專用雷達(dá)數(shù)感據(jù)處理軟件，晉進(jìn)行分析，預(yù)競報圍巖硬度；狂預(yù)報節(jié)理、裂常隙、斷層發(fā)育沉情況；預(yù)報可級能發(fā)生的涌水也及塌方情況，云由此及時改進(jìn)栗開挖參數(shù)和開煮挖方法，為支老護(hù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整登做好機(jī)械、材抵料和勞力的準(zhǔn)石備工作，通過賠運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)猶進(jìn)行超前地質(zhì)歷預(yù)報，隧道月樓平均進(jìn)尺在說10障0撲米靜以上，支護(hù)結(jié)足構(gòu)穩(wěn)定、內(nèi)實(shí)姥外美，加快了要施工進(jìn)度，提耳高了工程質(zhì)量卡，合理地處理喚了斷層、涌水抽等特殊情況，戒有效地避免了涌塌方的發(fā)生。貌在業(yè)主組織的劍檢查評比中，殺大箐隧道工程跨在安全、進(jìn)度標(biāo)、質(zhì)量等各方任面均名列前茅烘。北2讓地質(zhì)雷達(dá)在隧承道施工中進(jìn)行賴混凝土襯砌、幸支護(hù)結(jié)構(gòu)馬中的質(zhì)量落檢測傻地質(zhì)雷達(dá)在隧齡道施工中進(jìn)行茫支護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量市的檢測，是對偷已完支護(hù)結(jié)構(gòu)紛空洞、混凝土浪襯砌厚度、混鼻凝土襯砌背部艷脫空、芽所受應(yīng)力、結(jié)借構(gòu)材贏質(zhì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、攏隱蔽的結(jié)構(gòu)逼數(shù)量拉、襯砌與圍巖躺結(jié)合情況、超脆欠挖情況以及咐襯砌背后的支礎(chǔ)護(hù)情況等萌進(jìn)行探測忠。級隧道襯砌檢測爹的基本原理由充下圖所示：TRTRRTTRTRRT濾娘之致界面闖退筍鋼筋空洞迅樸隧道襯砌剖面襯砌表面時間咸例圖北2蕉搖魯?shù)刭|(zhì)雷達(dá)剖面召當(dāng)雷達(dá)天線發(fā)戒出的電磁波在育貫穿襯砌后，枯遇到圍巖界面院、空洞、鋼筋侄、鋼拱架或其夜它異常體時，越會產(chǎn)生相應(yīng)的血反射波形信號繡，根據(jù)這些異創(chuàng)常波形信號對頑隧道襯砌的厚突度及其背后情藏況加以判斷。猜在大箐隧道施另工完畢后，對準(zhǔn)已完支護(hù)結(jié)構(gòu)規(guī)進(jìn)行了檢測，規(guī)檢測中使用美部國地球物理勘須測公司生產(chǎn)傘的償SIRSy筋stem-2痕00溝0惹型地質(zhì)雷達(dá)主頓機(jī)進(jìn)行無破損艷檢測，檢測采揮用剖面法，發(fā)城射和接收天線壞保持固定間距硬沿測線同步位義移，記錄為發(fā)粥射和接收天線懂的中點(diǎn)，天線飯選秤用蘇900MH畜Z膽，探測深度大知于鑄2扣米減，對有疑慮點(diǎn)川選誼用基500MH頸Z農(nóng)天線復(fù)測。檢場測結(jié)果表明：緩鋼筋屬強(qiáng)的反鍋射介質(zhì)，接收尸的電磁波較強(qiáng)鋤，在圖像上呈孫雙曲線形，經(jīng)脫過偏移和反褶耀積處理，圖像時進(jìn)行變化，鋼律筋的真實(shí)位置碧、數(shù)量和間距船就基本判斷出設(shè)來（如冶圖濟(jì)1冰）；型鋼拱架招判斷與鋼筋相迅同（如嬌圖鑰2況）；二襯界面維起伏較大，同血相軸不連續(xù)，執(zhí)說明厚度變化悟不均，主要是縱由于局部超、知欠挖所致，但墊澆筑密實(shí)，強(qiáng)稀度較高（如贊圖紫3掏）。經(jīng)過探測攏證明，大箐隧隨道工程支護(hù)結(jié)獵構(gòu)質(zhì)量滿足設(shè)贊計要求，質(zhì)量服優(yōu)良。圖3圖4蠻圖蝦5怪墊拔二襯砼厚度變叛化圖碰像得四貍、條地質(zhì)近雷達(dá)的檢測效壩果瘋由于雷達(dá)檢測洞的結(jié)果并不能潤直接給出目標(biāo)忠體的深度（襯滴砌厚度），而齒是時間曲線，膝為了將時間曲強(qiáng)線轉(zhuǎn)及換成深度曲線煉，還需知道探仇測介質(zhì)的介電劣常數(shù)和波速。瞎為此，需在現(xiàn)耗場用鉆孔資料柏反演擬合來求囑取雷達(dá)波速介靜電常數(shù)，而混得凝土中的雷達(dá)學(xué)波速或介電常甜數(shù)具有一定的懲離散性，亦即稻其檢測厚度的瓜精度與其波速蘭或介電常數(shù)的之離散性有關(guān)。獄而其離散性取彼決于混凝土本望身的密實(shí)程度劈、潮濕程度以支及空區(qū)中空氣趁的潮濕程度和豎充填情況（如拜空氣、水或不辨密實(shí)填充體等步）?？傊?，雷宅達(dá)測的介質(zhì)體籃的狀況只是一暮個相對值，具坡有一定的誤差感。據(jù)有關(guān)資料槐介紹，襯砌混戀凝土的雷達(dá)波炊速離散可遭達(dá)系5斧～境10血%脆，計算出的襯球砌厚度誤差可沿在頓2蒼～輝4c些m嬸。五、結(jié)語揉長期以來地隧道尸施工質(zhì)量還的判斷一直是姓工程界困惑的壟問題，云隨著隧道工程絹施工水平減、檢測技術(shù)的刃不斷提高，地小質(zhì)雷達(dá)在隧道賄施