地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程質(zhì)量檢測中應(yīng)用的若干技術(shù)問題

地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程質(zhì)量檢測中應(yīng)用的若干技術(shù)問題

主講人：仇文革教授西南交通大學(xué)二OO五年六月二十一日隨著國家陸路交通的不斷發(fā)展，鐵路公路隧道的數(shù)量也在逐年增加，同時在運(yùn)營過程中暴露出來的隧道病害也在連連告急。這就需要一種高效的能夠?qū)λ淼酪r砌質(zhì)量進(jìn)行全面快速的檢測方法來適應(yīng)這種發(fā)展，使隧道病害能夠提前得到治理。地質(zhì)雷達(dá)檢測方法可以對隧道襯砌混凝土厚度、密實(shí)性、脫空等進(jìn)行快速檢測，它不僅克服了傳統(tǒng)上以點(diǎn)蓋面的只靠目測和打孔抽查來對隧道質(zhì)量進(jìn)行不全面檢測的缺點(diǎn)，而且是一種采用高科技手段，以其高分辨率和高準(zhǔn)確率、能快速、高效的進(jìn)行無損檢測的方法，在隧道工程質(zhì)量檢測中得到廣泛的應(yīng)用。前言雖然地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程質(zhì)量檢測中得到了廣泛的應(yīng)用，但就檢測過程中所要特別注意的問題（雷達(dá)波速的標(biāo)定、地質(zhì)雷達(dá)天線頻率的選擇、地質(zhì)雷達(dá)圖像的定位等問題）、檢測設(shè)備所存在的問題（地質(zhì)雷達(dá)天線的輕型、小型化以及隧道檢測專用檢測車的設(shè)計等問題）、后處理問題（缺陷中空洞的準(zhǔn)確定位、標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫的建立、檢測結(jié)果的快速及可視化等問題）等均有待進(jìn)一步得到解決。以下就上述問題開展一些討論。在地質(zhì)雷達(dá)檢測的測線上，用鉆機(jī)在混凝土上鉆透襯砌混凝土，然后再用尺量出混凝土襯砌的實(shí)際厚度(d)，并從地質(zhì)雷達(dá)圖像上讀出鉆取位置處襯砌混凝土反射層面的雙層走時，再根據(jù)式(1)即可求出波速。波速標(biāo)定問題1.1直接法（已知厚度反求速度法）1.1.1鉆芯法測混凝土襯砌厚度式（1）使用激光斷面儀（見圖1）對隧道初支/二襯前斷面進(jìn)行檢測（見圖2），待初支/二襯完成后在同一斷面再次進(jìn)行檢測（見圖3），通過相同位置兩次檢測結(jié)果的差值（見圖4），可得出檢測斷面初支/二襯的準(zhǔn)確值。再根據(jù)式（1）利用此準(zhǔn)確值對地質(zhì)雷達(dá)在初支噴混凝土/二襯混凝土中傳播的波速進(jìn)行標(biāo)定。波速標(biāo)定問題1.1直接法（已知厚度反求速度法）1.1.1利用激光斷面儀測混凝土襯砌厚度

圖1BJSD-2型隧道限界檢測儀圖2初支/二襯前斷面檢測示意圖圖3初支/二襯后斷面檢測示意圖波速標(biāo)定問題1.1直接法（已知厚度反求速度法）1.1.1利用激光斷面儀測混凝土襯砌厚度

圖4初支/二襯厚度檢測示意圖圖5拱頂測線處厚度及雷達(dá)圖像從圖5可知，d=0.236m，雷達(dá)波雙程走時為4ns，根據(jù)式（1）求出波速為0.118m/ns。已知整個檢測斷面的初支/二襯厚度，可將不同測線在此斷面的波速分別求出，再對其進(jìn)行綜合分析，求出綜合的波速值。從這點(diǎn)出發(fā)，要比鉆芯法求襯砌厚度的方法在科學(xué)性、準(zhǔn)確性（精度）上都優(yōu)越得多。波速標(biāo)定問題1.1直接法（已知厚度反求速度法）1.1.1利用激光斷面儀測混凝土襯砌厚度

使用激光斷面儀對隧道開挖輪廓或襯砌凈空進(jìn)行檢測（見圖6～9），不僅可以對地質(zhì)雷達(dá)波速進(jìn)行標(biāo)定，而且還可以評價隧道開挖及隧道凈空是否滿足設(shè)計要求。從而達(dá)到了多個檢測項目相結(jié)合的效果。

圖6新建公路隧道斷面檢測照片1圖7新建公路隧道斷面檢測照片2波速標(biāo)定問題1.1直接法（已知厚度反求速度法）1.1.1利用激光斷面儀測混凝土襯砌厚度

圖8既有鐵路隧道斷面檢測照片1圖9既有鐵路隧道斷面檢測照片2當(dāng)襯砌背后存在明顯空洞時，檢測到的波譜圖像中將存在拋物線。從而可通過在速度(V)處輸入不同速度值進(jìn)行擬合，當(dāng)拋物線與圖像中存在的拋物線完全擬合時，該速度即為襯砌混凝土的速度（如圖10所示）。波速標(biāo)定問題1.2間接法（雷達(dá)寬角速度測量法）

圖10襯砌混凝土內(nèi)波速擬合示意圖波速標(biāo)定問題1.2間接法（雷達(dá)寬角速度測量法）從圖11可知波譜圖像中拋物線的形成原因，在圖中可任取兩個點(diǎn)對速度進(jìn)行擬合。由其關(guān)系可推導(dǎo)出速度擬合公式如下：式（2）圖11拋物線成因示意圖波速您標(biāo)定患問題1.神3混凝列土齡央期對離雷達(dá)慰波速悄的影旬響問啟題由相克關(guān)文宇獻(xiàn)知推：利以用地個質(zhì)雷冬達(dá)技返術(shù)檢考測混抹凝土倒內(nèi)部外缺陷謀體時脊，混丙凝土繩齡期纖越短曉，探雁測缺食陷體火的效漸果越巖好。革這就漠說明茂隨混縣凝土號齡期跟的不耕同，低其介扇電常悄數(shù)是敗有差黃異的澤。從植而提器出齡加期對弟雷達(dá)勻波速御有影灑響的霉問題冒。地質(zhì)滿雷達(dá)親天線眨頻率炸的選悠擇問蓋題頻率糖高的冷天線魚發(fā)射淡雷達(dá)慎波主對頻高竭、分毛辨率討高、蹈精度屈較高晶、能旱量衰勝減較藥快、庭探測錯深度蒜較淺賽；頻茄率低婚的天依線發(fā)興射雷韻達(dá)波乓主頻鉛低、央分辨序率低廢、精示度相其對較爽低、自能量德衰減遭較慢吳、探史測的辜深度策較深般。各疏頻率悼天線顧詳見俗表1、圖12所示標(biāo)。圖12末RA強(qiáng)MA纏CⅡ型地倆質(zhì)雷綠達(dá)各愚頻率棄天線序號天線(MHz)土壤中(m)巖石中(m)備注1252540

2502030

31001220

4200815

5250510

65003.55

780023.5

810001.53

表1不同旺天線仿的穿礦透深顧度地質(zhì)拔雷達(dá)根天線謙頻率舅的選瓦擇問棕題表2檢測上厚度猶與天努線頻笛率選泊擇對桐照表序號探測目標(biāo)及深測深度（cm）天線頻率（MHz）備注1噴混凝土（10～20）10002模筑混凝土(30～100)5003襯砌背后圍巖（200～300）200；100因此岡，選題用天像線時亞，應(yīng)順根據(jù)侮隧道衰混凝螞土厚仔度及霉檢測用要求巷來確行定天敢線的感頻率稈，詳揚(yáng)見表2。里程賽的標(biāo)窯記問喘題為了棚保證陡地質(zhì)櫻雷達(dá)活圖像潮上各軍測點(diǎn)裝的位鏟置與趣實(shí)際飛檢測警里程鑒的位勻置相設(shè)對應(yīng)息，先翻在隧跟道邊蘋墻上獵用紅腸油漆或每5m作一槳個標(biāo)糊記，毫標(biāo)注倚里程叢以供區(qū)核對緒。實(shí)世際檢址測時搶，當(dāng)伶天線歷對齊矩某一震標(biāo)記娛時，授由儀董器操悲作員緞向儀泰器輸蘆入信需號，傳在雷靈達(dá)記紐奉錄中值每5ｍ作芝一個肉標(biāo)記秩，同紅時，慮應(yīng)盡汗量使既天線擠勻速方移動避。由于階檢測怎時天伴線的亮走向筆不是嫌真正掙意義燦上的耽直線村，而全是蛇蹲形前饞進(jìn)，塊所以丟，即份使是稅采用璃里程蛙輪，股也應(yīng)嬌對記歌錄的循里程撫與實(shí)籠際里貧程進(jìn)威行核芽對。劫整理菜資料儀時，愚根據(jù)搞標(biāo)記匹和記擺錄的秋首末輩標(biāo)及搶工作凈中間沃核查罩的里餐程，漆在雷財達(dá)的立時間躲剖面欲圖上挑標(biāo)明裁里程蘆，以副保證致雷達(dá)獨(dú)圖像妨點(diǎn)位蒸的準(zhǔn)療確（調(diào)見圖13）。里程局的標(biāo)東記問猛題圖13隧道應(yīng)里程杜與雷顆達(dá)標(biāo)庸記對抽照示題意圖如圖13所示疊，如珍若每流米作1個標(biāo)殃記，舞即使延檢測芬速度擁不一茄致，晝也可攪準(zhǔn)確創(chuàng)定出劑隧道汗每米懶的準(zhǔn)勻確位小置；每5米作1個標(biāo)朽記，讀能確稀定每5米處寶的準(zhǔn)姿確位醋置，雖而每5米間咳只能穴通過沙平均冶處理智來確略定每淹米的喇位置暑，若5米內(nèi)影的速態(tài)度存苦在差織異，夸將會膜導(dǎo)致胞隧道揪每米竄的準(zhǔn)頁確位唱置不呀能確康定，嶄見圖13問(b割)、（c)及圖14。圖14實(shí)測痰雷達(dá)慶圖像調(diào)上標(biāo)催記地質(zhì)立雷達(dá)吐天線削輕型若化、傲小型降化技想術(shù)從事鉤地質(zhì)聚雷達(dá)巨對隧肥道襯意砌厚繩度進(jìn)去行檢姜測的你檢測數(shù)人員滔均有法深刻班體會棋：特怠別是歸進(jìn)行驚隧道鑄拱部頁的各榜測線況檢測論時，拆天線富密貼灶襯砌生表面洲變成啟極困羨難的劉事情活。原機(jī)因：旺一是條目前懶還未學(xué)有專逼門用氣于隧顏道檢蹦測的朵檢測改車，畏使扶肅天線鳥的工鍛作成蘆為高何空作磁業(yè)，的在現(xiàn)鏡場檢糠測時滋常借善助裝轎載機(jī)譯或挖顧掘機(jī)守進(jìn)行漢檢測智（見蒼圖15～20）；政二是勸目前穴采用樸的天喬線重守量、巡壽體積箏均較瓣大（物特別脈是低殲頻率富天線轟）。者往往奮造成柄扶天廟線的咬工作嘗人員頂不堪館重負(fù)員。圖15新建腰公路蹲隧道續(xù)現(xiàn)場迫檢測足照片赴（拱圍腳）薦圖16新建吼公路最隧道航現(xiàn)場蜂檢測滋照片劣（拱蛾頂）1地質(zhì)荒雷達(dá)劫天線梅輕型微化、扶小型粘化技許術(shù)圖17新建株公路搬隧道娃現(xiàn)場后檢測聞?wù)掌瑴悾ü敖猪敚?圖18新建際公路睛隧道武現(xiàn)場采檢測拔照片摘（拱兄頂）3地質(zhì)父雷達(dá)塔天線康輕型烘化、寇小型才化技興術(shù)圖19新建儀公路熔隧道現(xiàn)現(xiàn)場濕檢測摧照片殲（拱陣頂）4圖20既有四鐵路害隧道橡現(xiàn)場叮檢測草照片扣（拱吊頂）對于舉現(xiàn)有春技術(shù)副，可概將電餓池供烘電改桶為外房誠部供蘇電（菜電瓶書等）挺以減坦輕雷喬達(dá)天慚線的印重量扎。在天益線原打材料沸選擇蟲時，匠可選盜取輕臭質(zhì)、社硬度隆大的好材料關(guān)。隧道圓專用謹(jǐn)檢測亦車的怪設(shè)計上面光已提碧出：磨對于挺新建薯或既片有隧藏道的邊拱部黑進(jìn)行坐檢測樣時，飽密貼逢天線序在襯前砌表錦面是宣很困恥難的獵。其工中最靠主要核的一豆個原挨因就攪是作犯業(yè)人窩員無砌專用奪操作漲臺，巨不便貫操作勝造成焰的。她目前勤常采數(shù)用的搶辦法槳是在酬汽車農(nóng)上搭局設(shè)鋼投管架褲或利季用檢衡修車遲等作陽為檢撫測車哀（見刊圖20、21、22）。植為了翼今后常隧道訴檢測剃工作圈的方代便，搬從而源提出狡隧道騙專用霧檢測南車的數(shù)設(shè)計阿問題繼。圖21汽車申上搭斷設(shè)鋼迫管架葡簡易酷檢測簽車坊圖22公路儲隧道夫檢修待車隧道規(guī)專用趟檢測躍車的危設(shè)計對于煤專用培檢測墨車的慈要求貪：以貸汽車/卡車臨為載義體，冤在其甲上架染設(shè)特篇制部言件用島于安綠放雷汽達(dá)天妨線，肝為了涼使天別線密喬貼襯授砌表裹面，繭在雷巷達(dá)下叉部加患設(shè)彈扎簧等棍結(jié)構(gòu)越給天儉線加任力，杏使其贈密貼采；就陸目前井而言波，所予檢測暴的測孝線并撕非完蘇全意阻義上稼的直訴線，跪大多暮存在奏左右庸或上冷下擺浪動，周造成和天線窮沿襯樸砌表肆面蛇邊形前剪進(jìn)或謹(jǐn)局部李存在掙脫離蘆襯砌滔表面晉，所依以要猛在檢遲測車腥上安磚設(shè)導(dǎo)余向裝廉置，扶使天掏線的日走向運(yùn)（地柄質(zhì)雷脂達(dá)測拜線）舌成真尖正意掌義上翅的直丹線。設(shè)備連生產(chǎn)黨的本綱土化碼及國恒產(chǎn)化雨問題由于浸地質(zhì)臨雷達(dá)撕為主才的無披損檢榮測方川法已片得到疊極大絕的推申廣和農(nóng)應(yīng)用借，為驗了適慢應(yīng)地賊質(zhì)雷剖達(dá)在挑隧道昌等工騾程質(zhì)柜量檢色測中水的發(fā)么展，獵從而末提出猛了地資質(zhì)雷苗達(dá)設(shè)底備生跌產(chǎn)的議本土桌化及沃國產(chǎn)框化。所謂伸本土寸化，扒是外臟國設(shè)盤備生母產(chǎn)企拆業(yè)在捎我國漆進(jìn)行連合資市或獨(dú)梳資辦參廠，古利用撐國外殺技術(shù)資及國妙內(nèi)的販勞動惕力進(jìn)印行生跪產(chǎn)；所謂順國產(chǎn)細(xì)化，咐是國至內(nèi)企業(yè)業(yè)自鬼已辦均廠，怨利用蔑已有棍技術(shù)垮及部戶分國接產(chǎn)元獄件進(jìn)灘行生拐產(chǎn)。只要荷達(dá)到甲地質(zhì)若雷達(dá)貨設(shè)備交生產(chǎn)曬的本確土化飼及國救產(chǎn)化熟，將研大大伏降低傷成本衰、增蠟加生壟產(chǎn)，銹滿足底社會糾的需餡要。賞同時喘也能袖促進(jìn)畜地質(zhì)尾雷達(dá)承得到票更廣尚泛的緊應(yīng)用菜?？斩醇?xì)定位翅問題在隧刑道襯脊砌的睡缺陷嫂判定夢時，徐所采此用的辛地質(zhì)叮雷達(dá)厲圖像主通常鵝只是威某一語條測勵線所巾采集歷到的偽。眾值所周句知，斯地質(zhì)賭雷達(dá)使所采池集的比圖形重并不視完全錫是天蹈線所屯經(jīng)過您測線彈剖面喘的如怒實(shí)反抽映，優(yōu)如若而在測油線附艇近存粘在空勵洞等譯缺陷些時，瘡即使洗不在鄉(xiāng)豐測線社剖面戒上，類在地椒質(zhì)雷國達(dá)圖喂像上盛也會搖有反載映。當(dāng)存駝在這汪種情示況時釀，如坑只采興用一始條測切線對悠空洞奔進(jìn)行罪精確昨定位先是比教較困厚難的虧。如短若在勞其空纏洞位良置正寨交補(bǔ)查測一更條或播多條廉短測團(tuán)線，螞則可怖通過棋兩個俱、多恒個地業(yè)質(zhì)雷境達(dá)剖算面圖康像進(jìn)群行立撞體分削析，騎可對伯空洞咳進(jìn)行雀精確獸定位罵。但對旁于空娛洞存環(huán)在的戶規(guī)模哈（空葬洞高已度）宿仍不摸能準(zhǔn)忌確定廁量。繁這是那因為位：雷君達(dá)波燦在空液洞的座波速蹤蝶無法色準(zhǔn)確條給定弱；空見洞第您二界擠面的貓反射許波特盛征很投難確醬認(rèn)，葛從而饑導(dǎo)致碼空洞棚的高左度無目法準(zhǔn)跡確定聲量。測試臉規(guī)程盆的制勻定、峰標(biāo)準(zhǔn)市圖譜城庫的鍬建立由于譜目前在仍沒督有統(tǒng)左一的租測試良規(guī)程抵，現(xiàn)醬在均各是根感據(jù)經(jīng)綢驗進(jìn)暑行處章理分致析，喘造成他了對董雷達(dá)割測試璃結(jié)果界評判鴨的混惰亂。帖如果賤處理息不當(dāng)咬，容滑易造洋成對服雷達(dá)喘檢測稠結(jié)果開產(chǎn)生咐誤解滿，可訓(xùn)能會映制約蘇地質(zhì)和雷達(dá)環(huán)檢測拍在隧錘道工適程質(zhì)述量檢循測中緩的應(yīng)回用前頸景?；I因此斥，應(yīng)貢盡快給制定譜相應(yīng)徹的測騰試規(guī)乞程以穴適應(yīng)博雷達(dá)脹檢測某發(fā)展協(xié)的需柏要。同時染，由爽于標(biāo)逆準(zhǔn)圖緒譜庫景的欠娃缺，描造成奧相同仔的地前質(zhì)雷史達(dá)剖企面圖翻像，鬧由不星同的他人判趣讀，揉會得暢出不宿同的澇結(jié)果憤。這喝就提考出要斷有統(tǒng)膨一的纏標(biāo)準(zhǔn)劃圖譜枝，對宴各種左可能撒的情跑況（空洞癢、不全密實(shí)炒、含斥水及邪分層遺等情快況）經(jīng)皺過試傅驗，迅做出雁標(biāo)準(zhǔn)紙圖譜寺，供區(qū)判讀鈴圖像尺的檢超測人奏員參痕照，謀以避戒免讀勸出錯銹誤的炎結(jié)果懂，從浩而避枝免錯數(shù)誤檢鈴測報諷告的申產(chǎn)生賞。后處矩