地質(zhì)雷達在隧道工程質(zhì)量檢測中應用的若干技術問題

地質(zhì)雷達在隧道工程質(zhì)量檢測中應用的若干技術問題

主講人：仇文革教授西南交通大學二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)量進行全面快速的檢測方法來適應這種發(fā)展，使隧道病害能夠提前得到治理。地質(zhì)雷達檢測方法可以對隧道襯砌混凝土厚度、密實性、脫空等進行快速檢測，它不僅克服了傳統(tǒng)上以點蓋面的只靠目測和打孔抽查來對隧道質(zhì)量進行不全面檢測的缺點，而且是一種采用高科技手段，以其高分辨率和高準確率、能快速、高效的進行無損檢測的方法，在隧道工程質(zhì)量檢測中得到廣泛的應用。前言雖然地質(zhì)雷達在隧道工程質(zhì)量檢測中得到了廣泛的應用，但就檢測過程中所要特別注意的問題（雷達波速的標定、地質(zhì)雷達天線頻率的選擇、地質(zhì)雷達圖像的定位等問題）、檢測設備所存在的問題（地質(zhì)雷達天線的輕型、小型化以及隧道檢測專用檢測車的設計等問題）、后處理問題（缺陷中空洞的準確定位、標準圖譜庫的建立、檢測結果的快速及可視化等問題）等均有待進一步得到解決。以下就上述問題開展一些討論。在地質(zhì)雷達檢測的測線上，用鉆機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際厚度(d)，并從地質(zhì)雷達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/二襯前斷面進行檢測（見圖2），待初支/二襯完成后在同一斷面再次進行檢測（見圖3），通過相同位置兩次檢測結果的差值（見圖4），可得出檢測斷面初支/二襯的準確值。再根據(jù)式（1）利用此準確值對地質(zhì)雷達在初支噴混凝土/二襯混凝土中傳播的波速進行標定。波速標定問題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圖像從圖5可知，d=0.236m，雷達波雙程走時為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，再對其進行綜合分析，求出綜合的波速值。從這點出發(fā)，要比鉆芯法求襯砌厚度的方法在科學性、準確性（精度）上都優(yōu)越得多。波速標定問題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行檢測（見圖6～9），不僅可以對地質(zhì)雷達波速進行標定，而且還可以評價隧道開挖及隧道凈空是否滿足設計要求。從而達到了多個檢測項目相結合的效果。

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行擬合，當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）。波速標定問題1.2間接法（雷達寬角速度測量法）

圖10襯砌混凝土內(nèi)波速擬合示意圖波速標定問題1.2間接法（雷達寬角速度測量法）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對速度進行擬合。由其關系可推導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定患問題1.神3混凝列土齡央期對離雷達慰波速悄的影旬響問啟題由相克關文宇獻知推：利以用地個質(zhì)雷冬達技返術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勻波速御有影灑響的霉問題冒。地質(zhì)滿雷達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。圖12末RA強MA纏CⅡ型地倆質(zhì)雷綠達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，詳揚見表2。里程賽的標窯記問喘題為了棚保證陡地質(zhì)櫻雷達活圖像潮上各軍測點裝的位鏟置與趣實際飛檢測警里程鑒的位勻置相設對應息，先翻在隧跟道邊蘋墻上獵用紅腸油漆或每5m作一槳個標糊記，毫標注倚里程叢以供區(qū)核對緒。實世際檢址測時搶，當伶天線歷對齊矩某一震標記娛時，授由儀董器操悲作員緞向儀泰器輸蘆入信需號，傳在雷靈達記紐奉錄中值每5ｍ作芝一個肉標記秩，同紅時，慮應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，塊所以丟，即份使是稅采用璃里程蛙輪，股也應嬌對記歌錄的循里程撫與實籠際里貧程進威行核芽對。劫整理菜資料儀時，愚根據(jù)搞標記匹和記擺錄的秋首末輩標及搶工作凈中間沃核查罩的里餐程，漆在雷財達的立時間躲剖面欲圖上挑標明裁里程蘆，以副保證致雷達獨圖像妨點位蒸的準療確（調(diào)見圖13）。里程局的標東記問猛題圖13隧道應里程杜與雷顆達標庸記對抽照示題意圖如圖13所示疊，如珍若每流米作1個標殃記，舞即使延檢測芬速度擁不一茄致，晝也可攪準確創(chuàng)定出劑隧道汗每米懶的準勻確位小置；每5米作1個標朽記，讀能確稀定每5米處寶的準姿確位醋置，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，夸將會膜導致胞隧道揪每米竄的準頁確位唱置不呀能確康定，嶄見圖13問(b割)、（c)及圖14。圖14實測痰雷達慶圖像調(diào)上標催記地質(zhì)立雷達吐天線削輕型若化、傲小型降化技想術從事鉤地質(zhì)聚雷達巨對隧肥道襯意砌厚繩度進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。原機因：旺一是條目前懶還未學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譯或挖顧掘機守進行漢檢測智（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)荒雷達劫天線梅輕型微化、扶小型粘化技許術圖17新建株公路搬隧道娃現(xiàn)場后檢測聞照片湊（拱街頂）2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)父雷達塔天線康輕型烘化、寇小型才化技興術圖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。隧道圓專用謹檢測亦車的怪設計上面光已提碧出：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)設計阿問題繼。圖21汽車申上搭斷設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，冤在其甲上架染設特篇制部言件用島于安綠放雷汽達天妨線，肝為了涼使天別線密喬貼襯授砌表裹面，繭在雷巷達下叉部加患設彈扎簧等棍結構越給天儉線加任力，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或謹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導余向裝廉置，扶使天掏線的日走向運（地柄質(zhì)雷脂達測拜線）舌成真尖正意掌義上翅的直丹線。設備連生產(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)應用借，為驗了適慢應地賊質(zhì)雷剖達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)雷苗達設底備生跌產(chǎn)的議本土桌化及沃國產(chǎn)框化。所謂伸本土寸化，扒是外臟國設盤備生母產(chǎn)企拆業(yè)在捎我國漆進行連合資市或獨梳資辦參廠，古利用撐國外殺技術資及國妙內(nèi)的販勞動惕力進印行生跪產(chǎn)；所謂順國產(chǎn)細化，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垮及部戶分國接產(chǎn)元獄件進灘行生拐產(chǎn)。只要荷達到甲地質(zhì)若雷達貨設備交生產(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畜地質(zhì)尾雷達承得到票更廣尚泛的緊應用菜。空洞細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)雷國達圖喂像上盛也會搖有反載映。當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查測一更條或播多條廉短測團線，螞則可怖通過棋兩個俱、多恒個地業(yè)質(zhì)雷境達剖算面圖康像進群行立撞體分削析，騎可對伯空洞咳進行雀精確獸定位罵。但對旁于空娛洞存環(huán)在的戶規(guī)模哈（空葬洞高已度）宿仍不摸能準忌確定廁量。繁這是那因為位：雷君達波燦在空液洞的座波速蹤蝶無法色準確條給定弱；空見洞第您二界擠面的貓反射許波特盛征很投難確醬認，葛從而饑導致碼空洞棚的高左度無目法準跡確定聲量。測試臉規(guī)程盆的制勻定、峰標準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)綢驗進暑行處章理分致析，喘造成他了對董雷達割測試璃結果界評判鴨的混惰亂。帖如果賤處理息不當咬，容滑易造洋成對服雷達喘檢測稠結果開產(chǎn)生咐誤解滿，可訓能會映制約蘇地質(zhì)和雷達環(huán)檢測拍在隧錘道工適程質(zhì)述量檢循測中緩的應回用前頸景。籌因此斥，應貢盡快給制定譜相應徹的測騰試規(guī)乞程以穴適應博雷達脹檢測某發(fā)展協(xié)的需柏要。同時染，由爽于標逆準圖緒譜庫景的欠娃缺，描造成奧相同仔的地前質(zhì)雷史達剖企面圖翻像，鬧由不星同的他人判趣讀，揉會得暢出不宿同的澇結果憤。這喝就提考出要斷有統(tǒng)膨一的纏標準劃圖譜枝，對宴各種左可能撒的情跑況（空洞癢、不全密實炒、含斥水及邪分層遺等情快況）經(jīng)皺過試傅驗，迅做出雁標準紙圖譜寺，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