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地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程質(zhì)量控制中的應(yīng)用

文檔作者：熊桂仙文檔來(lái)源： 1．中鐵大橋局集團(tuán)武漢橋梁科學(xué)研究院有限公司 2．橋梁結(jié)構(gòu)安全與健康湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月24日
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總第1O期 地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程質(zhì)量控制中的應(yīng)用 17
地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程質(zhì)量控制中的應(yīng)用
熊桂仙
(1．中鐵大橋局集團(tuán)武漢橋梁科學(xué)研究院有限公司，湖北武漢430034；
2．橋梁結(jié)構(gòu)安全與健康湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430034)
摘要：地質(zhì)雷達(dá)質(zhì)量檢測(cè)是控制和消除隧道工程質(zhì)
量和安全隱患的有效手段，目前已在隧道工程質(zhì)量控制中廣
泛應(yīng)用。在隧道工程質(zhì)量控制中，地質(zhì)雷達(dá)主要檢測(cè)內(nèi)容包
括襯砌厚度、襯砌背后回填密實(shí)度、鋼筋和鋼架分布、初支背
后圍巖情況等。介紹地質(zhì)雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程的實(shí)施要點(diǎn)，介
電常數(shù)、測(cè)量時(shí)窗及天線(xiàn)頻率等關(guān)鍵性參數(shù)的確定以及數(shù)據(jù)
處理和解釋措施，并以鐵路隧道為例總結(jié)了地質(zhì)雷達(dá)質(zhì)量檢
測(cè)結(jié)果評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞：隧道；地質(zhì)雷達(dá)；質(zhì)量檢測(cè)
1 前 言
地質(zhì)雷達(dá)是隧道工程質(zhì)量控制的有效檢測(cè)手
段，已廣泛應(yīng)用在隧道建設(shè)過(guò)程，其檢測(cè)過(guò)程方便、
檢測(cè)實(shí)效性強(qiáng)、檢測(cè)結(jié)果直觀(guān)明確，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工
質(zhì)量缺陷情況，為現(xiàn)場(chǎng)處治并采取加固措施消除隱
患提供依據(jù)。本文主要介紹地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程質(zhì)
量檢測(cè)過(guò)程中的應(yīng)用實(shí)施要點(diǎn)及檢測(cè)結(jié)果評(píng)定
標(biāo)準(zhǔn)。
2 隧道施工質(zhì)量隱患
隧道工程屬于地下工程，具有施工程序多、內(nèi)容
復(fù)雜、隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)，由于建設(shè)管理手段不足，施
工不規(guī)范等原因，導(dǎo)致施工過(guò)程中出現(xiàn)許多質(zhì)量問(wèn)
題，使隧道結(jié)構(gòu)和線(xiàn)路的安全運(yùn)營(yíng)存在嚴(yán)重隱患。
而且由于隧道結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和工程的時(shí)效性，絕大部
分后一道工序是在前一道工序的基礎(chǔ)上立即進(jìn)行，
隱蔽部分較多，如果內(nèi)在質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，事后很難發(fā)
現(xiàn)，并且難以采取措施補(bǔ)救，特別是隧道開(kāi)挖和襯砌
施工過(guò)程，這里總結(jié)了如下幾點(diǎn)。
(1)開(kāi)挖。暗洞開(kāi)挖欠挖，導(dǎo)致斷面尺寸不足；
超挖不按要求回填，超挖回填片石(圖1)。
(2)工字鋼。工字鋼間距不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和施工規(guī)
范要求；工字鋼長(zhǎng)度不按照設(shè)計(jì)長(zhǎng)度做，導(dǎo)致工字鋼
圖1 初支超挖，片石回填
腿部懸空；用2根鋼筋代替工字鋼，然后噴上混凝
土；缺少縱向連接鋼筋。
(3)仰拱。仰拱欠挖嚴(yán)重，不按設(shè)計(jì)要求施做
仰拱，甚至不做仰拱直接做1層頂板；片石混凝土代
替混凝土；不按設(shè)計(jì)要求安設(shè)鋼架和鋼筋。
(4)噴射混凝土。對(duì)于超挖區(qū)域，在鋼架內(nèi)側(cè)
貼上石棉瓦，表面噴射混凝土；對(duì)塌腔空洞石棉瓦遮
蓋區(qū)域不注漿。初期支護(hù)噴射混凝土厚度不足，噴
射混凝土強(qiáng)度不足(圖2)。
(5)二襯。二襯混凝土厚度不足，特別是對(duì)于
I～Ⅲ類(lèi)欠挖較多的圍巖區(qū)域；二襯不按設(shè)計(jì)要求
進(jìn)行背后注漿。
如何控制和消除這些質(zhì)量和安全隱患，是施工
管理和質(zhì)量控制的重點(diǎn)。
3 地質(zhì)雷達(dá)及其檢測(cè)內(nèi)容
地質(zhì)雷達(dá)是一種電磁探測(cè)技術(shù)，利用電磁波的
穿透能力，發(fā)射高頻寬頻帶電磁脈沖波，通過(guò)接收反
射回波信號(hào)，根據(jù)其延時(shí)、形狀及頻譜特性等參數(shù)，
解譯出目標(biāo)深度、介質(zhì)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。
收稿日期：2O12—1O一25
作者簡(jiǎn)介：熊桂仙(1961一)，女，助理工程師，1985年畢業(yè)于武漢鐵路橋梁學(xué)校鐵道橋梁專(zhuān)業(yè)。
l8 橋梁檢測(cè)與加固
圖2 初支超挖，背后空洞
目前，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的雷達(dá)有：SIR 系列、
PulseEKK()系列、RAMAC／GPR型、愛(ài)迪爾CBS
地質(zhì)雷達(dá)；地大GR地質(zhì)雷達(dá)；驕鵬(GeoPen)I．TD
地質(zhì)雷達(dá)等。根據(jù)隧道襯砌設(shè)計(jì)情況和檢測(cè)目的，
雷達(dá)天線(xiàn)中心頻率可在100～1 000 MHz范圍
選擇。
在隧道工程質(zhì)量控制中，地質(zhì)雷達(dá)主要檢ijn,4內(nèi)
容包括：襯砌厚度、襯砌背后回填密實(shí)度、鋼筋和鋼
架分布、初支背后圍巖情況等。
4 地質(zhì)雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)
質(zhì)量檢測(cè)以縱向布置測(cè)線(xiàn)為主，單線(xiàn)或雙線(xiàn)隧
道一般布置6條測(cè)線(xiàn)：拱頂l條、拱腰2條、邊墻2
條、仰拱1條。具體實(shí)施方案如下。
(1)檢測(cè)前檢查天線(xiàn)和主機(jī)運(yùn)行情況，先在邊
墻位置進(jìn)行試測(cè)，調(diào)整好系統(tǒng)增益。
(2)事先在隧道兩側(cè)邊墻上每5 m或10 m問(wèn)
隔打上標(biāo)記，同時(shí)記錄電纜、施工機(jī)具、避車(chē)洞等信
息，便于后期資料解釋和分析。
(3)檢測(cè)開(kāi)始前，確保檢測(cè)臺(tái)架安全可靠，對(duì)檢
測(cè)配合人員進(jìn)行技術(shù)交底，特別是司機(jī)、天線(xiàn)滑動(dòng)
人員。
(4)檢}貝0中天線(xiàn)緊貼于隧道襯砌表面，并沿測(cè)
線(xiàn)連續(xù)滑動(dòng)。
(5)天線(xiàn)滑行速度3～5 km／h，即行進(jìn)速度約1
m／s。
(6)檢測(cè)中采用打標(biāo)的方式進(jìn)行雷達(dá)檢測(cè)信息
的里程定位。
(7)一般情況每100 m保存1個(gè)文件，記錄測(cè)
線(xiàn)位置，規(guī)定以面向線(xiàn)路大里程為準(zhǔn)。
5 檢測(cè)中的關(guān)鍵性問(wèn)題
5．1 介電常數(shù)確定
介電常數(shù)是確定襯砌厚度和缺陷深度的關(guān)鍵參
數(shù)，檢測(cè)過(guò)程中采取如下措施確保介電常數(shù)的正確
獲取：檢測(cè)前先對(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，每座隧道至少1處，有條件的隧道可
以多做，而且每處不少于3次，取平均值為該座隧道
的介電常數(shù)或電磁波速。一般可在洞口、避車(chē)洞等
已知襯砌厚度的位置，實(shí)測(cè)其雙程走時(shí)和厚度，按公
式換算便可得到襯砌混凝土電磁波速。
5．2 測(cè)量時(shí)窗確定
根據(jù)檢i=貝0的目標(biāo)體深度確定采樣窗口的大小，
并比實(shí)際測(cè)量范圍大1／3左右，便于后期解釋。例
如400 MHz天線(xiàn)進(jìn)行襯砌質(zhì)量檢測(cè)，拱墻厚度為
0．3～O．5 m，測(cè)量時(shí)窗可設(shè)定為20～3O ns，仰拱檢
測(cè)厚度為1．0～]．5 ITI，測(cè)量時(shí)窗可設(shè)定為50 I1S。
5．3 天線(xiàn)頻率選擇
根據(jù)擬探測(cè)的深度來(lái)選定天線(xiàn)的頻率。高頻天
線(xiàn)發(fā)射雷達(dá)波主頻高，分辨率高，精度較高，能量衰
減較快，探測(cè)深度較淺；低頻天線(xiàn)發(fā)射雷達(dá)波主頻
低，分辨率低，精度相對(duì)較低，能量衰減較快，探測(cè)深
度較深。若選用400 500 MHz的工作天線(xiàn)，它的
波長(zhǎng)約為20~30 cm，檢測(cè)厚度為0．3～0．5 m的襯
砌有足夠的分辨率，并可達(dá)到2 cm左右的探測(cè)精
度，可探測(cè)約2．5 m深；為探測(cè)深于3～5 m的塌方
情況，則需改用1()0～200 MHz天線(xiàn)。
6 數(shù)據(jù)處理和解釋措施
雷達(dá)數(shù)據(jù)處理和解釋是襯砌質(zhì)量檢測(cè)的重點(diǎn)，
通過(guò)雷達(dá)資料的正確解釋?zhuān)拍艿玫揭r砌厚度、缺陷
位置等結(jié)果。隧道結(jié)構(gòu)缺陷異常往往相差較遠(yuǎn)，檢
測(cè)過(guò)程天線(xiàn)移動(dòng)也常會(huì)遇到滲水、電纜、鐵架等異常
體，這些都會(huì)使雷達(dá)波形產(chǎn)生變化，而且地質(zhì)雷達(dá)資
料解釋也無(wú)標(biāo)準(zhǔn)圖譜可以參考，如何在復(fù)雜的地質(zhì)
雷達(dá)測(cè)試數(shù)據(jù)中，分析缺陷位置得到準(zhǔn)確的襯砌厚
度就成了雷達(dá)檢測(cè)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文鑒于眾
多項(xiàng)目的實(shí)踐總結(jié)了如下地質(zhì)雷達(dá)資料解釋措施。
(1)混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)用的都是單體天線(xiàn)，即發(fā)
射器和接收器合于一體。天線(xiàn)在1．5～2．0倍中心
頻率值的頻率范圍內(nèi)發(fā)射能量，并用其中心頻率值

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