地质雷达在隧道二衬检测中的应用.doc

1、地质雷达在隧道二衬检测中的应用摘要：通过探讨地质雷达的优势、在隧道检测中的基本原理和具体在二衬中的实用，采用比对、案例分析等方法，对地质雷达在隧道二衬中的应用进行了深入简出的阐述。目的是令更多工程检测人员能够了解地质雷达检测的先进性。实践证明，地质雷达检测在隧道施工环节易操作、精准度高且效果好，值得进行普遍性推广应用。 关键词：地质雷达隧道二衬检测应用 Geological radar in the second lining tunnel test, the application LiuXin Guizhou bridge construction group co., LTD Abstr

2、act: through discussing the advantages of geological radar in the detection of tunnel, the basic principles and concrete in the second lining of the practical, comparison, case analysis method, the geological radar in tunnel lining in the two with the deep Jane out of paper. Purpose is to make more

3、engineering testing personnel to understand the advanced nature of geological radar detection. Practice has proved, geological radar detection in tunnel construction link easy operation, high precision and good effect, worthy of popularization and application of the general. Keywords: geological rad

4、ar tunnel two line detection application 中图分类号： TN95 文献标识码： A 文章编号： 0 引言 全国交通运输的日益成熟带动了城际省际甚至国际间水陆网络的集成化规模化发展。客观上就促使了公路、铁路和水路的交通建设，隧道及隧道群不断增多出现。而隧道的使用安全关系着人们的生命安全。营运隧道结构施工质量的稳定关系着隧道的使用安全性。因此有效做到质量检验对隧道施工至关重要，而这重中之重便是对衬砌质量的检测。 1 地质雷达检测在隧道二衬中的优势 传统检验二次衬砌时一般采用直接眼观法和打孔抽查的方法评价质量。目测法由于人为操作的因素较高往往容易出现较大的误差

5、。而打孔抽查法是利用钻空来探测衬砌厚度和空洞。尽管这种方法较为直观，但是钻孔容易对隧道防排水系统造成破坏，减少隧道使用寿命。检测需要钻孔，延长了检测的时间，且抽样方式的代表性不高，其检测不能形成连续剖面，缺少完整性会导致隧道工程的整体质量评估不准确。而地质雷达则采用先进的电子设备和电磁波作为一种先进的检测方法，减少了人为干预的过程从而减少了人为误差的可能性，并且利用不同介质不同反射波的原理可以无需破坏隧道即可达到检测目的。其具有方便快捷、准确高效的优点。 2 隧道二衬中地质雷达的检测原理 2.1 地质雷达电磁波的检测原理 采用地质雷达进行二衬检测的原理的理论基础是高频率电磁波。它的工作方式是通

6、过短脉冲和宽频电磁波，经地表发射天线将电磁波传送到地下，再借助地下地质层或洞隙、渗漏区和钢筋等目标体反回地表，被天线所接收，通过计算机信息数据分析地下地质层或目标体与周围介质的电磁特性差异（即电磁波的时频、振幅特征） ，可掌握目标体的性质及形态。具体检测使用的地质雷达设备主要由天线和控制主机两部分组成。天线是用来接收和发射高频波的工具，主机则提供信号控制功能。天线发射的电磁波在隧道衬砌和围岩内传播，遇到空隙裂缝、衬砌边界和围岩等界面时发生反射现象，被反射回的电磁波再由天线接收到以信号形式输入计算机，计算机将这些反射信号做实时数字化记录和存储处理。 2.2 地质雷达电磁波的公式计算 2.2.1

7、磁介质雷达电磁波的公式计算 （1）脉冲波往返所需时间 t：，式中反射体用 z 标识深度，单位m；x 为发射和接收天线的间距，单位 m；v 为脉冲波的波速，单位m/ns。 （2）当反射与接收天线之间的距离 x 趋近于 0 时，目标体深度h：。 2.2.1 非磁介质雷达电磁波的公式计算 （1）隧道以砼和岩石为主的为非磁介质。据试件模拟试验的理论研究表明，雷达电磁波在介质中的传播规律是传播速度同介质相对介电常数成反比，即介质相对介电常数增加，传播速度降低。雷达电磁波可按计算。其中，c 为电磁波的真空传播速度，c=0.3m/ns；为介质的相对磁导率，其趋近于 1；为介质的相对介电常数。一般水的电磁波波

8、速最低约为 0.033m/ns，干燥围岩在 0.11m/ns 左右。 （2）非磁性物质的入射系数（90界面）R： 式中， 为相对介电常数；用数字下角标用来定义上、下界面两种不同介质。上、下界面 的各异决定了反射系数大小，也决定了雷达反射波的强弱。相邻的 值相差的越大，反射就越强，其界面辨别就越简单快速。 3 隧道二衬应用地质雷达的案例 以某沿海城市的某条隧道工程为实地地质雷达隧道二衬的案例分析。隧道为双线八车道分离式剥蚀区，左线 3670m、右线 3317m，其中海平面以下有 1050m，衬砌内空截面为净高 7m 拱顶的单心圆曲墙，复式洞身衬砌，标高最低设计为-14.75m，浅埋深，二次衬砌厚

9、度据围岩情况设计区间在45cm，70cm 。隧道以左洞 ZK9+250ZK10+132 和右洞YK9+250YK10+135 标的检测里程桩号。 3.1 隧道现场检测的方法 现场检测采用国外某工业公司生产的地质雷达。选配天线各指标为500MHz、时窗 60ns、120 根扫描线/s、point525 个/扫描线。工作人员雷达检验测算可在移动交通工具上进行，设备人员同随交通工具匀速移动向前行驶，检测时将天线贴于衬砌砼土表面以 6km/h 的速度移动。天线在发射电磁波的同时，接收来自衬砌介质界面的反射波。规定以 2m 左右的探测深度为准，分对隧道的拱腰、拱顶四条线实行测距轮模式的多次连续重复扫描并记录空洞、衬砌厚度及围岩形态特性等情况。 3.2 现场雷达波速的计算 检测中重要的指标之一就是二衬厚度，而雷达波速则是影响厚度计算的主要数值。雷达波在砼土或岩石中传播速度受隧道衬砌的用料情况和施工工艺干扰会出现数值的变化，因此为保证数据可靠性测算施工现场的雷达波的波速十分重要。检测可利用激光断面仪测量初支断面以及二次衬砌浇注断面的差值来计算出二衬厚度，实现速度的逆向求解。即用激光断面仪对初支后的初衬进行取值，再对二衬浇注后此面做净空测量取值，将前后两次检测值相减得出的断面差作为二衬厚度的准确值。然后根据地质雷达图像分析得出的脉冲波走时，套入公式即可算出现场二衬混凝土或岩石的雷达波速。