隧道襯砌地質(zhì)雷達(dá)檢測質(zhì)量控制

何明峰，黃 潘

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津300000)

地質(zhì)雷達(dá)檢測是一種無損檢測技術(shù)，儀器輕便，集數(shù)字采集、記錄、存儲和處理于一體，工程上具有較滿意的探測深度和分辨率，現(xiàn)場能夠直接提供實(shí)時剖面記錄圖，圖像清晰直觀，適應(yīng)性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于市政設(shè)施及管線、公路及機(jī)場跑道、鐵路路基、隧道襯砌檢測等。

1 基本原理

地質(zhì)雷達(dá)是以電磁波在有耗介質(zhì)中傳播規(guī)律為理論基礎(chǔ)，用天線向介質(zhì)中發(fā)射高頻率、寬頻帶的短脈沖電磁波，電磁波在介質(zhì)中傳播，實(shí)測時將地質(zhì)雷達(dá)的天線密貼于襯砌表面，雷達(dá)波通過天線進(jìn)入混凝土襯砌中，遇到鋼筋、鋼質(zhì)拱架、材質(zhì)有差別的混凝土、混凝土中間的不連續(xù)面、混凝土與空氣分界面、混凝土與巖石分界面、巖石中的裂面等產(chǎn)生反射，接收反射波，測出反射波的入射、反射雙向走時，通過計(jì)算電磁波在介質(zhì)中的雙程走時、振幅大小、相位移等特征值，來判斷目標(biāo)體的深度、異常規(guī)模等(見圖1)。

圖1 基本原理示意

目標(biāo)深度公式:

式中:v為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度;t為雙程走時(ns);c為光速(c=0.3m/ns);εr為地下介質(zhì)的相對介電常數(shù)值。

2 影響數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的因素

地質(zhì)雷達(dá)是用天線向介質(zhì)中發(fā)射高頻率、寬頻帶的短脈沖電磁波，因此高壓線路、通訊基站對數(shù)據(jù)采集有較大影響。在現(xiàn)場實(shí)際檢測過程中，根據(jù)不同的深度來選定天線的頻率。頻率高的天線發(fā)射雷達(dá)波主頻高、分辨率高，穿透深度小;頻率低的天線發(fā)射雷達(dá)波主頻低、分辨率低，穿透深度大。數(shù)據(jù)采集是檢測工作中最為基礎(chǔ)同時也是最為重要的環(huán)節(jié)，檢測過程中必須避免人為因素的干擾和影響。

因此，影響數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的因素有:(1)各種參數(shù)，如:天線的中心頻率、采樣時窗、采樣間隔、掃描/單位、增益、濾波等;(2)電磁信號干擾;(3)天線與襯砌表面的密貼情況;(4)臺車行進(jìn)過程中的速度、平穩(wěn)性等。

3 隧道襯砌雷達(dá)檢測內(nèi)容

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，在隧道拱頂中線、左側(cè)拱腰、右側(cè)拱腰、左側(cè)邊墻、右側(cè)邊墻、隧底中線等部位沿隧道走向布置測線，隧道襯砌雷達(dá)檢測內(nèi)容包括:隧道襯砌厚度 、隧道襯砌背后回填密實(shí)度、鋼架、鋼筋數(shù)量情況 、施工時坍方位置及坍方的處理情況等。

圖2 雷達(dá)圖像(圖中框內(nèi)為二襯脫空范圍)

4 應(yīng)用實(shí)例分析

圖2顯示該段為隧道拱頂測線，通過分析該段雷達(dá)圖像，確定二襯后脫空，深度約6～68 cm，且二襯厚度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)現(xiàn)場鉆孔驗(yàn)證，檢測結(jié)論準(zhǔn)確，二襯后脫空，且二襯厚度最薄處僅為7 cm。

圖3 雷達(dá)圖像(黃色圈內(nèi)為二襯脫空范圍)

圖4 注漿處理后復(fù)測雷達(dá)圖像

圖3、圖4顯示該段為隧道拱頂測線。圖3為第一次檢測雷達(dá)圖像，圖4為注漿處理后復(fù)測雷達(dá)圖像，通過分析雷達(dá)圖像，脫空缺陷消失，對比圖3，說明注漿效果明顯、有效。

圖5 雷達(dá)圖像(黃色圈內(nèi)為仰拱填充不密實(shí))

圖5、圖6顯示該段為隧道隧底仰拱中線測線。通過雷達(dá)圖像分析，圖5中黃色圈處為隧道仰拱填充內(nèi)欠密實(shí)，建議對該里程段落進(jìn)行驗(yàn)證處理。從圖6中可以看出，紅色圓圈處為仰拱填充層內(nèi)有離析混凝土以及異物充填。

圖6 對應(yīng)段落鉆芯取樣驗(yàn)證照片

通過以上實(shí)例分析，地質(zhì)雷達(dá)檢測方法能夠客觀準(zhǔn)確地反映隧道襯砌質(zhì)量。

5 質(zhì)量控制措施

為確保檢測質(zhì)量，需從以下四個方面來實(shí)現(xiàn)。

(1)提前做好準(zhǔn)備工作，如:清理障礙物，左右邊墻位置處標(biāo)識準(zhǔn)確醒目的里程標(biāo)記;

(2)嚴(yán)格控制現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集過程，保證采集數(shù)據(jù)翔實(shí)可靠，同時確保做好現(xiàn)場記錄;

(3)認(rèn)真核對圍巖級別及設(shè)計(jì)參數(shù)，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶幚砗头治觯未嬲妫卸ㄈ毕菸恢眉邦愋?

(4)及時追蹤現(xiàn)場缺陷驗(yàn)證情況，待缺陷處理完畢后，及時進(jìn)行復(fù)測工作，對比分析，確保缺陷整改，從而保證工程質(zhì)量。

6 結(jié)束語

通過分析地質(zhì)雷達(dá)檢測圖像，能夠準(zhǔn)確確定缺陷位置及規(guī)模，為施工單位進(jìn)行缺陷處理提供了準(zhǔn)確依據(jù)，對隧道實(shí)體質(zhì)量的控制起到重要作用。隨著國家對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大量投入和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，地質(zhì)雷達(dá)在隧道襯砌質(zhì)量檢測與控制中將會有更為廣泛的應(yīng)用和前景。

［1］TB10223－2004鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程［S］

［2］TB10013－2010鐵路工程物理勘探規(guī)程［S］

［3］TB10753－2010高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］