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地質(zhì)雷達在隧道工程質(zhì)量控制中的應用

文檔作者：熊桂仙文檔來源： 1．中鐵大橋局集團武漢橋梁科學研究院有限公司 2．橋梁結構安全與健康湖北省重點實驗室		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月24日
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總第1O期 地質(zhì)雷達在隧道工程質(zhì)量控制中的應用 17
地質(zhì)雷達在隧道工程質(zhì)量控制中的應用
熊桂仙
(1．中鐵大橋局集團武漢橋梁科學研究院有限公司，湖北武漢430034；
2．橋梁結構安全與健康湖北省重點實驗室，湖北武漢430034)
摘要：地質(zhì)雷達質(zhì)量檢測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
泛應用。在隧道工程質(zhì)量控制中，地質(zhì)雷達主要檢測內(nèi)容包
括襯砌厚度、襯砌背后回填密實度、鋼筋和鋼架分布、初支背
后圍巖情況等。介紹地質(zhì)雷達現(xiàn)場檢測過程的實施要點，介
電常數(shù)、測量時窗及天線頻率等關鍵性參數(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了地質(zhì)雷達質(zhì)量檢
測結果評定標準。
關鍵詞：隧道；地質(zhì)雷達；質(zhì)量檢測
1 前 言
地質(zhì)雷達是隧道工程質(zhì)量控制的有效檢測手
段，已廣泛應用在隧道建設過程，其檢測過程方便、
檢測實效性強、檢測結果直觀明確，能及時發(fā)現(xiàn)施工
質(zhì)量缺陷情況，為現(xiàn)場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)雷達在隧道工程質(zhì)
量檢測過程中的應用實施要點及檢測結果評定
標準。
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
復雜、隱蔽性強等特點，由于建設管理手段不足，施
工不規(guī)范等原因，導致施工過程中出現(xiàn)許多質(zhì)量問
題，使隧道結構和線路的安全運營存在嚴重隱患。
而且由于隧道結構的特點和工程的時效性，絕大部
分后一道工序是在前一道工序的基礎上立即進行，
隱蔽部分較多，如果內(nèi)在質(zhì)量出現(xiàn)問題，事后很難發(fā)
現(xiàn)，并且難以采取措施補救，特別是隧道開挖和襯砌
施工過程，這里總結了如下幾點。
(1)開挖。暗洞開挖欠挖，導致斷面尺寸不足；
超挖不按要求回填，超挖回填片石(圖1)。
(2)工字鋼。工字鋼間距不滿足設計和施工規(guī)
范要求；工字鋼長度不按照設計長度做，導致工字鋼
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。仰拱欠挖嚴重，不按設計要求施做
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；不按設計要求安設鋼架和鋼筋。
(4)噴射混凝土。對于超挖區(qū)域，在鋼架內(nèi)側
貼上石棉瓦，表面噴射混凝土；對塌腔空洞石棉瓦遮
蓋區(qū)域不注漿。初期支護噴射混凝土厚度不足，噴
射混凝土強度不足(圖2)。
(5)二襯。二襯混凝土厚度不足，特別是對于
I～Ⅲ類欠挖較多的圍巖區(qū)域；二襯不按設計要求
進行背后注漿。
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。
3 地質(zhì)雷達及其檢測內(nèi)容
地質(zhì)雷達是一種電磁探測技術，利用電磁波的
穿透能力，發(fā)射高頻寬頻帶電磁脈沖波，通過接收反
射回波信號，根據(jù)其延時、形狀及頻譜特性等參數(shù)，
解譯出目標深度、介質(zhì)結構及性質(zhì)。
收稿日期：2O12—1O一25
作者簡介：熊桂仙(1961一)，女，助理工程師，1985年畢業(yè)于武漢鐵路橋梁學校鐵道橋梁專業(yè)。
l8 橋梁檢測與加固
圖2 初支超挖，背后空洞
目前，在國內(nèi)應用較多的雷達有：SIR 系列、
PulseEKK()系列、RAMAC／GPR型、愛迪爾CBS
地質(zhì)雷達；地大GR地質(zhì)雷達；驕鵬(GeoPen)I．TD
地質(zhì)雷達等。根據(jù)隧道襯砌設計情況和檢測目的，
雷達天線中心頻率可在100～1 000 MHz范圍
選擇。
在隧道工程質(zhì)量控制中，地質(zhì)雷達主要檢ijn,4內(nèi)
容包括：襯砌厚度、襯砌背后回填密實度、鋼筋和鋼
架分布、初支背后圍巖情況等。
4 地質(zhì)雷達現(xiàn)場檢測
質(zhì)量檢測以縱向布置測線為主，單線或雙線隧
道一般布置6條測線：拱頂l條、拱腰2條、邊墻2
條、仰拱1條。具體實施方案如下。
(1)檢測前檢查天線和主機運行情況，先在邊
墻位置進行試測，調(diào)整好系統(tǒng)增益。
(2)事先在隧道兩側邊墻上每5 m或10 m問
隔打上標記，同時記錄電纜、施工機具、避車洞等信
息，便于后期資料解釋和分析。
(3)檢測開始前，確保檢測臺架安全可靠，對檢
測配合人員進行技術交底，特別是司機、天線滑動
人員。
(4)檢}貝0中天線緊貼于隧道襯砌表面，并沿測
線連續(xù)滑動。
(5)天線滑行速度3～5 km／h，即行進速度約1
m／s。
(6)檢測中采用打標的方式進行雷達檢測信息
的里程定位。
(7)一般情況每100 m保存1個文件，記錄測
線位置，規(guī)定以面向線路大里程為準。
5 檢測中的關鍵性問題
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鍵參
數(shù)，檢測過程中采取如下措施確保介電常數(shù)的正確
獲?。簷z測前先對襯砌混凝土的介電常數(shù)或電磁波
速做現(xiàn)場標定，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、避車洞等
已知襯砌厚度的位置，實測其雙程走時和厚度，按公
式換算便可得到襯砌混凝土電磁波速。
5．2 測量時窗確定
根據(jù)檢i=貝0的目標體深度確定采樣窗口的大小，
并比實際測量范圍大1／3左右，便于后期解釋。例
如400 MHz天線進行襯砌質(zhì)量檢測，拱墻厚度為
0．3～O．5 m，測量時窗可設定為20～3O ns，仰拱檢
測厚度為1．0～]．5 ITI，測量時窗可設定為50 I1S。
5．3 天線頻率選擇
根據(jù)擬探測的深度來選定天線的頻率。高頻天
線發(fā)射雷達波主頻高，分辨率高，精度較高，能量衰
減較快，探測深度較淺；低頻天線發(fā)射雷達波主頻
低，分辨率低，精度相對較低，能量衰減較快，探測深
度較深。若選用400 500 MHz的工作天線，它的
波長約為20~30 cm，檢測厚度為0．3～0．5 m的襯
砌有足夠的分辨率，并可達到2 cm左右的探測精
度，可探測約2．5 m深；為探測深于3～5 m的塌方
情況，則需改用1()0～200 MHz天線。
6 數(shù)據(jù)處理和解釋措施
雷達數(shù)據(jù)處理和解釋是襯砌質(zhì)量檢測的重點，
通過雷達資料的正確解釋，才能得到襯砌厚度、缺陷
位置等結果。隧道結構缺陷異常往往相差較遠，檢
測過程天線移動也常會遇到滲水、電纜、鐵架等異常
體，這些都會使雷達波形產(chǎn)生變化，而且地質(zhì)雷達資
料解釋也無標準圖譜可以參考，如何在復雜的地質(zhì)
雷達測試數(shù)據(jù)中，分析缺陷位置得到準確的襯砌厚
度就成了雷達檢測工作的重點和難點。本文鑒于眾
多項目的實踐總結了如下地質(zhì)雷達資料解釋措施。
(1)混凝土結構檢測用的都是單體天線，即發(fā)
射器和接收器合于一體。天線在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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