地质雷达在隧道工程质量检测中应用的若干技术问题

1、.地质雷达在隧道工程质量检测中应用的若干技术问题甘肃智通科技工程检测咨询有限公司 岩土中心 刘东坡摘 要：虽然地质雷达在隧道工程质量检测中得到了广泛的应用，但我今天就检测过程中所遇到的问题（雷达波速的标定、地质雷达天线频率的选择、地质雷达图像的定位等问题）、检测设备所存在的问题（隧道检测专用检测车的购置或设计问题）、后处理问题（缺陷中空洞的准确定位、标准图谱库的建立）等均有待进一步得到解决。本文就上述问题说一些自己浅显的看法。关键词：雷达波速标定；天线频率选择；里程标记；隧道专用检测车的购置或设计；空洞定位问题引 言随着国家陆路交通的不断发展，铁路公路隧道的数量也在逐年增加，同时在运营过程中暴

2、露出来的隧道病害也在连连告急。这就需要一种高效的能够对隧道衬砌质量进行全面快速的检测方法来适应这种发展，使隧道病害能够提前得到治理。地质雷达检测方法可以对隧道衬砌混凝土厚度、密实性、脱空等进行快速检测，它不仅克服了传统上以点盖面的只靠目测和打孔抽查来对隧道质量进行不全面检测的缺点，而且是一种采用高科技手段，以其高分辨率和高准确率、能快速、高效的进行无损检测的方法，在隧道工程质量检测中得到广泛的应用。虽然地质雷达在隧道工程质量检测中得到了广泛的应用，但我今天就检测过程中所遇到的问题（雷达波速的标定、地质雷达天线频率的选择、地质雷达图像的定位等问题）、检测设备所存在的问题（隧道检测专用检测车的购置

3、或设计问题）、后处理问题（缺陷中空洞的准确定位、标准图谱库的建立）等均有待进一步得到解决。以下就上述问题说一些自己浅显的看法。1波速标定问题-直接法（已知厚度反求速度法） 1.1钻芯法测混凝土衬砌厚度在地质雷达检测的测线上，用钻机在混凝土上钻透衬砌混凝土，然后再用尺量出混凝土衬砌的实际厚度(d)，并从地质雷达图像上读出钻取位置处衬砌混凝土反射层面的双层走时，再根据式(1)即可求出波速。 式（1） 隧道初衬钻芯检测现场照片（图一） 1.2利用激光断面仪测混凝土衬砌厚度 使用激光断面仪对隧道二衬前断面进行检测，待二衬完成后在同一断面再次进行检测，通过相同位置两次检测结果的差值，可得出检测断面二衬的

4、准确值。再根据式（1）利用此准确值对地质雷达在二衬混凝土中传播的波速进行标定。 BJSD-型激光断面仪（图二）临合三标双城隧道ZK19+435处初衬断面（图三）临合三标双城隧道ZK19+435处二衬断面（图四） 由图三和图四可知，同一断面处厚度差值为0.5+0.178-0.092=0.586（m）（图三拱顶处比图四拱顶处设计断面半径大0.5m）。 临合三标双城隧道ZK19+435处雷达厚度图像（图五）由图五可知，临合三标双城隧道ZK19+435处雷达波双程走时为12ns，根据式（1）求出波速为0.098m/ns。 已知整个检测断面的初支/二衬厚度，可将不同测线在此断面的波速分别求出，再对其进行

5、综合分析，求出综合的波速值。从这点出发，要比钻芯法求衬砌厚度的方法在科学性、准确性（精度）上都优越得多。2.混凝土龄期对雷达检测的影响问题 由相关文献知：利用地质雷达技术检测混凝土内部缺陷体时，混凝土龄期越短，探测缺陷体的效果越好。这就说明随混凝土龄期的不同，其介电常数是有差异的。从而提出龄期对雷达波速有影响的问题。（探地雷达在对介电常数小，电阻率大的介质进行探测时效果会比较理想） 但我们在实际工作中发现，某些含水量较大的隧道，二衬施工时间较短的话，探测出的雷达信号是十分不理想的。对于十分敏感的电磁波，二衬混凝土含水量的多少对于探测结果干扰较大。临合六标晒经滩隧道左线进口边墙处二衬图像龄期约为

6、14天（图六）临合六标晒经滩隧道左线进口边墙处二衬图像龄期约为6个月（图七） 由图六和图七可知，某些含水量较大的隧道，龄期越长，雷达检测图像约清晰，雷达检测效果越好。3地质雷达天线频率的选择问题 频率高的天线发射雷达波主频高、分辨率高、精度较高、能量衰减较快、探测深度较浅；频率低的天线发射雷达波主频低、分辨率低、精度相对较低、能量衰减较慢、探测的深度较深。各频率天线详见表1、所示。表1 不同天线的穿透深度序号天线 (MHz)土壤中(m)岩石中(m)备注12525402502030310012204200815525051065003.55780023.5810001.53RAMAC型地质雷达各

7、频率天线（图八）因此，选用天线时，应根据隧道混凝土厚度及检测要求来确定天线的频率，详见表2。表2 检测厚度与天线频率选择对照表序号探测目标及深测深度（cm）天线频率（MHz）备注1喷混凝土（1020）8002模筑混凝土(30100)5003衬砌背后围岩（200300）200；1003.里程的标记问题为了保证地质雷达图像上各测点的位置与实际检测里程的位置相对应，先在隧道边墙上用红油漆每5m作一个标记，标注里程以供核对。实际检测时，当天线对齐某一标记时，由仪器操作员向仪器输入信号，在雷达记录中每5作一个标记，同时，应尽量使天线匀速移动。由于检测时天线的走向不是真正意义上的直线，而是蛇形前进，所以，

8、即使是采用里程轮，也应对记录的里程与实际里程进行核对。整理资料时，根据标记和记录的首末标及工作中间核查的里程，在雷达的时间剖面图上标明里程，以保证雷达图像点位的准确。4.隧道专用检测车的购置或设计目前在现场进行隧道雷达检测时，多采用装载机、挖掘机或货车上焊接钢筋工作台的方式提供检测平台，甚至直接使用隧道施工台车提供检测平台，如图九、图十、图十一所示，这些方式不能很好的使雷达天线紧贴被测物表面，亦不能真正意义上使雷达天线走一条直线，且存在一定的安全隐患，故提出隧道专用检测车的购置或设计问题。对于专用检测车的要求：以汽车/卡车为载体，在其上架设特制部件用于安放雷达天线，为了使天线密贴衬砌表面，在雷

9、达下部加设弹簧等结构给天线加力，使其密贴；就目前而言，所检测的测线并非完全意义上的直线，大多存在左右或上下摆动，造成天线沿衬砌表面蛇形前进或局部存在脱离衬砌表面，所以要在检测车上安设导向装置，使天线的走向（地质雷达测线）成真正意义上的直线。某隧道现场检测图片（图九）某隧道现场检测图片（图十）某隧道现场检测图片（图十一）5.空洞定位问题在隧道衬砌的缺陷判定时，所采用的地质雷达图像通常只是某一条测线所采集到的。众所周知，地质雷达所采集的图形并不完全是天线所经过测线剖面的如实反映，如若在测线附近存在空洞等缺陷时，即使不在测线剖面上，在地质雷达图像上也会有反映。当存在这种情况时，如只采用一条测线对空洞进行精确定位是比较困难的。如若在其空洞位置正交补测一条或多条短测线，则可通过两个、多个地质雷达剖面图像进行立体分析，可对空洞进行精确定位。但对于空洞存在的规模（空洞高度）仍不能准确定量。这是因为：雷达波在空洞的波速无法准确给定；空洞第二界面的反射波特征很难确认，雷达波在空洞内会产生震荡信号，从而导致空洞的高度无法准确定量。6.标准图谱库的建立由于标准图谱库的欠缺，造成相同的地质雷达剖面图像，由不同的人判读，会得出不同的结果。这就提出要有统一的标准图谱，对各种可能的情况（空洞、不密实、含水及分层等情况）经过试验，做出标准图谱，供判