隧道衬砌地质雷达无损检测技术

1、隧道衬砌质量地质雷达无损检测技术 1前言 1.1工艺概况 铁路隧道衬砌是隐蔽工程，用传统的目测或钻孔对其质量进行检测有较大的局限性; 应用物理勘探的方法对隧道衬砌混凝土进行无损检测，可取得快速、安全、可靠的效果。 1.2工艺原理 电磁反射波法（地质雷达）由主机、天线和配套软件等几部分组成。根据电磁波在有 耗介质中的传播特性，当发射天线向被测介质发射高频脉冲电磁波时，电磁波遇到不均匀 体（接口）时会反射一部分电磁波，其反射系数主要取决于被测介质的介电常数，雷达主机 通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到探测识别目标物体的目的 （图1）。 图1地质雷达基本原理示意图 电磁波在特定介质中的传播

2、速度是不变的，因此根据地质雷达记录的电磁波传播时 间即可据下式算出异常介质的埋藏深度 H: (1) 式中，V是电磁波在介质中的传播速度，其大小由下式表示： V = c ； 式中，c是电磁波在大气中的传播速度，约为 3.0 X108m/s； 为相对介电常数，不同的介质其介电常数亦不同。 雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射 系数可表示为： .：:1 - ；2 .1 2 反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差越大，反射信号越强。 雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和波的频率。电导率越高，穿透深度越 小；频率越高，穿透深度越小 2工艺特点

3、电磁反射波法(地质雷达)能够预测隧道施工中衬砌的各种质量问题，分辨率高，精 度高，探测深度一般在0.5m2.0m左右。利用高频电磁脉冲波的反射，中心工作频率 400MHZ/900 MHz/1500 MHz 采用宽带短脉冲和高采样率，分辨率较高； 采用可调程序高次迭加和多波处理等信号恢复技术，大大改善了信噪比和图像显示性 能。 (1) 操作简单，对工作环境要求不高； (2) 对衬砌隐蔽工程质量问题性质判断一般精度较高，分辨率可达到25cm检测 的深度、结构尺寸以及里程偏差或误差小于 10%缺陷类型识别准确度达95%上; (3) 通过专业的RADAN 6.0分析软件，专业的技术人员可以迅速的完成数

4、据处理等。 3适用范围 地质雷达有其适用范围和适用条件，目标体与周围介质是否存在足够的电性差异，是 探测工作是否有效的前提，这种电性差异就是介电常数；应根据不同的检测对象和检测要 求选用不同的天线类型；适用条件，探测的目标体与周围介质有较大的介电常数差异并具 有较好的反射条件；上覆层导电性较弱；目标体具有一定的体积，引起的异常有一定的强 度；具有一定的探测对比资料。 该技术适用于隧道衬砌质量施工过程控制和竣工验收的无损检测。 4主要引用标准 高速铁路隧道工程施工质量验收标准(TB 10753-2010) 铁路隧道工程施工质量验收标准 TBI0417-2003 铁路隧道衬砌质量无损检测规程施工规

5、范(TB10223-2004) 铁路工程物理勘探规程(TB10013-2004) 岩土工程勘察规范(GB50021-2001 云桂铁路石林隧道地质雷达无损检测实施细则 云桂铁路石林隧道相关设计图纸以及相关施工资料。 5施工方法 1、检测前的准备工作： 收集隧道工程地质资料、施工图、设计变更资料和施工记录； 进行现场调查，做好测量里程标记。 检测时应遵守有关安全规定，配备必要的安全防护人员及设备。 2、检测设备、照明机具工作电源要保证电量充足，能够保证一天的正常使用。 3、雷达主机、显示器、天线、电缆等设备之间连接良好，设备工作正常。 4、 需要分段测量时，相邻测量段接头重复长度不应小于1m 5

6、、 提前准确标记检测位置里程，提前采用红油漆每隔5m做一个标记，标记高度为轨 面或路面上1m左右；现场检测时标记为5m/单标的里程标记方式；记录标记里程与现场标 记里程允许误差土 10cm 6测线布置应符合下列规定： 隧道施工过程中质量检测应以纵向布线为主，环向布线为辅（存在问题地段需要加密 检测时布置环向测线）。雷达测线横断面布置如图2。 纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰、左右边墙和隧底各布1条； 环向布线可按检测内容和要求布设线距，一般情况线距510m 采用点测时每断面不少于6个点。检测中发现不合格地段应加密测线或测点； 三线隧道应在隧道拱顶部位增加 2条测线。 7、 检测前，应先搭建

7、隧道衬砌雷达检测台车或采用检测车，以便天线能到达检测测线 位置。雷达检测台车现场检测方式见图 3。 8、 现场要求准确记录检测测线的高度和水平位置，准备受检隧道设计衬砌厚度（其中 边墙衬砌设计厚度按内轨顶面以上 1.0m计），格栅、拱架设计区段及间距，围岩类型等资 料，供现场数据采集参数设置和后期资料处理使用。 9、雷达天线频率的选择及测线的布置 根据以往进行地质雷达检测的经验，采用高频天线检测精度较高，但测量范围较小， 采用低频天线检测精度较低，但测量范围较大。因此，针对本次检测的内容，决定采用 400MHz或900MHZ勺雷达线6条测线。在现场利用工程检测车以小于 5公里/小时的车速进 行

8、检测。对于有疑问处，采用钻芯取样进行破检检测。 图2雷达测线横断面布置图 图3现场检测方式示意图 10、介质参数的标定 1 ）检测前应对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定，且每座隧道应不小于 1 处，每处实测不少于3次，取平均值为该隧道的介电常数或电磁波速。 当隧道长度大于3km 衬砌材料或含水量变化较大时，应适当增加标定点数。 2）标定可采用下列方法： 在已知厚度部位或材料与隧道相同的其他预制件上测量; 在洞口或洞内避车洞处使用双天线直达波法测量； 钻孔实测。 3）求取参数时应具备以下条件 标定目标体的厚度一般不小于15cm且厚度已知； 标定记录中界面反射信号应清晰、准确。 4）标定结

9、果应按下式计算： 式中 ；相对介电常数 v电磁波速（m/s） t 双程旅行时间（ns） d 标定目标体厚度或距离（m。 6工艺流程及操作要点 6.1工艺流程 衬砌质量地质雷达无损检测工艺流程如图 4。 图4衬砌质量地质雷达无损检测工艺流程 6.2操作要点 1、现场检测人员要保证雷达天线密贴衬砌表面行进。 2、现场检测人员密切配合，保证天线实际检测位置与标记线位置吻合。 3、检测天线应移动平稳、速度均匀、考虑仪器扫描速度与实测条件，天线移动速度宜 为35km/h匀速前进。 4、现场记录要保证记录测线号、方向、标记间隔及天线类型等，随时记录现场产生电 磁波干扰的物体（如渗水、电缆、铁架等）及其位置

10、。 5、 纵向布线应采用连续测量方式，扫描速度不得小于40道（线）/s ;特殊地段或条件 不允许时可采用点测方式，测量点距不得大于20 cm。 6、建立完善的衬砌质量无损检测工作管理制度，按照建设标准化管理体系、招标文件、 技术指南以及相关规范规定的要求和现场实际情况，开展检测工作。 7、定期对检测设备、仪表性能进行检查，确保在使用过程中一切设备运转正常。 8地质雷达无损检测资料是反映工程质量的重要依据之一，现场检测技术资料应随施 工进度同步整理，按类型、时间归类，并保证及时、准确、真实，不得私自涂改、仿造、 随意抽换、销毁、丢失，资料应做到内容齐全真实，书写字迹端正清楚。 9、检测人员员对各

11、种原始记录都要认真保存，对上级主管部门发给的质量标准和有关 安全、质量方面的通知，应及时转发给现场工程技术负责人。 10、隧道衬砌中各类缺陷判析 1）衬砌背后回填密实度的主要判别特征： 密实：信号幅值较弱，甚至没有界面反射信号； 空洞：衬砌界面反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号 时程差较大。 不密实：衬砌界面的强反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续，较分散； 2）钢架、钢筋位置分布的主要判别特征： 钢架：分散的月牙形强反射信号； 钢筋：分散的倒” V字型反射信号； 3、 地质雷达法的采集数据质量检查为检测总工作量的5%检查资料与被检查资料的 雷达图像应具有良好的重复性、

12、波形基本一致、异常没有明显位移。 4、检测资料质量评定应符合下列规定： 衬砌背后回填密实度和空洞的检查点相对误差小于10%为合格，衬砌混凝土厚度的检 查点相对误差小于15%为合格； 合格的检查点数大于总检查点数量的 90%为合格 7劳动力组织 衬砌质量地质雷达无损检测组劳动力组织见表 1 表1衬砌质量地质雷达无损检测组劳动力组织表 人员 人数 主要任务 负责人 1 全面负责检测工作的协调、组织、安排工作 技术主管 1 全面负责无损检测技术相关工作 隧道专业工程师 1 负责指导现场布置检测测线，负责检测基础数 据收集（里程标记、特殊段落等）。 协助作业工人 5 负责整个检测过程的配合工作 8主要

13、机具设备 主要设备配置见表2。 表2综合地质雷达无损检测主要设备配置表 序号 设备名称 型号 数量 备注 1 电磁反射波（地质雷达） SIR-3000 1套 2 检测台车 1台 自制或外购 9质量控制 9.1易出现的质量问题 （1）现场检测准备工作准备不充分，障碍物过多，导致检测过程中易出现漏检； （2）里程标记有较大误差，导致检测结果和实际不相符； （3）衬砌检测结果判释人员经验不足，资料分析有偏差； （4）检测结果的反馈渠道不畅通、不及时。 9.2保证措施 （1）实现对建设单位的质量承诺，严格按照合同条款要求及现行规范标准组织开展工 作。 （2）在施工过程中，以设计文件、技术指南以及现行规

14、范标准为依据，按建设标准 化管理体系通过对地质雷达无损检测要素和关键程序的控制，切实落实检测责任制。检 测工作要责任到人，对地质雷达无损检测方法按工序严加施做，保证工程施工质量合格。 （3）定期对各种仪器、仪表等进行标定，专人负责管理。严格按仪器说明进行现场操 作，确保数据的可靠性。 （4）对采集数据及时处理，形成的检测成果及时汇报，对质量问题较大的地段要第一 时间上报，密切关注现场验证情况，确保检测成果的准确性和指导性，保证施工适量。 （5）对各种检测原始数据，现场照片，会议记录等重要资料分门别类汇总归档，以利 于检测工作的验收。 10安全措施 10.1检测台车的防护措施 （1）检测车上搭建

15、的临时作业平台，为确保检测人员、机械和设备在检测台车行走过 程中的安全，临时作业平台要有足够的刚度、强度和稳定性，并和检测车连接牢固； （2）检测车不可以急行、急停，要听从检测人员的统一指挥，慢起、慢停； （3）在路面凹凸不平的地段，在确保检测车安全通过后，方可进行下一步的检测工作; （4）检测工作完成后，现场为检测目的所搭建的临时设施应全部拆除，辅助材料应统 一收集、处理，使检测现场恢复原状，确保安全； 10.2检测现场应急措施 （1）检测现场应配备应急照明灯和应急通讯设备； （2）检测现场发生意外时，应迅速采取救援措施，并立即向上级单位报告情况，力争 将损失降到最低。 11应用实例 地质雷达无损检测典型图例 图5衬砌背后脱空 图6衬砌背后不密实