地质雷达在轨道交通建设中的应用与探讨

1、地质雷达在轨道交通建设中的应用与探讨交流汇报： UCD 目 录CONTENTS01单位简介02地质雷达工作原理及应用03地质调查、勘察中的应用04路面空洞探测、埋藏物探测的应用05隧道超前预报的应用06隧道内无损检测的应用01单位简介UCD 单位简介01 创建于1958年，是新中国成立后最早的甲级岩土工程勘察、测绘单位之一，是全国第一家从事地下铁道勘察、测绘的大型企业，可承接轨道交通、市政、铁路、工民建的设计咨询、勘察、测绘、监测检测、监理、地质灾害危险性评估、岩土工程设计与施工等任务。近十几年来，我院致力于地下水研究、工程咨询、智慧城市、自动化监测、各类检测等方面的研究和探索。02地质雷达工

2、作原理及应用工作原理、仪器设备、主要应用工作原理、仪器设备、主要应用UCD 工作原理01仪器设备主要应用0302 02地质雷达是一种电磁探测技术，原理是利用介质对电磁波的反射特性，对介质内部的构造和缺陷（或其他不均匀体）进行探测。该方法的工作过程是：由发射天线向探测对象中发射高频电磁波，当其在传播过程中遇到不同的目标体（岩石、土体、混凝土、空洞等）的介电性差异界面时，就有部分电磁波反射回来被接收天线接收并由主机记录，从而得到自发射天线经介电性差异界面反射回到接收天线的电磁波双程走时。当介质中的电磁波速已知时，可根据测得的走时求得目标体的位置和埋深。介质电导率S/m相对介电常数速度(m/s)空气

3、01300干沥青0.01-0.12-4212-150湿粘土0.1-15-40134-47干混凝土0.001-0.014-40150-47淡水10-0.018133干沙10-0.0012-6212-122工作原理01仪器设备主要应用030201GR便携式地质雷达主机、400MHz屏蔽天线工作原理01仪器设备主要应用030201我院使用的是中国电波传播研究所生产的GR便携式地质雷达及200MHz、400MHz、900MHz天线。此雷达主机具有轻便、自动化程度高、信号稳定、效率高、分辨率高等优点；可连接使用多种频率的天线，支持同时连接两个天线，实时显示检测剖面；Windows视窗平台作业，操作界面友

4、好。GR便携式地质雷达主机、400MHz屏蔽天线地貌特征01场地环境条件主要应用0302010302目前地质雷达在轨道交通建设中的主要应用有： 路面空洞探测、埋藏物探测的应用路面空洞探测轨道道床检测地下管线探测地下埋藏物探测地质调查、勘察基岩面、基岩裂隙探测湖底淤泥、湖底探测溶洞、不良地质体探测隧道内无损检测盾构管片背后注浆密实度检测衬砌厚度检测衬砌脱空和密实度检测钢筋和钢架分布情况检测隧道超前预报隧道超前地质预报03地质调查、勘察中的应用基岩面、基岩裂隙探测、湖底淤泥、湖底探测、溶洞探测UCD 基岩面、裂隙探测01湖底淤泥、湖底探测溶洞探测0302010102采用100兆不屏蔽天线，天线间距

5、1米、叠加64次，用RAMAC/GPR采集软件成图。基岩面在1621米处。基岩面、裂隙探测01湖底淤泥、湖底探测溶洞探测0302010302采用50兆天线，在广西轨道交通1号线探测。从结果看，在该剖面位置裂隙较发育。基岩面、裂隙探测01湖底淤泥、湖底探测溶洞探测0302010301采用100兆不屏蔽天线，在钱塘江做水底形态调查。从剖面中水底形态清晰可见。基岩面、裂隙探测01湖底淤泥、湖底探测溶洞探测03020103010203 采用50兆天线在四川某地勘察的实例。图中可以看到裂隙和溶洞，地质条件为灰岩。 从图中可见,在500ns即80米处仍可探出地下溶洞。04地面空洞探测、埋藏物探测的应用路面

6、空洞探测、轨道道床检测、地下管线探测UCD 路面空洞探测路面空洞探测01轨道道床检测02010102 由于盾构掘进引起的地面沉降，尤其位于老城区的线路，人工填土厚、地下管线复杂，老旧，前期的忽视和侥幸心理会往往会引起路面塌陷，甚至塌方，造成非常严重的后果和不良社会影响。路面空洞探测路面空洞探测01轨道道床检测02010102 我院于2018年对郑州某地铁站进行了路面空洞探测工作，发现缺陷、空洞非常严重，路面下存在两处明显的空洞，及时提醒了施工单位。空洞路面空洞探测路面空洞探测01轨道道床检测02010102在注浆处理之后，我院又重新进场进行了路面空洞检测，检测结果显示注浆处理的效果良好。路面空

7、洞探测路面空洞探测01轨道道床检测020101022019年10月，我院全程参与洛阳某线突发路道路塌陷应急抢险工作，并体现了空洞探测的重要作用。路面空洞探测路面空洞探测01轨道道床检测02010102路面空洞探测路面空洞探测01轨道道床检测02010101勘察揭露在u型槽和高架变换部位分布有巨厚层杂填土，最大深度为14m。2018年，我院对郑州某运营地铁的区间道床进行了空洞雷达探测。u型槽和高架变换部位，U型槽段采用cfg桩复合地基，高架段采用桩基础路面空洞探测路面空洞探测01轨道道床检测02010101轨道道床底板下方1.2m2.6m土体有明显沉降截止至今，该部位轨面累计最大沉降21mm，严

8、重影响运营安全，现已制定了专项处理方案，正在处理我院选用频率为200MHz（加强型）屏蔽天线，根据现场条件，沿地铁轨道道心分别在左、右线各布置1条测线。路面空洞探测路面空洞探测01地下管线探测地下管线探测02010101路面分层和地下管线探测混凝土层混凝土层土壤土壤管线管线05隧道超前地质预报隧道超前地质预报隧道超前地质预报UCD 隧道超前地质预报01 适用于暗挖法施工，对掌子面前方的地质情况进行超前预报，对于砂层中可能存在的空洞、水囊，基岩地层中的裂隙、空腔、溶洞，软硬地层有很明显的效果，指导施工，验证围岩等级。06隧道无损检测盾构管片背后注浆密实度检测、衬砌厚度检测、衬砌脱空和密实度检盾构

9、管片背后注浆密实度检测、衬砌厚度检测、衬砌脱空和密实度检测、钢筋和钢架分布情况检测测、钢筋和钢架分布情况检测UCD 盾构管片背后注浆盾构管片背后注浆密实度检测密实度检测01衬砌厚度检测衬砌厚度检测衬砌脱空和密实度检测衬砌脱空和密实度检测0302010102 必要性：盾构法施工技术是软土层中施工隧道的一种主要手段，但是在软土和砂卵石地层中施工引起的后期沉降控制常常会导致周围地层发生过大变形，影响周边构筑物的安全。 盾构引起的沉降分为5个部分，盾构到达前、盾构到达时、盾构通过时、管片变形、地表后期固结沉降，其中盾构通过时引起的沉降占总沉降量的20-100%，是影响的最主要因素。 原因是盾构机外径大

10、于管片外径，盾尾过后其中的空隙就需要及时填充。但往往由于没能及时填充或注浆不当，盾尾空隙中的浆液厚度环向分布不均（拱顶薄），充填不实，未能形成环箍，进而软土在不能形成有效承载情况下自行填入盾尾空隙，土层应力释放，造成盾尾地层下沉。 管片背后注浆由于浆液的流动性，渗透性，稳定性等，以及隧道所处地层的特性，浆液在管片背后的分布形态不均匀，且极易沿着某些溢浆通道流失，导致注浆量大，注浆压力不够。因此盾构管片背后注浆效果进行检测是必要的。04钢筋和钢架分布情况检测钢筋和钢架分布情况检测盾构管片背后注浆盾构管片背后注浆密实度检测密实度检测01衬砌厚度检测衬砌厚度检测衬砌脱空和密实度检测衬砌脱空和密实度检

11、测0302010102 目的：对注浆层厚度和注浆层缺陷进行的检测，对于控制地层沉降、保护管片结构有重要意义，并可为二次注浆的提供依据。针对盾构隧道的施工工艺和管片防水性，目前使用地质雷达进行测试是现行较为有效的手段。 探测可行性： 根据地质雷达的电磁波原理，探测目标体（水泥砂浆凝固体）与管片、围岩层介电常数差异较大，雷达信号在界面处会存在较强的反射，用来分析注浆体厚度分布和缺陷。04钢筋和钢架分布情况检测钢筋和钢架分布情况检测盾构管片背后注浆盾构管片背后注浆密实度检测密实度检测01衬砌厚度检测衬砌厚度检测衬砌脱空和密实度检测衬砌脱空和密实度检测0302010102 04钢筋和钢架分布情况检测钢

12、筋和钢架分布情况检测盾构管片背后注浆盾构管片背后注浆密实度检测密实度检测01衬砌厚度检测衬砌厚度检测衬砌脱空和密实度检测衬砌脱空和密实度检测0302010102 04钢筋和钢架分布情况检测钢筋和钢架分布情况检测盾构管片背后注浆盾构管片背后注浆密实度检测密实度检测01衬砌厚度检测衬砌厚度检测衬砌脱空和密实度检测衬砌脱空和密实度检测0302010102 04钢筋和钢架分布情况检测钢筋和钢架分布情况检测盾构管片背后注浆盾构管片背后注浆密实度检测密实度检测01衬砌厚度检测衬砌厚度检测衬砌脱空和密实度检测衬砌脱空和密实度检测0302010102 测线布置：对地铁隧道拱顶、左右拱腰、左右边墙、仰拱（隧底）

13、的管片背后密实度、基底密实度等进行一次无损检测。04钢筋和钢架分布情况检测钢筋和钢架分布情况检测另外，测线布置还应符合下列要求：1) 测线主要沿线路走向布置，重点区域进行局部加密并布置交叉测线，测线布置在通道表面障碍物较少的区域。2) 当测区边界附近发现重要异常时，应进行网格式加密检测。盾构管片背后注浆盾构管片背后注浆密实度检测密实度检测01衬砌厚度检测衬砌厚度检测衬砌脱空和密实度检测衬砌脱空和密实度检测0302010102 现场检测：（1） 测线位置与标记 本工程测线的位置在现场选定检测起点后，严格将测线位置进行实地测量，每隔10m做一个标记，记录每条测线的起讫位置。应用手持测距轮及皮尺等辅

14、助工具进行距离标识，以保证检测位置的准确性。（2）现场记录 现场记录很重要，它是资料解释的基础。除了记录测线的起讫点、检测位置、文件号外，还需要对环境干扰信号进行记录，如电线反射、侧面墙反射、金属物品反射等，如不参考现场记录很容易将干扰信号错判为异常体。现场记录的要点是把可能产生反射干扰的干扰源都记录下来，注明它们的性质、与测线的距离、位置关系等。（3）检测速度 雷达检测速度不宜太快，一般在35km/h。04钢筋和钢架分布情况检测钢筋和钢架分布情况检测盾构管片背后注浆盾构管片背后注浆密实度检测密实度检测01衬砌厚度检测衬砌厚度检测衬砌脱空和密实度检测衬砌脱空和密实度检测0302010102 数

15、据处理：04钢筋和钢架分布情况检测钢筋和钢架分布情况检测 地质雷达在检测过程中，由于受周围环境电磁信号、仪器本身的噪声和地下介质的复杂性等因素的影响，记录的信号会受许多干扰因素的影响。这些干扰因素掩盖了真实异常并且经常产生假异常，使检测结果不准确，因此在进行检测结果解释之前，需要进行数字处理来压制干扰波，提高信号的信噪比，同时还需要结合地质、构筑物结构等信息和现场记录，尽量剔除假异常，得到真正的目标结构信息，使雷达检测信息和目标体真实情况相对应，获取真正的异常信息，并对异常信息进行综合解释。盾构管片背后注浆盾构管片背后注浆密实度检测密实度检测01衬砌厚度检测衬砌厚度检测衬砌脱空和密实度检测衬砌

16、脱空和密实度检测030201010104钢筋和钢架分布情况检测钢筋和钢架分布情况检测 衬砌厚度盾构管片背后注浆盾构管片背后注浆密实度检测密实度检测01衬砌厚度检测衬砌厚度检测衬砌脱空和密实度检测衬砌脱空和密实度检测030201010104钢筋和钢架分布情况检测钢筋和钢架分布情况检测 二衬欠厚6-16cm我院于2011年对某隧道进行了隧道衬砌无伤检测。盾构管片背后注浆盾构管片背后注浆密实度检测密实度检测01衬砌厚度检测衬砌厚度检测衬砌脱空和密实度检测衬砌脱空和密实度检测030201010104钢筋和钢架分布情况检测钢筋和钢架分布情况检测测量双程走时t测量墙体厚度h由实际测得的t0和h0计算电磁波

17、在衬砌混凝土中传播速度 v =2*h0/t0 （cm/ns）由速度可以根据走时t确定后续衬砌检测厚度h盾构管片背后注浆盾构管片背后注浆密实度检测密实度检测01衬砌厚度检测衬砌厚度检测衬砌脱空和密实度检测衬砌脱空和密实度检测0302010204钢筋和钢架分布情况检测钢筋和钢架分布情况检测03验证情况：最薄处厚度8cm，最大脱空44cm。注浆约8方验证：最薄处7cm，最大脱空60cm，注浆约6方盾构管片背后注浆盾构管片背后注浆密实度检测密实度检测01衬砌厚度检测衬砌厚度检测衬砌脱空和密实度检测衬砌脱空和密实度检测0302010204钢筋和钢架分布情况检测钢筋和钢架分布情况检测04设计钢筋间距20c

18、m，实测间距约40cm盾构管片背后注浆盾构管片背后注浆密实度检测密实度检测01衬砌厚度检测衬砌厚度检测衬砌脱空和密实度检测衬砌脱空和密实度检测0302010204钢筋和钢架分布情况检测钢筋和钢架分布情况检测04很清晰明显的看到钢筋的分布、间距，并得到了验证。结束语 此外，基于地质雷达的无损检测方法，同时对于地形地貌要求较低，目前在轨道交通、桥梁检测、房屋检测、地下水研究、断裂带、考古等领域也有非常广泛的应用。 但是，由于探测环境影响，导致天线与探测面有耦合不好的情况，再加上物探方法技术本身的局限性、多解性和地下隐蔽工程的复杂性以及工作中实测剖面位置的电性参数与标定位置的参数有可能存在差别，这些

19、因素都会造成探测的误差。010000010100000000010001000101001000000001000101010101010101010100101010101010111101001010100101001000000010101010100100010010111011000101000101010000100100000101000000000100010001010010000000010001010101010101010101001010101010101111010010101001010010000000101010101001000100101110110001

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