衬砌地质雷达在马街隧道衬砌质量检测中的应用

地质雷达在马街隧道衬砌质量检测中的应用

摘要依托甘肃某山岭隧道工程,将地质雷达对隧道衬砌检测的数据 同检测段落进行钻孔取芯所测实际数据和应用断面仪进行检测所测数据进行分析。结构表明地质雷达对隧道衬砌的检测更方便快捷、结果可靠。

关键词隧道工程衬砌地质雷达质量检测

0引言

公路隧道施工过程中如何及时发现隧道衬砌的质量缺陷一直困扰建设单位的一大难题。施工过程中由于技术水平的限制造成隧道施工过程中常出现衬砌不密实和脱空等工程质量问题。如不及时发现并处理将给隧道运营带来隐患。以前,公路隧道衬砌质量检测主要是查看施工记录,观察衬砌外观,钻芯取样等方法进行评价,这些方法存在以点带面、准确度不高、检测速度慢、对衬砌造成破损等缺点。用钻心取样测衬砌厚度和不密实比较直观但操作难度比较大易造成防排水的破坏并且检测取芯的代表性比较差因此造成检测结果不连续不能全面反映隧道整体质量。目前的隧道衬砌检测方法以地质雷达为主。地质雷达具有无损、高效、精度较高的特点。它是利用高频电磁脉冲波的反射原理来实现探测目的。发射天线发出的电磁波在混凝土介质中传播,遇介质变化界面后反射被接收天线所接收,分析电磁波走时和反射形态就可以确定衬砌厚度、钢筋或钢拱架排列不规则、混凝土不密实或脱空范围。然而雷达数据在现场采集过程中易受其他诸多因素的影响因此造成后期数据处理比较困难造成检测结果误差。因此如何提高后期处理数据精度成为雷达检测隧道衬砌现阶段的关键技术。

1地质雷达检测原理

地质雷达作为工程物探检测的一项新技术,具有连续、无损、高效和高精度等优点。地质雷达由主机、天线及配套软件等部分组成,根据电磁波在有耗介质中的传播特性,以宽频带短脉冲的形式向介质内发射高频电磁波(数MHz至数GHz),当其遇到不均匀体(界面)时会反射部分电磁波,其反射系数由介质的相对介电常数决定,通过对雷达主机所接收的反射信号进行处理和图像解译,达到识别隐蔽目标物的目的。 电磁波在特定介质中的传播速度V是不变的,因此根据地质雷达记录上的自激自收反射波的双程时间差ΔT,即可据下式算出异常的埋藏深度

H:H=V×ΔT/2。反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异,电性差异越大,反射信号越强。式中,H即为目标层厚度;V是电磁波在地下介质中的传播速度,其大小由下式表示:V=C /ε(2)式中,C是电磁波在大气中的传播速度,约为3×108m/s-1;ε为相对介电常数,取决于地下各层构成物质的介电常数。雷达波反射信号的振幅与反射系数成正比,在以位移电流为主的低损耗介质中,反射系数r可表示为:r=()/( )(3)式中,ε1、 ε2为界面上、下介质的相对介电常数。反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异,电性差异越大,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中心频率。导电率越高,穿透深度越小;中心频率越高,穿透深度越小,反之亦然。