1、 2005年地質雷達技術及其在工程檢測中的應用學術研討會北京鑫衡運科貿有限責任公司 BEIJING XIN HENG YUN SCIENCE & TRADE CO.,LTD.隧道襯砌質量檢測白雪冰 孔祥春一、工程概況北京鑫衡運科貿貿有限責任公公司工程檢測測部于二五年三月十一日至至二十一日對對某公路隧道道的襯砌，進進行無破損法法檢測，目的的是檢測二襯襯結構的厚度度、襯砌內部部及背后缺陷陷分布情況。因因本次檢測的的具體情況，經經業(yè)主單位研研究協商，確確定本次檢測測在隧道內布布設5條雷達達縱測線，進進行全線檢測測.二、工程地質、水水文地質概況況隧道東線出口段段K79+8816K882+8166段30

2、000m、續(xù)建段段K74+2280K775+1800段900米米以及西線YYK73+8835788+335段段4500米米隧道穿越地地段巖性以含含綠色礦物混混合花崗巖和和混合片麻巖巖為主，間夾夾蝕變閃長巖巖，霏細巖及及花崗偉晶巖巖脈。以上三三段隧道共穿穿越大小斷層層13條，圍圍巖類別變化化頻繁，地質質結構復雜、通通風排煙困難難、巖爆頻繁繁是本工程的的特點和難點點。三、檢測內容及及標準 1、檢測內容容：(1)探地雷達達檢測二次襯襯砌厚度和襯襯砌內部及背背后缺陷； (2)初襯內部及及背后缺陷；2、檢測標準:(1)鐵路隧道道工程質量檢檢驗評定標準準，TB100417998；(2)鐵路混凝凝土與砌體工

3、工程施工及驗驗收規(guī)范，TTB10211097；(3)混凝土結結構工程質量量驗收規(guī)范，GGB50200420002；四、測線的位置置測線共五條，縱縱向布置在隧隧道襯砌表面面，具體見以以下示意圖。五、檢測儀器設設備基本原理理地質雷達與探空空雷達相似，利利用高頻電磁磁波（主頻為為數十至數百百乃至數千兆兆赫）以寬頻頻帶短脈沖形形式，由地面面通過天線傳傳入地下，經經地下地層或或目的物反射射后返回地面面，被另一天天線接收。脈脈沖波旅行時時間為T。當當地下介質的的波速已知時時，可根據測測到的準確TT值計算反射射體的深度。雷雷達系統(tǒng)的基基本部分如下下圖：電磁波的傳播取取決于物體的的電性，物體體的電性主要要有電

4、導率和介電常數數，前者主要要影響電磁波波的穿透(探探測)深度，在在電導率適中中的情況下，后后者決定電磁磁波在該物體體中的傳播速速度，因此，所所謂電性介面面也就是電磁磁波傳播的速速度介面。不不同的地質體體(物體)具具有不同的電電性，因此，在在不同電性的的地質體的分分界面上，都都會產生回波波。地層孤立體地層孤立體地質雷達在勘查查中的基本參參數描述如下下：電磁脈沖波旅行行時 式中：z勘查查目標體的埋埋深； x發(fā)射、接收收天線的距離離（式中因zzx,故XX可忽略）；v電磁波在介介質中的傳播播速度。電磁波在介質中中的傳播速度度 式中 c電磁磁波在真空中中的傳播速度度（0.299979m/ns）;介質的相

5、對對介電常數，介質的相對磁導率（一般）電磁波的反射系系數電磁波在介質傳傳播過程中，當當遇到相對介介電常數明顯顯變化的地質質現象時，電電磁波將產生生反射及透射射現象，其反反射和透射能能量的分配主主要與異常變變化界面的電電磁波反射系系數有關： 式中r 界面電磁波波反射系數；第一層介質質的相對介電電常數；第二層介質質的相對介電電常數。地質雷達記錄時時間和勘查深深度的關系 式中z 勘查目標標體的深度；t 雷達記錄錄時間。測試方法：由于不同頻率天天線的測深能能力不同，頻頻率越低，探探測深度越大大。此次檢測測的有效深度度在3米以內內，查找空洞洞、不密實體體和脫空等，由由于二襯，初初襯及圍巖的的介電常數不不

6、同，且變化化較大，選擇擇500M天天線是適宜的的。綜合場地地的特點，我我們選擇CUUII主機,500兆屏屏蔽天線.采采樣頻率為77300,樣樣點數為4880,65nns的采集時時窗，自動迭迭加，時間觸觸發(fā)測試方式式，時間間隔隔為0.10.3秒。六、數據處理和和解釋探測的雷達圖形形常以脈沖反反射波的波形形形式記錄，以以波形或灰度度顯示探測雷雷達剖面圖。地地質雷達探測測資料的解釋釋包括兩部分分內容，一為為數據處理，二二為圖象解釋釋。由于地下下介質相當于于一個復雜的的濾波器，介介質對波的不不同程度的吸吸收以及介質質的不均勻性性質，使得脈脈沖到達接收收天線時，波波幅減小，波波形變得與原原始發(fā)射波形形有

7、較大的差差異。另外，不不同程度的各各種隨機噪聲聲和干擾，也也影響實測數數據。因此，必必須對接收信信號實施適當當的處理，以以改善資料的的信噪比，為為進一步解釋釋提供清晰可可變的圖像。對對于異常的識識別應結合已已知到未知，從從而為識別現現場探測中遇遇到的有限目目的體引起的的異常，以及及對各類圖像像進行解釋提提供了依據。圖像處理包括消消除隨機噪聲聲壓制干擾，改改善背景；進進行自動時變變增益或控制制增益以補償償介質吸收和和抑制雜波，進進行濾波處理理除去高頻，突突出目的體，降降低背景噪聲聲和余振影響響。圖像解釋是識別別異常，這是是一個經驗積積累的過程，一一方面基于地地質雷達圖像像的正演結果果，另一方面面

8、由于工程實實踐成果獲得得。只有獲得得高質量的地地質雷達圖像像并能正確的的判別異常才才能獲得可靠靠、準確的地地質解釋結果果。 識別干擾波及目目標體的地質質雷達圖象特特征是進行地地質雷達圖像像解釋的核心心內容。地質質雷達在地質質和地表條件件理想的情況況下，可得清清晰、易于解解釋的雷達記記錄，但在條條件不好的情情況下，地質質雷達在接收收有效信號的的同時，也不不可避免地接接收到各種干干擾信號。產產生干擾信號號的的原因很很多，隧道常常見的干擾有有電纜、襯砌砌表面金屬物物體、天線耦耦合不好，地地下異常的多多次波等，干干擾波一般都都有特殊形狀狀，易于辨別別和確認。（見見圖1） 圖一 襯襯砌表面的鋼鋼拱架 圖

9、二 襯砌砌邊墻上的避避車洞造成的的干擾雷達圖中可以看看到襯砌表面面的鋼拱架形形成的多次振振蕩干擾。 圖中看到由由于在有避車車洞的地方天天線沒有與其其耦合而形干干擾。 圖三 二襯表面面的管槽造成成的干擾雷達達波 圖四 由于天線沒沒有耦合好的的干擾雷達波波圖中有標記的地地方顯示的是是由于二襯表表面有管槽而而形 圖中的黑筐筐內顯示的是是由于暫時離離開了襯砌表表面而形成的的干成了類似空洞的的雙曲線波形形。 擾波七、檢測結果本次檢測工作結結果如下：此此次檢測共55條測線，全全長403110米，查清清了初襯和二二襯的缺陷位位置和結構，以以及二襯的厚厚度，有缺陷陷的典型雷達達圖像見以下下附圖。圖中紅色線筐內

10、內表示的是初初襯后的圍巖巖內部有空洞洞現象存在。圖中紅色線筐內內表示的是初初襯后的圍巖巖內部有裂隙隙存在。圖中紅色線筐內內表示的是初初襯背部有空空洞存在圖中紅色線筐內內表示的是襯襯砌背部的圍圍巖內還有隱隱患蜂窩、空洞洞組織促在。紅色線筐內表示示的是圍巖內內部的空洞。紅色線筐內表示示的是初襯后后可能存在的的空洞。圖中紅色線筐表表示的是隧道道二襯中的長長約12米的的內部脫空帶帶。八、結論和建議議用探地雷達做隧隧道質量檢測測是一項較為為成熟的技術術,目前在國國內得到大量量應用.可以以說,雷達方方法是隧道檢檢測最有效和和快速的方法法.用探地雷雷達方法進行行隧道質量檢檢測,可以確確定襯砌厚度度,圍巖和襯襯砌內的缺陷陷,探測鋼筋筋和鋼拱架等等.用雷達做隧道質質量檢測時,要根據檢測測需要選擇合合適的天線,其中最常用用的是5000兆天線,它它的探測深度度可以達到334米,基基本可以達到到探測混凝土土和圍巖的目目的.如果只只檢測二襯厚厚度,可以用用800兆或或1000兆兆天線.值得注意的是,在做二襯厚厚度檢測時,如果襯砌做做的很完美,二襯的界面面是不太容易易看出的(初初襯和二襯的的介質基本一一樣,不會有有明顯反射層