隧道工程检测中雷达技术的应用

1、隧道工程检测中雷达技术的应用地质雷达工作的物理基础是在1928年由德国人按照电磁波在不同介电常数的介质界面产生反射，从而提出运用脉冲技术决定地底下目标的思路。对着电子技术的不断进展，地质雷达在物理探测中得到了广泛的应用。90年月以来，我国引进了大量的国外仪器，在地质勘查、无损检测以及建造结构检测中得到了广泛的应用。地质雷达探测是一种新型的无损检测方法，与传统的探测方式相比，地质雷达探测具有无损性、高效便捷和抗干扰能力强等优点。近年来，在隧道工程施工的过程中得到了广泛的应用。本文对地质雷达探测技术的相关要素举行简述，以供参考。二、地质雷达性能简介2.1地质雷达性能地质雷达法为电磁波反射探测法，即

2、波源是由电磁振荡所产生的电磁波主动源。对应仪器所使用的频率为152600MHz，其空气中的波长为18.750.115m。按照电磁波划分方法，地质雷达波属于高频特高频段（短波微波段）。电磁波进入地下后，速度变慢，波长对应缩短约2.5倍，变为7.50.046m，相当于甚高频微波段（VHFUHF）。在隧道常用的100900MHz频段中，低频段主要用于地质探测、超前地质预测，高频段主要用于隧道衬砌与支护结构检测。频率越高，波长越短，辨别率越高，但探测深度变小；反之亦然。通常，400、900MHz常用于隧道结构参数检测，100、200MHz多用于隧道下部结构或深部较大目标或层状目标探测。地质雷达法与声波

3、法相比，因为其工作效率高、探测项目内容广、显示直观、辨别率高、多解性更小、能够举行高速继续扫描探测并实时显示，故得到越发广泛的应用。2.2地质雷达影响因素地质雷达波通过的地下介质为电介质，根据介质的分类，通常认为/0.01的介质是电介质（位移电流为主），/100的介质是良导体（传导电流为主），0.01/100的介质视作不良导体或半导体，其中、分离为电导率、角频率和介电常数。对于102s/m的介质，如软泥、饱和砂砾层、湿的泥岩、海水等，探地雷达探测困难；而107s/m则是极好的探测条件，如空气、干燥的花岗岩、石灰岩、混凝土、沥青或沥青混合料、砂岩等；107102s/m的介质为中等探测条件，如淡水

4、、雪、砂、粉砂、干粘土（干泥）、永远冻土等。三、检测指标体系及其要求3.1检测指标体系现行大路工程质量检验评定标准交通运送部办公厅关于印发大路工程竣工质量鉴定工作规定（试行）的通知及其他相关技术规范中，对各项指标作了严格规定。3.2对检测指标的要求3.2.1次衬砌及初期支护厚度按照现行TB102232022铁路隧道衬砌质量无损检测规程的评定要求，衬砌厚度相对误差应小于15%。一般状况下衬砌厚度会远小于此误差规定要求，故可作为总体误差控制目标。3.2.2配筋雷达可清楚反映2次衬砌中的配筋，尤其是其布设较规范时，可分段供应第1层钢筋（内缘筋）的数量和深度，且误差较小。但被第1层所屏蔽的第2层钢筋尚

5、无法供应其数量，但多数状况下可评估有无第2层配筋。3.2.3喷射混凝土厚度当时期支护中未设置钢支撑时，原则上雷达检测不能单独供应喷射混凝土厚度，若确有须要供应，则需结合外观观测和局部破检举行评估。施作2次衬砌后由雷达检测所供应的喷射混凝土厚度，其误差较大，原则上不宜供应，仅供评估参考。四、检测过程与技术要求对于隧道检测测线位置及数量确实定，根据合同要求并参照隧道地质雷达检测范例和现行TB102232022，一般均沿隧道走向分离在拱顶、左右拱腰、左右两侧边墙、路面布置6条纵向测线举行继续扫描探测，从而可猎取对应测线附近的衬砌混凝土厚度数据及其他相关资料。另外，测线数量可按不同要求举行调节。通常要

6、求供应以下检测信息。1）衬砌厚度数据可按拱顶、左右拱腰、左右两侧边墙5条纵向测线间隔5m或10m列表，并举行统计；2车道隧道不低于3条测线，3或4车道隧道不低于5条测线。但铁路隧道一般要求不低于6条纵向测线，即底部还要求另有1条。鉴于现场操作的便捷性和探测效果，一般以纵向测线为主，横向测线为辅。2）对其他检测项目予以定量或定性描述，并给出其起止桩号、起止深度。3）检测深度一般在2.0m内，特别状况在10m内。4）打印典型断面雷达回波彩图。5）按纵向测线绘制衬砌厚度图。6）绘制有关缺陷的隧道绽开平面图，并举行有关缺陷的对应描述。7）病害诊断与分析评估。五、实际应用状况1）实际应用中，对于孤立的空

7、洞目标，当使用的雷达频率很低时，即其波长相对于拟探测对象尺寸很大时，雷达灰度图上基本无反应或至多是1个强反射点（白点），不易于辨别解释。如使用100MHz工作频率探测隧道仰拱中直径为30cm的中心排水管，这时雷达在空气中的波长为300cm，若仰拱填充层混凝土的综合相对介电常数按11计算，则仰拱填充层中的波长为90cm。因为波长较长和天线放射角影响，对浅埋的中心排水管反应不显然，有时虽消失强反射点，但不能构成反射弧。2）当使用的雷达频率较低时，即其波长相对于拟探测对象尺寸较大时，雷达灰度图上是1个强反射点（白点）。如使用400MHz工作频率探测隧道衬砌混凝土中直径为20cm的空洞，这时雷达在空气

8、中的波长为75cm，C20混凝土的相对介电常数按8计算，则混凝土中的波长为26cm（大于空洞尺寸）。这时在普查式检测方式下雷达图像中空洞部位虽消失显著的强反射点（带），但不能构成反射弧。3）当使用的雷达频率较高时，即其在相应介质中的波长显著小于拟探测对象尺寸时，雷达灰度图上消失典型的反射弧。如使用400MHz工作频率探测隧道衬砌混凝土中直径为60cm的空洞，这时雷达在空气中的波长为75cm，C20混凝土的相对介电常数按8计算，则波长为26cm，显著低于空洞直径。这时在一般检测方式下雷达图像中空洞部位消失较典型的反射弧或强反射条带。六、结论1）地质雷达在隧道施工、交竣工验收、病害诊断和处治中可发挥乐观有效的作用。2）地质雷达能有条件地举行衬砌与支护结构的相关检测，2次衬砌与初期支护检测分离在各自对应的施工阶段举行效果最佳。3）虽然天线密贴在2次衬砌表面实施的检测可辨别出初期支护中的有关结构参数，但不行能是所有信息，如在配筋后的2次衬砌表面检测初期支护中的钢支撑时，因为受配筋的屏蔽影响，雷达回波图中反应不清晰或根本无法辨别。4）初期支护未设置钢支撑时，要结合外观观测和局部破检供应喷射混凝土厚度和整体评价，否则误差较大或根本不能单独依赖雷达检测供应数据。5）对空洞或结构