铁路隧道检测方案

铁路隧道衬砌质量检测方案中南大学土木工程检测中心

二0—年三月四日一、 检测依据及内容 二、 检测方法和原理 三、 数据处理及资料判释 四、测线的布置五、现场准备工作六、合同价款一、 检测依据及内容1、 检测依据a、 《铁路隧道设计规范》（TB10003—2005,J447—2005）；b、 《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417—2003）；c、 《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》（TB10223—2004）；d、 《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》（铁建设〔2005〕160号）；e、 隧道设计图。2、 检测内容a、 检测二衬衬砌厚度；b、 检测衬砌背后的回填密实度及内部缺陷；以二衬钢筋分布。二、 检测方法和原理1、地质雷达法地质雷达法（GroundPenetratingRadar，简称GPR）利用主频106Hz〜109Hz波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由地面通过天线发射器发至地下，经地下目标体或地层的界面反射后返回地面，被雷达天线接收器所接收，通过对所接收的雷达信号进行处理和图像解译，探测隐蔽介质的分布和特征。地质雷达发射天线向隧道壁发射高频宽带短脉冲电磁波，遇到相对介电常数差异较大的介质（如空洞、衬砌界面等）就会产生反射波，接收天线接收反射回来的电磁波并记录其反射时间。根据电磁波在介质中的电磁波速《）和双程旅行时间（t）可以计算衬砌厚度。当天线沿隧道壁移动时就能得到衬砌内部电磁波走时图像（见图1-1）。电磁波由空气进入二衬的混凝土层，会出现强反射；同样，当电磁波由二衬传播至初衬继而由初衬传播到岩层时，如果二衬和初衬接合不良，或存在空隙，亦会导致雷达剖面相位和幅度发生变化，由此可确定衬砌厚度和发现施工缺陷。电磁波遇到以传导电流为主的介质，比如衬砌中存在的钢筋，会出现强反射，在雷达剖面上呈现明显异常，以此可确定钢筋分布情况。由于地质雷达方法在其探测深度范围内具有工作效率高、高分辨率和异常图像直观等优点，因此，该方法广泛应用于工程质量检测领域。

援收天线发射天线缺陷体异常解释援收天线发射天线缺陷体异常解释在隧道衬砌厚度的检测中，主要涉及到媒质有：混凝土、钢筋、空气、水和围岩，其物性差异如下表1-1：表1-1常见物质的相对介电常数介质介电常数（相对值）电磁波速V（mlns）空气10.3水810.033花冈石（干）50.15土（湿）150.077砂质土（湿）250.06混凝土6.5〜120.09〜0.13钢筋8从表中可以看出，隧道内所涉及到的这几种媒质物性差异较大，会形成较强反射。比如当衬砌内有脱空或钢筋（钢拱架）都会产生十分强烈的反射，物性的明显差异正是地质雷达法检测隧道衬砌质量和钢筋数量的前提条件。检查资料质量评定应符合下列规定：（1） 衬砌背后回填密实度和衬砌混凝土强度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。（2） 合格的检查点数量大于总检查点数量90%为合格。

2、采用的仪器设备本次检测采用美国劳雷公司生产的SIR-3000型地质雷达仪（见图1-2），它是目前世界上最先进的地质雷达之一，该雷达用于本工程隧道检测的基本配置（见表1-2）。序号名称单位数量序号名称单位数量1主机台12400M天线套13传输电缆套14270M天线套15软件套1表1-2SIR-3000型地质雷达基本配置图1-2SIR-3000型地质雷达仪3、数据采集a、里程标记a、为了确保时间剖面上各点位置与实际位置检测里程相对应，在隧道边墙上，每10米作一个标记，每20m标注里程，保证清晰可见，以供核对。^天线的选择衬砌检测中，由于隧道内存在台车、机械等铁磁性物品，需要采用屏蔽天线。用于隧道衬砌检测常用的天线，其频率为200〜1000MHz。频率高的天线，精度较高，能量衰减较快，探测深度较浅；频率低的天线，精度相对较低，能力衰减较慢，探测深度较深。c、 时窗的选择时窗选择主要取决于最大探测深度d（单位：cm）与混凝土的电磁波速度V（单位:cm/ns）。时窗W（单位：ns）可由下式结算：W=2d/V实际工作中，时窗的选用值要增加50%，作为混凝土速度与目的层深度变化所留出的余量，一般将主要目的层的反射相位放在图像上方三分之一的部位。确定时窗后，根据时窗大小调节采用率（或采用间隔）和采样点数。d、 采样率、采样频率和采样点数的选择采样率是记录的反射波采样点之间的时间间隔。采样抽取的原则应满足尼奎斯特（Nyquist）采样定律，即采样频率应大于信号频率的两倍。以混凝土为例，假定电磁波速度为12cm/ns，如果存在纵向6cm空隙，那么信号频率2GHz，要求采样频率大于（或等于）4GHz，此时的采样率应小于（或等于）0.25ns。如果时间窗口为100ns，那么采样点数应不小于400点。e、 增益点数的选择增益点的作用是使记录线上的不同时段有不同放大倍数，使各段的信号都能清楚的显现出来，其位置最好是在反射信号出现的时段附近。时窗短时选2点增益，时窗长时选4或5。点之间的增益是线性变化的，增益的变化是平滑的。增益大小的调节是使多数反射信号强度达到满度的60%〜70%，增益太大将造成削顶，增益太小将丢失弱小信号。f、 滤波设置目的是为了改善记录质量。滤波分垂向滤波和水平滤波，垂向滤波又分高通和低通，高通频率选为天线频率的1/6,高于这个频率的信号顺利通过，相当于带通滤波器里的低截频率。垂向低通频率选为天线频率的2倍。低于该频率的波顺利通过，相当于带通滤波器熙的高截频率。水平滤波分水平平滑和背景剔除。以消除仪器和环境的背景干扰。水平平滑通常取3道平滑，背景剔除功能只在回放时起作用。甘、天线的取向天线的取向要保证电场的极化方向平行于目标体的长轴或行进方向（天线上已经用箭头标出）。三、数据处理及资料判释1、资料处理流程2、 衬砌厚度d计算：d-V^t2□式中：V——电磁波在隧道衬砌混凝土中的传播速度（cm/ns）；t 实测衬砌表面与初衬交界面双程反射时（ns）。3、 衬砌背后回填密实度判定方法a、 密实：信号幅度较弱，甚至没有界面反射信号；b、 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；c、 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。四、测线的布置对于双线隧道，按照《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》（TB10223—2004），需在隧道中共布置7条测线，其中拱顶位置一条，左右拱腰、左右边墙各一条及仰拱两条（图1-3）。其中左右拱腰测线在两边起拱线以上1m左右，左右边墙测线在两边水沟盖板以上

1.5m左右，仰拱测线布置为左右线路中心线。拱顶测线左边墙测线左拱腰7:右边墙测线右拱腰测线左边墙测线左拱腰7:右边墙测线右拱腰测线左仰拱测线右仰拱测线图1-3雷达测线布置断面示意图五、 现场准备工作1、 工作布线每个隧道进行地质雷达检测，分别检测隧道的拱顶、左右拱腰、左右边墙以及仰拱铺底（线路中心处，单线一条，双线两条），共6或7条测线。2、 准备工作b、 要求各标段施工单位自制检测架，检测架搭于汽车或运输车上，分2层平台，从上至下第一层距拱c、 复印隧道典型断面设计图一份，顶2m左右，第二层于拱腰处，搭设的平台两侧距衬砌面应留有空隙，检测架应安全，适用，并应得到检测人员的认可，杜绝因检测车引起的安全事故。d、 各施工单位需派4-6人配合检测。e、 应对被检测