公路隧道地质雷达检测技术规程

DBXX/XXXXX—XXXX公路隧道地质雷达检测技术规程1范围本规程适用于在建隧道和已建隧道结构质量检测。隧道超前预报和公路工程其他部位雷达检测可参照本标准。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本规程的引用而成为本规程的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。TB10223《铁路隧道衬砌无损检测技术规程》JTGF80/1《公路工程质量检验评定标准》JTG/TC22《公路工程物探规程》JTGH30《公路养护安全作业规程》3术语和符号3.1术语地质雷达方法是向被测物发射高频电磁波，根据接收到的电磁波的波形、振幅强度和时间的变化等特征推断被测介质的空间位置、结构、形态的一种方法。物质在外加电场作用下储存极化电荷的能力，是一个点上电位移与电场强度的比值。介质的介电常数与真空中介电常数的比值。该参数影响电磁波在介质中的传播速度。中心频率是指天线通频带频率之间的算术平均值。DBXX/XXXXX—XXXX数据采集得到的一道波形，称之为道。每两道波形之间的距离，采用时间采集时也可称之为时间间隔。采样率是指单位时间内从连续信号中提取并组成离散信号的信号点数。雷达数据所记录的纵向时间，代表探测深度的属性，发射天线向介质中发射电磁波信号遇到反射异常体反射回的信号被接收天线接收所经历的时间。时窗是指系统记录电磁波在介质中传播过程中的时间范围。电磁波在介质中的传播速度。直耦波又叫直达波，是指从发射天线直接耦合到接收天线的电磁波。3.1.12增益gain对雷达波信号进行放大或补偿的处理。3.2符号εr—相对介电常数。λ—地质雷达天线发射信号主频的波长。d—检测和标定目标体的厚度(或距离)。f—天线中心频率。s—采样率。t—双程旅行时间。v—电磁波速。4基本规定4.1收集隧道设计、施工资料，编制检测大纲；DBXX/XXXXX—XXXX4.2现场检测前应勘查现场工作条件和环境，查看检测路线，清除障碍物，在待测隧道衬砌边墙上标记准确里程桩号；检测前应对检测仪器和检测车辆、台架进行检查。4.3既有隧道工程技术状况检查、专项检查，应根据检测目的布置测线，检测长度应在病害范围适当延长；4.4地质雷达性能指标应符合下列要求：4.4.1主机性能指标应符合下列要求：1）系统增益大于等于150dB；雷达系统信号稳定性变化宜小于1%。雷达系统时间校准因素的变化宜小于2%。雷达系统长期稳定性变化宜小于3%。雷达系统测距误差宜小于0.3%。雷达系统时基精度宜小于0.02%。雷达系统动态范围宜大于120dB。雷达系统主机分辨率宜不大于5psec。雷达系统主机脉冲重复频率宜大于100kHz。2）信噪比大于等于60dB；3）不低于16位的模数(A/D)转换器；4）具有较大的信号迭加次数，具备较高的采样点；5）具备较小的采样间隔，一般不大于0.5ns，具备较高的的采样点；6）具有等时间测量模式、等距离测量模式和点测量模式；7）手动和自动位置标记功能；8）可选择不同频率的天线进行工作；9）具有数据回放功能。4.4.2地质雷达天线技术指标应符合下列要求：1）具有屏蔽功能；2）最大探测深度应大于探测目标体埋深；3）垂直分辨率应高于2cm。4.4.3质雷达具有以下三种不同的信号采集方式，连续检测时优先采用距离触发采集，相对于时间采集，距离触发信号不会因速度不均匀造成畸变；现场条件不足时也可采用时间触发采集数据，超前预报采用单点触发采集模式：DBXX/XXXXX—XXXX1）等距离采集（连续采集2）等时间采集（连续采集3）点采集。特殊地段或条件不允许时可采用点测方式测量点距不得大于5cm。4.5检测人员应在检测台架上工作，触及被测工作面；4.6检测中发现衬砌混凝土存在异常，应复测、标记、验证，必要时增加环向测线以确定缺陷横向分布范围；检测中发现地质雷达采集信号异常情况，技术人员应及时停止检测，分析原因，故障排除后，进行补充、重复检测。4.7仰拱厚度、回填密实性地质雷达检测结果应结合钻芯取样结果进行综合评定。4.8地质雷达法检测时应遵守相关的安全规定，人员和设备配备相应的安全防护措施。5现场检测5.1主要内容5.1.1地质雷达法适用的检测范围包括：1）初期支护：厚度、内部空洞及不密实区域、钢拱架分布等；2）二次衬砌：厚度、内部空洞及不密实区域、钢筋、预埋管件分布等；3）仰拱：仰拱厚度及回填密实性。5.2检测频率新建公路隧道工程竣(交)工验收和施工过程质量检测，地质雷达测线应以纵向布线为主，环向布线为辅，并记录测线准确位置；两车道隧道测线数量不少于5条，隧道拱顶和两侧拱腰部位必须布置测线；三车道及以上隧道测线数量不少于6条；隧道仰拱检测至少设置1条测线；DBXX/XXXXX—XXXX二车道隧道测线布置示意图测线3测线2测线4测线5测线1测线1测线6测线6三车道及以上隧道测线布置示意图5.3天线选型表5.3.1公路隧道地质雷达天线频率选用参照表检测内容天线选用初期支护(厚度、内部空洞及不密实区域、钢拱架分布二次衬砌（厚度、内部空洞及不密实区域、钢筋、预埋管件分布等）仰拱及回填层厚度、密实性隧道地质超前地质预报注：1）在保障探测深度的前提下，为提高检测精度，尽量选择高频天线；2）仰拱厚度、回填密实性地质雷达检测结果应结合钻芯取样结果进行综合评定。5.4现场操作5.4.1地质雷达检测现场操作采用下列流程：DBXX/XXXXX—XXXX图5.4.1现场检测流程图5.4.2现场勘察与准备：1）检测前应对隧道待测位置进行现场勘察，了解检测作业条件；2）收集资料，了解施工过程中出现的地质灾害情况和处置措施，并记录其准确位置；3）标记里程桩号，为保证地质雷达图像上各测点的位置与实际检测里程的位置相对应，宜不大于5m作一个标记，并每隔100m进行一次距离校准；当天线对齐某一标记时，向仪器输入标记信号，采用时间采集模式时应尽量使天线匀速移动，保证数据信号不会因速度不均造成畸变；4）记录隧道车行横洞、人行横洞、电缆位置，统计隧底积水段落，对衬砌表面潮湿或有凝结水DBXX/XXXXX—XXXX珠的部位进行统计，记录明显病害的位置和类型；5）确定隧道高度，搭建检测台车，台车检测架上面的护栏须超过人的腰部高度，可采用带侧耳式检测架，即主检测架区域两侧添加两个小平台，检测拱腰时人员站在该侧耳位置；6）查明工作范围内是否存在如电线等对雷达检测产生影响的电磁干扰源。5.4.3参数确定表5.4.3地质雷达参数取值表1天线中心频率的选择应考虑目标体深度和天线尺寸是否符合场所要求，在满足分辨率和场所条件许可时，应尽量选用中心频率低的天线。2时窗选择主要取决于最大探测深度和混凝土的电磁波波速。时窗w按下表：表5.4.1公路隧道地质雷达时窗选择参照表检测对象初期支护20~30二次衬砌3采样率和采样点数确定应符合下列要求：1）隧道初期支护和二次衬砌检测时，道间距应采用0.01-0.02m；2）按照采样定律采样率应大于记录的反射波中最高频率的2倍，为使记录波形更加完整，建议采样点应大于6倍的天线中心频率与时窗的乘积，可由下式确定：S=2.w.f.k.10-3(5.4.1)式中：S—采样率；k—调整系数，一般取6-10；4地质雷达波速计算有多种方法，可根据现场实际情况选择不同的方法。检测前应选择在二衬端头板等位置对待测段落混凝土电磁波波速进行标定，每段应不少于1处，每处实测不少于3点，去除畸变值后求取平均值。隧道衬砌材料变化或隧道养护环境变化较大时，宜重新标定。1）利用已知埋深的目标体，可用下式计算波速。求取波速时应满足下列要求：DBXX/XXXXX—XXXX①标定目标体的厚度应不小于15cm，且厚度己知；②标定记录中界面反射信号应清晰、准确；③标定结果可按下式计算：式中：2）利用已知介质的相对介电常数计算地质雷达波速，可由下式计算：式中：d—目标体的厚度（埋藏或距离mεr—相对介电常数。3）采用共中心点法，利用下式求波速：式中：X—两天线间的中距（mtx—不同X点上的雷达波的反射时间（ns4）标定可符合下列要求：在地质雷达检测的测线上，钻取衬砌混凝土芯样，准确测量衬砌混凝土厚度，并从地质雷达图像上读出钻取位置处衬砌混凝土反射层面的双程旅行时间，按式(5.4.2)计算电磁波速；使用激光隧道断面仪对同一处隧道初期支护断面和二次衬砌断面进行检测，通过相同位置两次检测结果的差值，得出检测断面二次衬砌厚度的准确值。按式(5.4.2)计算电磁波速，将不同测线在此DBXX/XXXXX—XXXX断面的波速分别求出，并求出平均波速值；也可以利用已知埋深物体的反射走时求电磁波波速。5）介电常数的标定方法如下：①在检测位置上钻孔取芯，取得目标体厚度d；②在已知厚度部位或材料与隧道相同的其他预制件上测量，取得双程走时t；根据以下公式计算相对介电常数：式中：t—地质雷达波双程走时（nsd—目标体的厚度（埋深或距离mε2—相对介电常数。5隧道混凝土质量检测时，电磁波由空气进入混凝土层，出现强反射，反射系数Ri应按下式计算：式中：Ri—反射系数；ε1—第一层物质的相对介电常数；ε2—第二层物质的相对介电常数。6垂直分辨率垂直分辨率是垂直方向上可以划分的最薄层次，理论上可把地质雷达天线主频波长的1/8作为垂直分辨率的极限，但由于外界干扰等因素，一般把波长的1/4作为其下限。7水平分辨率水平分辨率是指地质雷达在水平方向上所能分辨的最小异常体的尺寸。单个异常体水平分辨率时，则不易把这两个目标体区分开。式中：DBXX/XXXXX—XXXXλ—地质雷达天线的中心波长（m5.4.3操作要领1）测量前应检查主机、天线以及运行设备，采集参数设置无误，使之均处于正常状态；2）检测初期支护、二次衬砌时优先选择等距离采集方式。2）测量时应保持天线与衬砌表面密贴(空气耦合天线除外)，保证测距装置转动正常，移动速度3）密切注意雷达图像的变化，对图像异常段做好记录，必要时进行复检；4）当需要分段测量时，相邻测量段接头重复长度不应小于1m；5）随时记录可能对测量产生影响的物体(如渗水、电缆、铁架、预留洞室等)及其位置；6）检测完成后，应对数据进行回放检验，确保数据记录完整、信号清晰、里程标记准确，不合格的原始数据不得进行处理与解译；7）对数据质量不满足要求的区域应及时进行重复检测，直至符合要求；8）检测时应实时校正地质雷达数据采集点所处的位置桩号与实际桩号的误差，并确保该误差不5.4.4运营隧道检测作业时应按《公路养护安全作业规程》（JTGH30-2015）执行，制定详细的交通疏导方案。5.5数据处理与解译5.5.1数据处理与解译可采用下列流程：DBXX/XXXXX—XXXX原始记录零点校正里程桩号校正识别目标信号钢筋拱架)判定识别目标信号钢筋拱架)判定空洞、密实情况判断计算衬砌厚度结束结束图5.5.1数据处理与解译流程图5.5.2数据处理方法：数据处理时应结合具体数据特点，灵活使用处理方法及参数，处理时应遵循压制干扰信号、突出有效信号的原则，确保信号不失真，有效提高信噪比。5.5.3解译原则：1）解译应在掌握测区内物性参数和衬砌结构的基础上，由已知到未知、定性指导定量的原则进2）根据现场记录，分析可能存在的干扰体位置与雷达记录中异常的关系，准确区分有效异常与干扰异常；3）应准确读取双程旅行时的数据。5.5.4衬砌背后回填密实度的主要判定特征如下：1）密实：信号幅度较弱，甚至没有界面反射信号；2）不密实：界面反射信号为强反射，同相轴不连续，错断，杂乱，一般区域化分布；3）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；5.5.5衬砌内部钢拱架、钢筋位置分布的主要判定特征如下：DBXX/XXXXX—XXXX1）钢拱架：单个的月牙形强反射信号，月牙波幅较宽；2）钢格栅：连续的两个双曲线强反射信号；3）钢筋：连续的小双曲线形强反射信号，形似月牙。6检测结果隧道地质雷达检测结果应包括：初期支护厚度、钢拱架间距、初期支护内部空洞及不密实区域；二次衬砌厚度、二次衬砌内部空洞及不密实区域、钢筋分布、预埋管件；仰拱厚度及回填密实性。根据检测目的选择相应检测项目。隧道整体质量的评定应按交通部颁发的《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2017执行。6.1衬砌厚度评定应符合下列要求：6.1.1初期支护厚度应符合下列规定：1）初期支护厚度宜沿隧道纵向测线以1m~3m为间距提取地质雷达厚度检测数据，环向测线宜2）计算所有测点实测厚度的最小值、最大值、平均值及合格率。6.1.2二次衬砌厚度应符合下列规定：1）二次衬砌厚度宜沿隧道纵向测线以1m~3m为间距提取地质雷达厚度检测数据，环向测线宜2）连续的厚度不足段落提取代表性厚度值；3）计算所有测点实测厚度的最小值、最大值、平均值及合格率。4）明确二次衬砌混凝土厚度小于二分之一设计厚度的位置和段落，报告厚度合格率小于90%的6.2隧道初期支护与围岩间、初期支护与二次衬砌间的密实程度分为以下三类：1）密实；2）不密实；3）空洞。7检测报告（附录C地质雷达检测报告样本）报告编写前，应对资料进行全面整理，保证最终成果质量。DBXX/XXXXX—XXXX7.1报告应包括以下内容：1）任务来源及目的；2）工程概况：隧道承建单位、路线等级、隧道长度、工程地质状况、水文地质状况、隧道基本设计参数、施工日期、检测日期、检测数量；3）检测依据及相关文件：技术标准、设计文件委托书、检测合同；4）检测内容及频率；5）现场检测：检测方法、仪器设备型号、测线布置位置；6）检测结果；8）报告附件：衬砌厚度检测结果统计表、汇总表、缺陷统计表、汇总表、单位资质证书及检测技术人员资格证书复印件。附录A现场检测记录表隧道地质雷达检测原始记录表项目名称合同段衬砌类型检测依据检测仪器地质雷达主机型号、管理编号叠加次数/采用点距天线频率、管理编号时窗长度/采样间隔检测段落测线编号测线位置行进方向设计厚度(cm)数据文件名检测情况检测：记录：时间：年DBXX/XXXXX—XXXX附录B检测结果汇总表B.1空洞及不密实区域检测结果汇总表隧道（初期支护或二次衬砌）内部空洞及不密实区域检测结果汇总表项目名称：