王金亮

(中鐵十一局集團(tuán)一公司,湖北襄樊 432013)

地質(zhì)雷達(dá)在湘桂鐵路隧道襯砌檢測(cè)中的應(yīng)用＊

王金亮

(中鐵十一局集團(tuán)一公司,湖北襄樊 432013)

地質(zhì)雷達(dá)作為一種快速高效、高精度的無(wú)損檢測(cè)技術(shù),在隧道工程中的應(yīng)用日益廣泛。本文通過(guò)對(duì)湘桂鐵路隧道襯砌質(zhì)量地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)工作實(shí)例,介紹地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在隧道工程質(zhì)量控制中的應(yīng)用。

地質(zhì)雷達(dá);隧道工程;無(wú)損檢測(cè);注漿加固

一、概述

地質(zhì)雷達(dá)作為近十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的地球物理高技術(shù)探測(cè)方法,以其分辨率高、定位準(zhǔn)確、快速經(jīng)濟(jì)、靈活方便、剖面直觀、實(shí)時(shí)圖象顯示等優(yōu)點(diǎn),備受廣大工程技術(shù)人員的青睞,其實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域較廣,包括工程地質(zhì)勘探、巖溶探查、地質(zhì)構(gòu)造填圖、水文地質(zhì)調(diào)查、地基和道路路基空洞與裂縫調(diào)查、城市管線探查、混凝土裂縫探查、隧道襯砌檢測(cè)、堤防隱患探查、古墓遺跡探查等眾多領(lǐng)域。它作為一種快速高效、高精度的無(wú)損檢測(cè)技術(shù),在鐵道工程中的應(yīng)用也日益廣泛,主要有鐵道工程地質(zhì)調(diào)查、巖溶地區(qū)溶蝕帶和溶洞探查、片石擋土墻后背空隙檢測(cè)、鐵路隧洞地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、襯砌及圍巖檢測(cè)等。本文結(jié)合湘桂線中渡隧道的襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)工作實(shí)例,介紹地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在隧道工程質(zhì)量控制中的應(yīng)用。

二、檢測(cè)方法

(一)本次檢測(cè)采用地質(zhì)雷達(dá)法。

地質(zhì)雷達(dá)法(Ground Penetrating Radar,簡(jiǎn)稱(chēng)GPR)是應(yīng)用高頻脈沖電磁波來(lái)探測(cè)隱蔽介質(zhì)的分布和特征。地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射天線向隧道壁發(fā)射高頻寬帶短脈沖電磁波,遇到相對(duì)介電常數(shù)差異較大的介質(zhì)(如空洞、襯砌界面等)就會(huì)產(chǎn)生反射波,接收天線接收反射回來(lái)的電磁波并記錄其反射時(shí)間。根據(jù)電磁波在介質(zhì)中的電磁波速(v)和雙程旅行時(shí)間(t)可以計(jì)算襯砌厚度。當(dāng)天線沿隧道壁移動(dòng)時(shí)就能得到襯砌內(nèi)部電磁波走時(shí)圖像(圖1)。電磁波由空氣進(jìn)入二襯的混凝土層,會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)反射;同樣,當(dāng)電磁波由二襯傳播至初襯繼而由初襯傳播到巖層時(shí),如果二襯和初襯接合不良,或存在空隙,亦會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)剖面相位和幅度發(fā)生變化,由此可確定襯砌厚度和發(fā)現(xiàn)施工缺陷。電磁波遇到以傳導(dǎo)電流為主的介質(zhì),比如襯砌中存在的鋼筋,會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)反射,在雷達(dá)剖面上呈現(xiàn)明顯異常,以此可確定鋼筋分布情況。

(二)介質(zhì)參數(shù)標(biāo)定

選取隧道口襯砌做混凝土電磁波速現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定,本隧道使用電磁波速(見(jiàn)表1)。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)工作與分析圖

表1 介質(zhì)參數(shù)標(biāo)定表

(三)采用的儀器和設(shè)備

本次檢測(cè)采用瑞典產(chǎn)RAMAC/GPR-CUⅡ地質(zhì)雷達(dá)儀。

所用天線為地面耦合式一體化天線。雷達(dá)檢測(cè)時(shí),發(fā)射和接收天線與隧道襯砌表面密貼;沿測(cè)線滑動(dòng),采用時(shí)間觸發(fā)模式,觸發(fā)間隔0.02s,每隔10m鍵盤(pán)觸發(fā)標(biāo)記一次。采樣中心頻率15015MHz,自動(dòng)疊加模式。測(cè)量時(shí)窗38ns。

三、檢測(cè)工作布置

按照上述參數(shù)對(duì)中渡隧道進(jìn)口進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),在隧道中共布置了5條測(cè)線,其中拱頂一條,左右邊墻,左右拱腰各一條(圖2),左右邊參照隧道小里程至大里程走向,其中左右邊墻測(cè)線位置離兩邊水溝頂1.5m高。實(shí)際布置檢測(cè)了5條測(cè)線。

圖2 測(cè)線橫斷面分布圖

四、資料處理和解譯

(一)資料處理流程

資料處理流程見(jiàn)圖3。

圖3 資料處理流程

(二)襯砌厚度計(jì)算:

式中:d為襯砌厚度(m);εγ為相對(duì)介電常數(shù)(無(wú)量綱);t為雙程旅行時(shí)間(ns);v為電磁波速(m/s)。

(三)襯砌背后回填密實(shí)度判定方法

(1)密實(shí):信號(hào)幅度較弱,甚至沒(méi)有界面反射信號(hào);(2)不密實(shí):襯砌界面的強(qiáng)反射信號(hào)同相軸呈繞射弧形,且不連續(xù)、較分散;(3)空洞:襯砌界面反射信號(hào)強(qiáng),三振相明顯,在其下部仍有強(qiáng)反射界面信號(hào),兩組信號(hào)時(shí)程差較大。

(四)襯砌內(nèi)部鋼架、鋼筋位置分布判定方法

(1)鋼架:分散的月牙形強(qiáng)反射信號(hào);(2)鋼筋:連續(xù)的小雙曲線形強(qiáng)反射信號(hào)。

五、結(jié)論

1、檢測(cè)里程內(nèi)大部分拱頂、左拱腰、右拱腰、左邊墻、右邊墻襯砌厚度基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2、檢測(cè)里程內(nèi)部分拱頂、左拱腰、右拱腰、左邊墻、右邊墻襯砌背后回填情況基本符合要求,局部位置存在缺陷:拱頂二襯不密實(shí);拱腰二襯不密實(shí);二襯脫空;二襯背后空洞;

3、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)圖像顯示有鋼筋、鋼拱架分布,基本符合設(shè)計(jì)要求。

[1]李大心.地質(zhì)雷達(dá)方法與應(yīng)用[M].北京:地質(zhì)出版社,1994.

[2]DanielsD J,et al.Introduction to subsurface radar[J].IEE Proceeding,1988,135(4).

[3]Thomas J Fenner.Application of subsurface radar(SIR)in limestone [R].GSSI Inc.,TechnicalLiterature,1985.

[4]Davis J L,AnnanA P.Ground penetrating radar for high resolutionmapping of soil and rock stratigraphy[M].Geophysical Prospecting,1987.

2010-04-20

王金亮(1974-),男,山東諸城人,助理工程師。