楊小波
在隧道施工應(yīng)用中,工程質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)是不可忽視的,地質(zhì)雷達就是一種簡單方便而且對施工損傷最小的方法,在隧道檢測中發(fā)揮著重要的作用。本文主要對地質(zhì)雷達檢測技術(shù)的基本原理進行論述,并在此基礎(chǔ)上對地質(zhì)雷達無損探測技術(shù)在隧道檢測中的應(yīng)用進行闡述,希望對提高地質(zhì)雷達檢測探測技術(shù)的發(fā)展有所幫助。
隨著我國交通運輸行業(yè)的快速發(fā)展,地質(zhì)雷達無損探測技術(shù)因自身具有快速、無損、解釋直觀等特點,在修建隧道質(zhì)量檢測中的應(yīng)用越來越廣泛。這項技術(shù)運用物理方法,大大節(jié)省了隧道質(zhì)量檢測的時間為隧道的安全運營提供了技術(shù)性的保障。但在檢測中還存在著一些不足之處,而且這些問題會大大降低隧道的服務(wù)質(zhì)量,因此,施工人要定期對隧道進行維護,確保隧道安全運營。
工程概況:某縣繞城段公路改建工程隧道施工項目,位于分離式路基段,為小凈距隧道,左右線設(shè)計線凈間距16m,左右線長度均為294m,左線樁號ZK18+920.5~ZK19+214.5,右線樁號YK18+919~YK19+213,隧道凈寬10.75m,凈高5m,設(shè)計圍巖均為Ⅴ級。隧道主要穿越強、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖泥巖互層及礫巖,屬極軟巖至軟巖類,隧道埋深較淺,風(fēng)化層厚度大,圍巖條件一般。
根據(jù)我國近幾年交通建設(shè)的發(fā)展情況來看,各類交通設(shè)施的發(fā)展速度逐漸加快,其中在隧道建設(shè)過程中,質(zhì)量問題是不可忽視的。在以往的隧道建設(shè)中,傳統(tǒng)隧道開發(fā)模式占據(jù)主導(dǎo)地位,傳統(tǒng)開發(fā)模式主以直接爆破為主要開發(fā)技術(shù),這使隧道的后期施工存在著許多安全隱患,不利于后期的施工。
地質(zhì)雷達無損技術(shù)是靠天線反射回來的信號的強弱來判斷隧道內(nèi)是否出現(xiàn)裂痕、空洞等現(xiàn)象。通過對信號的分析工作人員得出隧道內(nèi)的安全狀態(tài),對隧道的質(zhì)量問題逐步的進行判斷,在根據(jù)隧道內(nèi)的基本結(jié)構(gòu)找出存在問題的位置,無損檢測正是因此而得名。物理上講傳播介質(zhì)的不同,雷達發(fā)出的電磁波速度也不同,試驗證明影響介質(zhì)常數(shù)的關(guān)鍵就是介質(zhì)內(nèi)含水量的大小,這項技術(shù)的應(yīng)用,彌補了傳統(tǒng)檢測方法收集信號不明顯的缺陷,避免了介質(zhì)對檢測結(jié)果的干擾,提高了地質(zhì)檢測的工作效率。
地質(zhì)雷達檢測技術(shù)是通過高頻電磁波的反射來實現(xiàn)的,這種技術(shù)的應(yīng)用大大提高了隧道檢測環(huán)節(jié)的施工的效率。目前采取的光面爆破技術(shù),提高了隧道工程的質(zhì)量,為后期的隧道施工提供了便利的條件。由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因,完工后的隧道還存在著許多安全隱患,這時地質(zhì)雷達高效、全面的檢測技術(shù)為后期的隧道加工提供了便利條件。天線和控制主機是雷達主要構(gòu)成部分,天線主要負責(zé)電磁波的發(fā)射和接受,主機起控制作用,控制發(fā)出和接受的信號。當天線發(fā)出電磁波后,遇到隧道邊界等界面電磁波會被反射回來,這時天線負責(zé)接收反射回來的信號,最后通過主機記錄的反射數(shù)據(jù)來判斷隧道內(nèi)是否安全。
在地質(zhì)雷達無損檢測中通常選用常見的國外生產(chǎn)的地質(zhì)雷達,并根據(jù)隧道地質(zhì)環(huán)境的不同來決定選擇加拿大EKKO系列的儀器或者美國SIR系列的儀器,隧道環(huán)境不同在儀器型號的選擇上也會有所不同。在檢測的過程中,主要的檢測項目大致分為三項,分別是隧道襯砌層厚度的檢測、襯砌層與圍巖之間的密實程度和巖體之間存在的電性,地質(zhì)雷達無損檢測主要通過對這些項目檢測所得的數(shù)據(jù)來分析判斷隧道內(nèi)是否存在問題。探地雷達的發(fā)射天線將高頻短脈沖電磁波定向送入地下,電磁波在傳播過程中遇到存在電性差異的地層或目標體就會發(fā)生反射和透射,接收天線收到反射波信號并將其數(shù)字化,然后由電腦以反射波波形的形式記錄下來。對所采集的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理后,可根據(jù)反射波的傳播時間、幅度和波形,判斷地下目標體的空間位置、結(jié)構(gòu)及其分布特征。本項目采用美國勞雷工業(yè)公司SIR-3000型地質(zhì)雷達。配備400MHz、900MHz天線。
在隧道內(nèi)使用地質(zhì)雷達無損探測技術(shù)時,工作人員會非常重視天線發(fā)射的信號與隧道襯砌的結(jié)合程度,因此,工作人員應(yīng)嚴格按照地質(zhì)雷達檢測的檢測標準,滑動時要沿著檢測路線移動。在雷達發(fā)出信號后要密切關(guān)注隧道內(nèi)的信號情況,做好信號收集工作。通常情況下,雷達發(fā)出的脈沖信號的頻率是64/s,在每個脈沖信號發(fā)出之后其發(fā)射區(qū)域會得到45到60個監(jiān)測點,工作人員要在保證隧道檢測無損的前提下,確保所得數(shù)據(jù)的準確性,再對隧道內(nèi)的情況作出具體分析后由相關(guān)工作人員收集具體數(shù)據(jù),判斷出隧道所存在的安全隱患。地質(zhì)雷達在檢測前應(yīng)對隧道檢測部位的介電常數(shù)進行標定。具體步驟如下:
(1)檢測前應(yīng)對支護(襯砌)混凝土的介電常數(shù)或電磁波速做現(xiàn)場標定,且每座隧應(yīng)不少于1處,每處實測不少于3次,取平均值為該隧道的介電常數(shù)或電磁波速。對長隧道,應(yīng)增加標定點數(shù)。(2)標定方法包括:鉆孔實測;在已知厚度部位或材料與隧道相同的其他預(yù)埋件上量;在洞口或洞內(nèi)避車洞處使用雙天線直達波法測量。(3)求取參數(shù)時應(yīng)具備的條件:標定目標體的厚度不宜小于15cm,且厚度已知。
地質(zhì)雷達主要應(yīng)用超高頻、寬頻帶電磁脈沖技術(shù),數(shù)據(jù)采集大多以反射波的特征為主要依據(jù)。但隧道環(huán)境會對雷達產(chǎn)生一定的干擾,為了避免這類干擾,提高檢測結(jié)果的準確度,所以必須對原始數(shù)據(jù)進行處理,這時就要求專業(yè)人員對收集好的數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的分析。數(shù)據(jù)與資料的處理主要分為記錄數(shù)據(jù)回訪顯示,和正式信息處理兩個階段。通過第一階段的分析,對隧道內(nèi)的異常現(xiàn)象作出準確的分析處理,根據(jù)雷達圖像中的頻率,位置以及形態(tài)等特征,對收集信息進行逐一判斷,找出隧道內(nèi)存在的安全隱患,第二階段是運用雷達專用軟件對整理好的數(shù)據(jù)進行完整的處理,以反射波為主要依據(jù),對隧道內(nèi)的基本情況進行詳細的了解,做好最后的數(shù)據(jù)分析工作。以支護(襯砌)混凝土厚度及密實狀況檢測為例:
數(shù)據(jù)分析與解釋:
①密實:反射信號弱,圖像均一且反射界面不明顯;
②不密實:反射信號強,圖像變化雜亂,不連續(xù),較分散;
③空洞:反射信號強,三振相明顯,圖像呈不規(guī)則或規(guī)則狀弧形且反射界面明顯,同相軸錯斷;
④脫空:反射界面呈線形,且層位明顯;
⑤鋼拱架:反射信號強,圖像呈倒拋物線形或月牙形;
⑥鋼筋:反射信號強,圖像呈連續(xù)的小雙曲線形。
隨著地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)在隧道檢測中的應(yīng)用越來越廣泛,我們更應(yīng)該注意在操作過程中容易出現(xiàn)的一些問題,例如:由于支護表面平整度不夠而導(dǎo)致的誤差;隧道內(nèi)機電設(shè)施對雷達電波產(chǎn)生的干擾,這些都將會影響到后期的信息收集和分析工作。因此,在檢測工作開始之前隧道內(nèi)要保證天線與襯砌表面的密貼度符合操作標準,在檢測時也要好控制好移動速度,必要時可采取一定的補救措施,以確保數(shù)據(jù)的準確度,為檢測工程提供必要的技術(shù)保障。
綜上所述,隧道檢測是一項系統(tǒng)的繁瑣的工作,地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)的應(yīng)用做到了在不影響隧道正常運行的前提下,對隧道的施工質(zhì)量的檢測。這種技術(shù)的應(yīng)用不僅可以探測出襯砌背后隱藏的問題,還能對鋼筋等建筑設(shè)施的具體分布情況作出分析,具有安全、方便、快捷等特點,縮短了隧道檢測環(huán)節(jié)的時間,提高了隧道工程的施工效率。在今后的隧道檢測中,要積累更多的經(jīng)驗,把地質(zhì)無損檢測技術(shù)在隧道檢測中的作用發(fā)揮到最大,更好的解決實際問題。