鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)方案
更新時(shí)間：2021-04-10 17:51
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一、 檢測(cè)依據(jù)及內(nèi)容
1、檢測(cè)依據(jù)
a、《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10003－2005，J447－2005）；
b、《鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10417－2003）；
c、《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)規(guī)程》(TB10223－2004)；
d、《客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)〔2005〕160號(hào))；
e、隧道設(shè)計(jì)圖。
2、檢測(cè)內(nèi)容
a、檢測(cè)二襯襯砌厚度；
b、檢測(cè)襯砌背后的回填密實(shí)度及內(nèi)部缺陷；
c、二襯鋼筋分布。
二、檢測(cè)方法和原理
1、地質(zhì)雷達(dá)法
地質(zhì)雷達(dá)法（Ground Penetrating Radar,簡(jiǎn)稱(chēng)GPR）利用主頻106Hz～109Hz波段的電磁波，以寬頻帶短脈沖的形式，由地面通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射器發(fā)至地下，經(jīng)地下目標(biāo)體或地層的界面反射后返回地面，被雷達(dá)天線(xiàn)接收器所接收，通過(guò)對(duì)所接收的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行處理和圖像解譯，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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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（見(jiàn)圖1-1）。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。由于地質(zhì)雷達(dá)方法在其探測(cè)深度范圍內(nèi)具有工作效率高、高分辨率和異常圖像直觀(guān)等優(yōu)點(diǎn)，因此，該方法廣泛應(yīng)用于工程質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域。
在隧道襯砌厚度的檢測(cè)中，主要涉及到媒質(zhì)有：混凝土、鋼筋、空氣、水和圍巖，其物性差異如下表1-1：
從表中可以看出，隧道內(nèi)所涉及到的這幾種媒質(zhì)物性差異較大，會(huì)形成較強(qiáng)反射。比如當(dāng)襯砌內(nèi)有脫空或鋼筋（鋼拱架）都會(huì)產(chǎn)生十分強(qiáng)烈的反射，物性的明顯差異正是地質(zhì)雷達(dá)法檢測(cè)隧道襯砌質(zhì)量和鋼筋數(shù)量的前提條件。
檢查資料質(zhì)量評(píng)定應(yīng)符合下列規(guī)定：
（1）襯砌背后回填密實(shí)度和襯砌混凝土強(qiáng)度的檢查點(diǎn)相對(duì)誤差小于10%為合格,襯砌混凝土厚度的檢查點(diǎn)相對(duì)誤差小于15%為合格。
（2）合格的檢查點(diǎn)數(shù)量大于總檢查點(diǎn)數(shù)量90%為合格。
2、采用的儀器設(shè)備
本次檢測(cè)采用美國(guó)勞雷公司生產(chǎn)的SIR-3000型地質(zhì)雷達(dá)儀（見(jiàn)圖1-2），它是目前世界上最先進(jìn)的地質(zhì)雷達(dá)之一，該雷達(dá)用于本工程隧道檢測(cè)的基本配置（見(jiàn)表1-2）。
3、數(shù)據(jù)采集
a、里程標(biāo)記
a、 為了確保時(shí)間剖面上各點(diǎn)位置與實(shí)際位置檢測(cè)里程相對(duì)應(yīng)，在隧道邊墻上，每10米作一個(gè)標(biāo)記，每20m標(biāo)注里程，保證清晰可見(jiàn)，以供核對(duì)。
b、天線(xiàn)的選擇
襯砌檢測(cè)中，由于隧道內(nèi)存在臺(tái)車(chē)、機(jī)械等鐵磁性物品，需要采用屏蔽天線(xiàn)。用于隧道襯砌檢測(cè)常用的天線(xiàn)，其頻率為200～1000MHz。頻率高的天線(xiàn)，精度較高，能量衰減較快，探測(cè)深度較淺；頻率低的天線(xiàn)，精度相對(duì)較低，能力衰減較慢，探測(cè)深度較深。
c、時(shí)窗的選擇
時(shí)窗選擇主要取決于最大探測(cè)深度d（單位：cm）與混凝土的電磁波速度V（單位：cm/ns）。時(shí)窗W（單位：ns）可由下式結(jié)算：
W=2d/V
實(shí)際工作中，時(shí)窗的選用值要增加50%，作為混凝土速度與目的層深度變化所留出的余量，一般將主要目的層的反射相位放在圖像上方三分之一的部位。確定時(shí)窗后，根據(jù)時(shí)窗大小調(diào)節(jié)采用率（或采用間隔）和采樣點(diǎn)數(shù)。
d、采樣率、采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)的選擇
采樣率是記錄的反射波采樣點(diǎn)之間的時(shí)間間隔。采樣抽取的原則應(yīng)滿(mǎn)足尼奎斯特（Nyquist）采樣定律，即采樣頻率應(yīng)大于信號(hào)頻率的兩倍。
以混凝土為例，假定電磁波速度為12cm/ns，如果存在縱向6cm空隙，那么信號(hào)頻率2GHz，要求采樣頻率大于（或等于）4GHz，此時(shí)的采樣率應(yīng)小于（或等于）0.25ns。如果時(shí)間窗口為100ns，那么采樣點(diǎn)數(shù)應(yīng)不小于400點(diǎn)。
e、增益點(diǎn)數(shù)的選擇
增益點(diǎn)的作用是使記錄線(xiàn)上的不同時(shí)段有不同放大倍數(shù)，使各段的信號(hào)都能清楚的顯現(xiàn)出來(lái)，其位置最好是在反射信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)段附近。時(shí)窗短時(shí)選2點(diǎn)增益，時(shí)窗長(zhǎng)時(shí)選4或5。點(diǎn)之間的增益是線(xiàn)性變化的，增益的變化是平滑的。增益大小的調(diào)節(jié)是使多數(shù)反射信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到滿(mǎn)度的60％～70％，增益太大將造成削頂，增益太小將丟失弱小信號(hào)。
f、濾波設(shè)置
目的是為了改善記錄質(zhì)量。濾波分垂向?yàn)V波和水平濾波，垂向?yàn)V波又分高通和低通，高通頻率選為天線(xiàn)頻率的1／6，高于這個(gè)頻率的信號(hào)順利通過(guò)，相當(dāng)于帶通濾波器里的低截頻率。垂向低通頻率選為天線(xiàn)頻率的2倍。低于該頻率的波順利通過(guò)，相當(dāng)于帶通濾波器熙的高截頻率。水平濾波分水平平滑和背景剔除。以消除儀器和環(huán)境的背景干擾。水平平滑通常取3道平滑，背景剔除功能只在回放時(shí)起作用。
g、天線(xiàn)的取向
天線(xiàn)的取向要保證電場(chǎng)的極化方向平行于目標(biāo)體的長(zhǎng)軸或行進(jìn)方向（天線(xiàn)上已經(jīng)用箭頭標(biāo)出）。
三、 數(shù)據(jù)處理及資料判釋
3、襯砌背后回填密實(shí)度判定方法
a、密實(shí)：信號(hào)幅度較弱，甚至沒(méi)有界面反射信號(hào)；
b、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；
c、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、測(cè)線(xiàn)的布置
對(duì)于雙線(xiàn)隧道，按照《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)規(guī)程》(TB10223－2004)，需在隧道中共布置7條測(cè)線(xiàn)，其中拱頂位置一條，左右拱腰、左右邊墻各一條及仰拱兩條（圖1-3）。其中左右拱腰測(cè)線(xiàn)在兩邊起拱線(xiàn)以上1m左右，左右邊墻測(cè)線(xiàn)在兩邊水溝蓋板以上1.5m左右，仰拱測(cè)線(xiàn)布置為左右線(xiàn)路中心線(xiàn)。
五、現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作
1、工作布線(xiàn)
每個(gè)隧道進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)，分別檢測(cè)隧道的拱頂、左右拱腰、左右邊墻以及仰拱鋪底（線(xiàn)路中心處，單線(xiàn)一條，雙線(xiàn)兩條），共6或7條測(cè)線(xiàn)。
2、準(zhǔn)備工作
a、要求各標(biāo)段施工單位自制檢測(cè)架，檢測(cè)架搭于汽車(chē)或運(yùn)輸車(chē)上，分2層平臺(tái)，從上至下第一層距拱
b、復(fù)印隧道典型斷面設(shè)計(jì)圖一份，頂2m左右，第二層于拱腰處，搭設(shè)的平臺(tái)兩側(cè)距襯砌面應(yīng)留有空隙，檢測(cè)架應(yīng)安全，適用，并應(yīng)得到檢測(cè)人員的認(rèn)可，杜絕因檢測(cè)車(chē)引起的安全事故。
c、各施工單位需派4－6人配合檢測(cè)。
d、應(yīng)對(duì)被檢測(cè)隧道進(jìn)行清理，確保車(chē)輛平穩(wěn)通過(guò)，以便連續(xù)檢測(cè)，應(yīng)避免仰拱測(cè)線(xiàn)處有水，并將仰拱測(cè)線(xiàn)打掃干凈。
e、在被檢隧道的左右邊墻上每10m作一普通豎向標(biāo)記（用紅油漆），整20m作里程標(biāo)記。并填寫(xiě)好檢測(cè)單位所提供的隧道無(wú)損檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)記錄表
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