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1地質(zhì)雷達法檢測原理
地質(zhì)雷達檢測隧道襯砌質(zhì)量是基于襯砌混凝土與鋼拱架、鋼筋、襯砌背后超挖回填空隙、空洞等以及密實的混凝土與襯砌背后圍巖的電性差異來實現(xiàn)的。將地質(zhì)雷達的發(fā)射天線和接收天線密貼于襯砌表面，雷達波通過天線向下傳播，當經(jīng)過這些界面時都會發(fā)生不同程度的反射、折射和散射，并產(chǎn)生不同程度的能量吸收和衰減，集中反映在波形和波阻特征變化上。分析研究反射波的特征差異來判斷襯砌背后空隙、空洞、鋼筋等的形態(tài)，就可以揭示襯砌結(jié)構(gòu)特征及病害缺陷，并計算其埋藏深度及確定其位置。地質(zhì)雷達的探測效果主要取決于不同介質(zhì)分界面的電性差異的大小，即介質(zhì)層間介電常數(shù)差異越大，則探測效果越好，介質(zhì)異常在雷達剖面上反映也就越明顯，從而易于識別。
2工程概況
依托工程的隧道最大埋深約33m，內(nèi)軌頂面以上凈空面積為92m2，曲線地段不考慮加寬，全隧線間距4.6m。隧道進口里程為GDK208+168，出口里程為GDK208+345，全長177m。隧道內(nèi)縱坡為單面坡，坡度為－12.4‰。隧道進口GDK208+168—GDK208+189.05段位于Ｒ=20000m的豎曲線上。全隧道暗挖段均為Ⅴ級圍巖，長106m，采用三臺階臨時仰拱法及CＲD法施工和復合式襯砌。進口洞門長27m，明洞長10m;出口明洞長5m，洞門長10m。洞門及明洞采用明挖和復合式襯砌。地質(zhì)雷達無損檢測的主要內(nèi)容有隧道的仰拱、襯砌的厚度、背后回填密實情況及鋼架、鋼筋的分布情況。本次共完成隧道雷達檢測1140測線米，代表140成洞米。
3隧道襯砌現(xiàn)場檢測
3．1檢測儀器
目前，美國GSSI公司生產(chǎn)的SIＲ－3000型便攜式探地雷達［3］應用范圍較廣，可以應用于高速公路快速檢測、鋼筋、混凝土缺陷檢測、深層地質(zhì)水文探測、市政管線及地下空洞調(diào)查及隧道襯砌及超前預報探測等。檢測儀器即采用SIＲ－3000型便攜式探地雷達。
3．2測線布置
根據(jù)《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程》規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)場實際作業(yè)條件，本次檢測沿隧道縱向連續(xù)檢測，共布設3條測線:隧道左右底板、右邊墻各1條。
3．3現(xiàn)場檢測步驟
(1)天線的選擇:針對本次隧道襯砌檢測的具體情況，從分辨率、穿透力等方面綜合衡量，確定使用400MHz天線。(2)對現(xiàn)場襯砌混凝土的介電參數(shù)(或電磁波速)進行標定，并確定時間窗、掃描樣點數(shù)等采集參數(shù)。(3)天線緊貼襯砌表面，并沿測線連續(xù)滑動。(4)檢測天線滑行應移動平穩(wěn)，速度均勻，移動速度控制在3～5km/h之間。(5)每隔10m打一個標記，每50m打雙標。(6)隨時記錄可能對檢測產(chǎn)生電磁影響的物體(滲水、電纜、鐵架等)及其位置。
4數(shù)據(jù)處理分析與解釋
4．1數(shù)據(jù)處理流程
采用ＲANDAN專用數(shù)據(jù)處理軟件對所探測的雷達數(shù)據(jù)進行處理。
4．2數(shù)據(jù)分析與解釋
(1)襯砌背后空洞及密實度的主要判定依據(jù)［4］。①密實度:反射波信號幅度較弱，甚至沒有界面反射信號;襯砌界面的強反射信號同相軸呈繞射弧形，且不連續(xù)，較分散。②脫空(空洞):襯砌界面反射信號強，三振相明顯，在其下部仍有強反射界面信號，兩組信號時程差較大。(2)襯砌內(nèi)部鋼筋、鋼架數(shù)量及分布判據(jù):①鋼筋:連續(xù)的小雙曲線形強反射信號。②鋼架:分散的月牙形強反射信號。
5缺陷等級評定與檢測結(jié)果
5．1缺陷等級
根據(jù)《鐵路運營隧道襯砌安全等級評定暫行規(guī)定》鐵運函［2004］174號文評定依據(jù):(1)隧道襯砌存在缺陷及病害時，為了病害整治與工程質(zhì)量評定的需要，可按隧道襯砌缺陷與病害項目以及嚴重程度劃分為輕微(1級)、較嚴重(2級)、嚴重(3級)、極嚴重(4級)四個等級。(2)隧道襯砌厚度及混凝土強度缺陷的量化指標［5］，應符合表2規(guī)定。表2中:q—設計襯砌混凝土強度;q1—檢測斷面襯砌混凝土測點平均強度;h—設計襯砌厚度;h1—檢測襯砌厚度，當襯砌混凝土存在內(nèi)部缺陷時，檢測襯砌厚度換算為有效襯砌厚度，即將檢測襯砌厚度減去內(nèi)部缺陷削弱的部分厚度;Lc—檢測襯砌厚度不足地段的測線連續(xù)長度;Lq—檢測襯砌混凝土強度不足地段的連續(xù)長度。檢測襯砌厚度當相鄰測線三條及以上均連續(xù)不足時，其缺陷等級應提高等一級。檢測斷面襯砌混凝土的最低強度當?shù)陀谄骄档?.85時，其缺陷等級應提高一級。(3)隧道襯砌背后有空洞或回填不密實、基底不密實的量化指標應符合表3規(guī)定。表3中:KLc—襯砌背后回填有空洞地段測線連續(xù)長度;SLc—襯砌背后回填不密實地段的測線連續(xù)長度;DLc—基底不密實地段的測線連續(xù)長度。
5．2檢測結(jié)果
隧道的雷達掃描圖像對照襯砌設計參數(shù)表，經(jīng)數(shù)據(jù)分析，該隧道共完成雷達檢測1140測線米，代表140成洞米。其中有7處存在不密實、空洞現(xiàn)象，襯砌厚度符合設計要求，9處鋼筋數(shù)量不足。
6結(jié)語
通過對地質(zhì)雷達無損檢測法檢測原理出發(fā)，結(jié)合某鐵路隧道闡述了地質(zhì)雷達技術在隧道仰拱、襯砌檢測中的具體應用，為嚴格控制隧道施工的質(zhì)量，及早發(fā)現(xiàn)隧道隱蔽工程的病害，并采取加固措施消除隱患提供了依據(jù)。在具體進行地質(zhì)雷達檢測時，要結(jié)合具體的工程實例分析，以便得到更加科學的檢測結(jié)果。
作者：崔景亮 單位：中鐵隧道集團有限公司工程試驗中心