中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預(yù)警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團企業(yè)。
原理
探地雷達作為一種地球物理探測儀器，廣泛應(yīng)用于工程質(zhì)量檢測中。它是利用高頻電磁波以脈沖的形式由天線發(fā)射到被檢測的介質(zhì)當(dāng)中，高頻電磁波脈沖在介質(zhì)中傳播時，遇到物性差異的界面將會產(chǎn)生反射，反射回來的電磁波部分被天線接收，雷達主機系統(tǒng)對發(fā)射和接收的電磁波進行處理分析，得到一定深度范圍內(nèi)探測介質(zhì)的剖面圖像。該方法在我國的隧道襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測中得到了大量應(yīng)用，探測技術(shù)日漸成熟，但由于隧道施工環(huán)境的復(fù)雜性以及工作人員對檢測資料解讀能力的不同，致使檢測結(jié)果的判釋也有所不同。因此更進一步對隧道襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測進行研究具有重要的意義。
雷達波在介質(zhì)中的傳播時間采用雙程走時表示，通常是由接收的反射脈沖相對于發(fā)射脈沖的延時來確定，然后根據(jù)高頻電磁波脈沖在介質(zhì)中的傳播速度、傳播時間，計算出目標(biāo)體的埋深。雷達主機系統(tǒng)根據(jù)脈沖反射波的波形以圖像形式記錄下來，波形峰谷值采用黑白相間或灰階色圖的同向軸表示，通過其波形圖可形象地反映出被探測介質(zhì)中反射界面、構(gòu)造情況等。圖1為探地雷達的工作原理示意圖，測線上的每個測點位置均以鉛垂方向記錄波形，然后由每一道波形構(gòu)成雷達剖面圖。
雷達反射信號的強弱取決于介質(zhì)的介電常數(shù)，相鄰介質(zhì)的介電常數(shù)差異越大，反射信號越
強，差異越小，反射信號越弱。
雷達波的穿透深度和分辨率取決于介質(zhì)屬性和高頻電磁波的發(fā)射頻率，由于雷達天線發(fā)射的高頻電磁波脈沖主要是在非理想介質(zhì)中傳播，因此其衰減速度較快。而在相同介質(zhì)中，高頻電磁波的穿透深度與發(fā)射頻率呈反相關(guān)，頻率越低，穿透深度越深，頻率越高，穿透深度越小；其圖像的分辨率則與雷達波發(fā)射頻率呈正相關(guān)，頻率越低，分辨率越低，頻率越高，分辨率越高。
施工布置方法
隧道通常由洞門、襯砌結(jié)構(gòu)、仰拱、附屬設(shè)施等組成，而襯砌結(jié)構(gòu)作為隧道主要的承重部分，其質(zhì)量的好壞直接影響到隧道能否安全施工和運營。按照國家、行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，需要對隧道襯砌結(jié)構(gòu)進行質(zhì)量檢測并提交正式的檢測報告。在施工現(xiàn)場進行隧道襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測時，應(yīng)根據(jù)檢測的需要選擇相應(yīng)的天線發(fā)射頻率，天線發(fā)射頻率越高，雷達圖像分辨率越高，但在介質(zhì)中的穿透深度就越小，天線發(fā)射頻率越低，雷達圖像分辨率越低，但在介質(zhì)中的穿透深度就越大。因此，在進行施工現(xiàn)場檢測時，無論選擇哪種天線發(fā)射頻率，必須要保證數(shù)據(jù)有足夠的精度，圖像有足夠的分辨率，從而才能準(zhǔn)確識別出隧道襯砌結(jié)構(gòu)中的病害。常規(guī)的隧道襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測需要沿著隧道縱向布置5 條測線，即：拱頂測線，左、右拱腰測線，左、右邊墻測線。也可以根據(jù)施工現(xiàn)場實際需要，適當(dāng)加密或減少測線，特別是對于有明顯重大異常的檢測段落，在橫向上也應(yīng)當(dāng)布設(shè)測線，確保查清隧道內(nèi)存在的異常規(guī)模和位置。
隧道襯砌結(jié)構(gòu)測線布置示意圖
在隧道襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測前，為便于對后期檢測數(shù)據(jù)的處理解釋，通常沿著測線方向，每隔5、10 m 采用噴漆畫出相應(yīng)的標(biāo)記。同時在布線時還應(yīng)注意周圍的環(huán)境情況，盡量避開干擾源，提高數(shù)據(jù)精確度，最大限度地滿足檢測要求。
檢測時，將雷達天線緊貼隧道襯砌結(jié)構(gòu)表面，沿測線方向勻速移動，雷達天線用于發(fā)和接收高頻電磁波，主機用于控制系統(tǒng)快速連續(xù)地采集數(shù)據(jù)。另外，為保證拱頂、拱腰位置的檢測工作效率，通常采用裝載機搭載相關(guān)的檢測工作平臺或者隧道檢測車進行檢測。由 于不同的介質(zhì)在雷達波形圖上有不同的響應(yīng)，雷達波形圖能夠清楚地分辨出結(jié)構(gòu)內(nèi)部不同的介質(zhì)，因此可利用波形圖的不同響應(yīng)反映出隧道襯砌結(jié)構(gòu)的質(zhì)量特性。通常情況下，將雷達波形圖像中振幅相同、同相軸相對連續(xù)的一組波形信號作為同一組反射。
探地雷達資料處理解釋
襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量是隧道施工質(zhì)量的重要指標(biāo)，直接影響隧道襯砌結(jié)構(gòu)承載能力和運營壽命，是防止隧道圍巖變形、防水保溫、保障安全的重要措施，因此要對隧道襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量評價引起高度的重視。在對隧道襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)進行處理解釋時，主要通過2 個內(nèi)容進行判識：1）初次襯砌質(zhì)量檢測。主要是對初次襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖結(jié)合狀態(tài)的評價，判斷初次襯砌回填密實度、有無脫空、襯砌厚度、鋼拱架布設(shè)是否合理等；2）二次襯砌質(zhì)量檢測。主要是對二次襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量的評價，判斷二次襯砌結(jié)構(gòu)的厚度、噴射混凝土的密實度、鋼筋布設(shè)是否合理等。
探地雷達原始數(shù)據(jù)的處理流程可以分為：數(shù)據(jù)傳輸、表頭編輯、數(shù)字濾波、零點歸位、波形增益、時深轉(zhuǎn)換、輸出圖像等。在檢測數(shù)據(jù)質(zhì)量較好的情況下，可以直接根據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)對結(jié)果進行處理解釋，但由于隧道環(huán)境的復(fù)雜性以及各種干擾源的存在，需要通過去除噪聲、帶通濾波等人為手段壓制干擾信號，突出有用信號，對于那些無法去除的干擾信號，在現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集時進行標(biāo)記，在數(shù)據(jù)處理解釋時應(yīng)特別注意
地雷達波形圖主要是根據(jù)波形特征、振幅強弱、同向軸連續(xù)性等特征來進行判釋。當(dāng)初襯結(jié)構(gòu)內(nèi)部介質(zhì)均勻、膠結(jié)密實，沒有脫空離析現(xiàn)象時，雷達波形圖連續(xù)均一、無明顯反射響應(yīng)特征。由于圍巖、襯砌結(jié)構(gòu)、鋼拱架等介質(zhì)屬性存在差異，這些差異會通過電磁波的反射在雷達波形圖上呈現(xiàn)不同的響應(yīng)，只有掌握了各種介質(zhì)的雷達波響應(yīng)特征，才能夠?qū)z測結(jié)果進行判釋。根據(jù)大量雷達數(shù)據(jù)分析，對不同物性的雷達波形圖進行分析總結(jié)：
隧道襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測雷達波形圖
