雷达探测法在隧道衬砌检测中的应用

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地质雷达在隧道衬砌检测中应用

地质雷达在隧道衬砌检测中的应用摘要：采用新奥法施工的山岭隧道中，围岩本身和初期支护一起作为隧道的主要受力结构，二次混凝土衬砌则主要是起安全储备作用，因此初期支护背后有无脱空或背后空洞的位置形态以及二次衬砌混凝土的实际厚度对于隧道的安全和质量起着至关重要的作用。

本文通过地质雷达在蔡大岭隧道初期支护及二次衬砌检测中的应用，介绍了地质雷达的原理、方法、参数的设置、及雷达剖面图的分析，结果表明地质雷达在检测隧道衬砌中的质量缺陷具有定位准确，快速，无损等优点。

关键词：隧道；衬砌；地质雷达；检测the application of the geological radar in tunnel lining detectionabstract: it is much important that concerning over detecting the thickness of primary lining concrete, the position and shape of cavity behind tunnel lining, for the primary bearing carrier are primary shotcrete and rock bolts, and the secondary concrete lining acts as safety margin, in tunnels constructed with mine tunneling method. it is convenient for taking measures by detecting primary lining, to achieve effective quality-control of construction. this paper mainly introduces the application of radar method in detecting primary support and secondary concrete lining incai-daling tunnel. the result shows that there are advantages, using radar to detect the defect in tunnel lining, which are swift, lossless and precisely locating, researching from the theory, method, setup of radar and the analysis of radar profile map.key words: tunnel, primary lining, geological radar, detection1．前言隧道因其特有的结构和功能要求，往往施工难度大，容易出现初期支护背后脱空，二次衬砌混凝土厚度不足等问题，给施工和运营造成相当大的危害。

地质雷达在铁路隧道无损检测中的应用和分析

地质雷达在铁路隧道无损检测中的应用和分析摘要：针对铁路隧道施工中可能出现的质量问题,利用地质雷达术进行隧道工程质量检测。

岩土工程介质的电磁学特性决定了应用地质雷达的效果,介质的电磁学性质可用介电数、磁导率和电导率3 个参数来表征。

地质雷达技术探测是一种利用广谱电磁波确定不同介质分布的探测方法。

针对铁路隧道,给出地质雷达在无损检测应用中的工作方法,包括测线布置、采集参数设定、现场检测和后期资料处理解释。

通过对现场数据处理分析,可以精确探测衬砌厚度,确定钢筋及钢架的分布位置及数量,查明衬砌背后特别是拱顶存在的空洞和回填不密实区域。

使用地质雷达对隧道混凝土衬砌结构进行检测,实践证明技术方法是切实可行的。

关键词：地质雷达;无损检测;隧道;混凝土衬砌;工程质量地质雷达(GroundPenetratingRadar,GPR)技术是一种基于电磁波反射原理,用于浅层地质构造探测和工程质量检测的地球物理方法。

地质雷达技术可用于场地勘察[1]和工程质量检测(包括隐蔽工程结构物)两大主要领域[2-4]。

场地勘察包括：工程场地勘察、铁路与公路路基状态探查、基岩风化层探查、地下水探查、地下溶洞和人工洞室探测等。

工程质量检测包括：铁路和公路隧道衬砌、高速公路路面及路基、机场跑道等质量检测和工程结构检测。

针对隧道混凝土衬砌常见的质量问题：衬砌背后回填不密实、衬砌厚度不足、渗漏水、局部裂缝和钢筋布置不足等,利用地质雷达技术进行隧道无损检测,可以达到如下目的：1)探测隧道衬砌背后可能存在的空洞、回填不密实点的位置及范围;2)探测混凝土初衬和二次衬砌厚度;3)探测混凝土衬砌内钢筋及钢格栅的分布;4)探测二次衬砌混凝土内裂缝;5)探测层间积水。

1 探测基本理论1.1 岩土工程介质的电磁学特性雷达探测的基本原理：使用电磁波穿透工程介质,当存在电磁波阻抗差异界面时,电磁波发生反射,根据反射波的走时及介质的电磁学性质确定介质结构。

介质的电磁学性质可用介电常数、磁导率和电导率三个参数来表征。

谈地质雷达在隧道衬砌检测中的应用

其中衬砌的质量是较为重要的影响因素。衬砌混凝土在施工中会出现密实度不够，厚度不达标，脱空等现象，些都这
内部孔隙、空洞等也会造成信号的改变。地质雷达就是利
用这个原理来探测衬砌的质量。电磁波在发射和反射中的
会影响隧道的正常使用和后期施工。因此，在施工中需要
【文献标志码】Ａ
【文章编号】０７９６（００－１４０１０．４７２１）４０５－３１
进行传播，当遇到介质改变时就会发生反射，这些反射波
１引言
隧道施工的过程中质量控制会受到诸多因素的影响，
被天线接收，并传回主机，主机则对其进行数字转化和记录、储。而造成反射的除了岩层的裂隙外，砌的边界、存衬
度和介质的相对介电常数相关，介电常数增加而速度降低，且这个规律在非磁介质中适用。而岩层和混凝土衬砌都是非磁介质。此时，雷达的波速可以利用公式：
＝一一
【作者简介】蒙军（８￣，广西横县人，１３）９男，助理工程师，从事公路桥梁隧
ＭＥＮＧｕｎＪ
（ａｇｈｕＣｅｇｎＤｅｅｔｎｆｇｕｎＢｉｇｓｎｕｕｌＣ．Ｔ，ａｇｈｕ５００，ｈｎ）ＧｎｚｏｈｎａｔｃｉｏＨｉｈａｇｒｅａｄＴｎｅｏ，Ｄ．ｎｚｏ１４２ＣｉａｏｄｓＬＧｕ
【摘
要】随着交通基础建设规模不断扩展，公路工程施工中的隧道工程也随之增加，隧道工程的质量要求也越来越高。在这对

地质雷达在铁路隧道检测中的应用

地质雷达在铁路隧道检测中的应用摘要：介绍了地质雷达的工作原理，及数据处理和解释，并结合实际工程实例，对隧道衬砌有质量缺陷的雷达特征进行了分析。

关键词：地质雷达；无损检测；电磁波速中图分类号：文献标识号：a 文章编号：2306-1499（2013）02- 随着国家铁路交通的不断发展，隧道的数量也在逐年增加，同时在运营过程中暴露出来的隧道病害也在连连告急。

这就需要一种高效的能够对隧道衬砌质量进行全面快速的检测方法来适应这种发展，使隧道病害能够提前得到治理。

地质雷达检测方法可以对隧道衬砌混凝土厚度、密实性、脱空等进行快速检测，它不仅克服了传统上以点盖面的只靠目测和打孔抽查来对隧道质量进行不全面检测，而且是一种采用高科技手段，以其高分辨率和高准确率、能快速、高效的进行无损检测的方法，在隧道检测中得到广泛的应用。

1.地质雷达原理地质雷达是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，由地表通过发射天线向地层发射电磁波，当电磁波在介质中传播时，遇到具有电性、物性差异的介质（如空洞、分界面等）时便会形成反射界面而发生反射，电磁波反射回地面由接收天线接收，根据电磁波的传播时间、波形特征可以确定地层中介质（目标体）的空间位置、几何形态等。

电磁波的传播取决于物体的电性，物体的电性主要有电导率μ和介电常数ε，前者主要影响电磁波的穿透（探测）深度，在电导率适中的情况下，后者决定电磁波在该物体中的传播速度，因此，所谓电性介面也就是电磁波传播的速度介面。

不同的地质体（物体）具有不同的电性，因此，在不同电性的地质体的分界面上，都会产生回波。

图1中t为发射天线，r为接收天线，电磁波在地下介质中遇到目标体和分界面时发生反射，信号返回地面由天线r接收并记录，通过主机的回放处理，就可以得到雷达记录的回波曲线（如图2所示）。

当地下介质中的波速v（m/ns）为已知时可根据精确测得的走时t（单位为ns ），可求出反射物的深度（m）。

式中：v为地下介质中的电磁波速；为介质的相对介电常数；c 为光速3*108m/s。

雷达技术在公路隧道衬砌质量检测中的应用

Ｒｏａｄ＆Ｂｒｉｄｇｅ
雷达技术在公路隧道衬砌质量检测中的应用
杨永全
（云南联合铁路工程股份有限公司）
【摘要】在地质构造复杂多变、沟谷切割强烈，地质灾害严
重的地区修建高等级公路，由于公路隧道具有环保、耕保、径捷、美观等特点而被公路设计部门所采用，同时，也因其具有施工难度大、安全风险大、投资相对高等因素被列入公路工程的控制性工程之一。本文笔者通过多年实践工作经验得出采用雷达技术检测公路隧道衬砌质量，检测记录图象清晰、直观、信息丰富，结合数据后处理软件、实际的施工工艺和地质情况作综合分析计算，检测结果精度高、质量可靠、工作效率高，检测方法技术完全满足《公路工程质量检验评定标准》的要求。
扫描率三者的关系为：发射脉冲频率＝ × 主
２．２．６增益选择原则：在不知探测目标埋深时，增益选择成指数增益，以抵消电磁波随深度作指数衰减的影响；若大致知晓目标体深度时，在该深度处的增益应选择大一些。２．３探测方法首先根据剖面布设原则布设剖面，并在剖面上每５～１０米作好里程标记，便于观测记录和确认异常位置，以提高探测解释精度。同时作好选择合适的天线频率、观测时窗、采样间隔、移动速度等参数的设置，采用连续扫描探测法或指数增益检测法沿剖面探测，获取实时彩色显示剖面图像。探测过程中注意标记位置的一致，便于异常位置与实地位置的对应。特征波是指强振幅，可长距离连续追踪，且波形稳定的反射波。它们一般是不同介质分界面的有效波，特征明显，易于识别、时间剖面的主要特征囚表现如下。雷达反射波同相轴发生明显错动。破碎带风化裂缝、含水量变化造成正常地层发生突变，导致两侧地层或土壤层性质发生变化，表现在地质雷达时间剖面上为地下地层界面上的雷达反射波同相轴明显错动，且断层或土壤层性质变化越大，这一特征越明显。雷达反射波同相轴的局部缺失。地下裂缝、地下性质突变和风化发育程度往往是不均衡的，由于其对雷达反射波的吸收和衰减作用，往往在裂缝、裂隙的发育部位造成可连续追踪对ｂＥ的雷达反射波同相轴局部缺失，而缺失的范围与裂缝横向发育范围和土壤性质突变有关。雷达反射波波形发生畸变。由于土壤中的各种成分含量及盐碱性质对雷达波具有电磁衰减、吸收作用，这种作用在改变雷达波波形的同时造成雷达波局部频率下降，这也是探地雷达在时间剖面上识别不同性质边界的一个重要标志。不同介质的结构特征不同，内部反射波的高、低频率特征也明显不同，这可

探地雷达在水利工程隧道衬砌脱空质量检测中的应用何红斌

探地雷达在水利工程隧道衬砌脱空质量检测中的应用何红斌发布时间：2023-05-07T07:51:19.360Z 来源：《工程管理前沿》2023年5期作者：何红斌[导读] 水工隧洞是水利水电工程中在山体或地下开挖的,用于输水､发电､灌溉､发电､泄洪､导流､放空､排沙等具有封闭断面的过水通道｡隧洞混凝土衬砌需承受围岩压力及内水压力,如水工隧洞常处于地下水位以下且围岩渗透性好,则还需承受较大的外水压力｡中国水电十五局一公司陕西咸阳712100摘要：水工隧洞是水利水电工程中在山体或地下开挖的,用于输水､发电､灌溉､发电､泄洪､导流､放空､排沙等具有封闭断面的过水通道｡隧洞混凝土衬砌需承受围岩压力及内水压力,如水工隧洞常处于地下水位以下且围岩渗透性好,则还需承受较大的外水压力｡水工隧洞一般具有断面小､洞线长的特点,其施工工序多,干扰大,施工条件差,隧洞混凝土衬砌往往存在厚度不足､围岩与衬砌混凝土接触面有脱空､混凝土衬砌后注浆回填不密实､缺少钢筋等质量缺陷,这些质量缺陷会使衬砌混凝土与围岩不能共同均匀承受外力,恶化了衬砌混凝土的受力条件和耐久性,衬砌混凝土实际承载能力和使用年限可能达不到设计要求,这将对水工隧洞的后期运行带来严重的危害｡采用探地雷达法对水工隧洞混凝土衬砌厚度､脱空､回填不密实､钢筋分布等情况进行无损检测,可有效､准确､及时地发现水工隧洞的混凝土衬砌质量缺陷,并能对此类质量问题的性质及规模做出评价,为水工隧洞混凝土衬砌后的病害处理提供有力依据｡本文通过对水利工程隧道开展L1､L3及L5探地雷达剖面测量工作,以此检测隧道衬砌脱空情况,结果表明：隧道衬砌如果存在脱空,则在剖面探测结果存在强反射相位｡后经钻探验证,探底雷达在隧道衬砌脱空质量检测中效果明显,为后期工程修复提供了依据｡关键词：探地雷达技术;地下结构;水利工程;衬砌脱空质量检测1探地雷达的工作原理和应用1.1 探地雷达的探测原理基于电磁波遇到不同的介质会发生反射和透射的原理,探地雷达发射天线向地下发射电磁波,遇到管线发生反射和透射,反射回地面的信号被接收天线接收,透射信号向下传播,直到信号能量耗尽[4,6]｡根据反射信号的走时和强度,经过数据处理可以确定地下管线的材质､管径､埋深等信息｡1.2探地雷达的探测方法探地雷达根据工作方式可以分为以下3类：A-scan､B-scan､C-scan｡其中A-scan即为连续采集模式,发射天线和接收天线位置固定,采集数据对应地面某一点的地下情况;B-scan即为沿着剖面线采集的方式,发射天线和接收天线相对位置固定,同时沿着某一设定好的测线进行探测,采集的数据对应测线下剖面的地下情况,常见的“推车”工作方式即为该工作方式;C-scan即为在地面布置一定间距的测线,在每条测线上进行B-scan测量,采集数据对应地下三维情况｡2探地雷达检测隧道衬砌脱空的基本原理探地雷达方法是利用高频无线电辐射相关仪器实现高频无线电发射与收集[4-5],高频无线电通过发送天线直接射向地底介质表面,高频无线电在经过地底介质表面后反射,再由收集天线受到反映回去的无线电,从而实现监测介质表面构造的目的(见图1)｡图1探地雷达原理示意自然界中每一类物体其自身的电磁特性都具有一定的差异性,即使本是同一种物质,其电磁特性也会因为其本身湿度的不同､自身空隙度､含杂质百分量的不同导致其电磁特性也具有一定的差异｡电磁性质具有一定差异,其根本原因是介电常数的不同(见表1)｡该种电磁性质的差异决定了在不同介质中,电磁波的传播速度是不一样的｡高频电磁波在地下介质内的传播过程中,经过不同的地下介质(如裂缝､不密实区､空洞､材质不同等),电磁波将会发生反射,通过接收器会接收到反射回地面的电磁波｡由于介质电磁性具有差异,接收的电磁波波形也会产生不同,从而可以根据波形趋势的差异､电磁波强度的强弱等信息推断地下介质的相对空间位置分布､结构差异､电性特征差异及几何形态的不同｡表1几种介质的电磁特性参数介质相对介电常数电磁波速度空气10.3干砂 2.60.15含砾岩土层150.06混凝土4-110.12花岗岩4-70.13砂岩8-90.9钢筋∞∞3检测仪器和检测方法3.1检测仪器针对此次隧道衬砌的测试状况,主要从清晰度､穿透力和安全稳定性三大主要方面综合考虑[6],本次测试将采用SIR-30E地质雷达,该地质雷达由劳雷(北京)仪器有限公司所生产｡工程主要目的是检测围岩和衬砌间是否存在空洞或空隙,因此,选择天线参数为400M天线,因为400M天线其具有强的穿透特性,可以有效达到预期目的｡时窗参数设置为20ns,采样点数设置为1024点/道,介电常数为7｡数据的采集方式为采用连续测量方式进行｡采集数据开始之前应当充分做好准备工作,保证采集工作的顺利开展,用皮尺丈量隧洞指定桩号段并做好标记,调试雷达时间剖面上各测点的高度与隧洞里程数一致,同时为确保测量定位准确性防止测量定位产生偏离,应当在隧洞衬砌表层绘好里程标志｡同时整合内业资源,标识里程桩号,根据标注和录入的首末标识工作中间核查的里程数,在雷达时间剖面上标识里程桩号｡3.2测线布置对发电引水系统上平洞段指定位置进行检测,沿隧道纵向布置3条测线,L1测线位于拱顶,L3右拱测线位于拱顶右侧60°处,L5位于右拱腰线｡3.3数据处理流程探地雷达资料分析与解释首先需要进行预处理,并且对处理后的数据进行分析和解释,实现探地雷达数据分析与解释首先对数据进行采集,确保采集到数据的准确性后进行数据传输,将得到的数据进行文件分类编辑后进行数据的预处理,对于数据预处理,简单得出零线设定､各种滤波､偏移以及各种变换,在以预处理后的数据进行分层处理与预期效果对比是否达到设计要求,而在分层处理后得到的数据后可计算出介质的介电常数,从而计算出电磁波在介质中的传播速度,以图2探地雷达数据处理流程示意此对不同介质进行参数分析判断是否达到预期的处理效果｡如果与预期的设计要求误差过大处理效果不理想,则应对预处理得到的数据再次进行校正来减小误差,随即对校正后的数据重新进行分层处理得出相关参数｡分层处理后的数据及相关参数如果达到预期处理效果后即可进行图形分析编辑,将分析编辑得到的图形再加以修饰注释后即可输出结果(见图2)｡数据处理分析主要是为了压制规则及避免不可控制因素引起随机干扰,从而达到使反射波尽可能以高的分辨率显示在探地雷达图像剖面上｡探地雷达所接收的是来自地下不同电性界面的反射波,其正确解释取决于检测参数选择合理､数据处理得当､模拟实验类比和读图经验等因素[7]｡数据处理工作主要使用的软件为工程Radan7专用软件,其处理工作内容主要包括距离归一化､确定速度和水平､垂直滤波｡1)距离归一化因为在实际探测过程中不可能保证天线移动速度进行匀速扫描,不匀速扫描导致探地雷达天线在工作中每米扫描的线数不同,为减少该误差对探测工作的影响,使用标记功能首先测算出天线移动的距离,一般情况是每2m进行1次标记,数据在后期处理中可以先选择每米扫描数,在该段距离内补充或删掉部分扫描线,使得测线内的扫描线条数相同均匀,以此来减少扫描时的误差｡2)确定波速地质雷达接收记录的是电磁波射出和反射回来的双程走时,此时就需要根据电磁波波速计算出目标体的位置,波速计算一般通过公式v=c/s进行计算(其中：v为电磁波波速;c为真空中电磁波波速;s为相对介电常数)｡3)水平和垂直滤波雷达资料中水准信号的发育现象往往发生在雷达设备本身,通常条件下水平信号是很难避免的,在一些实际案例中一般会将天线对着天空,但接收器依旧会接收记录到反射波,可见该方法并不有效,从而可以得出该反射波并不是来自天空,而是由控制器､数据线､天线的相互作用而形成的｡水平滤波是因为水平波的特点是时间相等,在滤波这一过程中,一般消除水平波的方法是将相邻的一定数量的扫描线求平均与个别扫描线相比较｡在水平滤波中,选择的扫描行数通常和水准滤波器作用成负相关,一般条件下表现在选择的扫描行数越大,对水准滤波器作用也越小,因此,消除水平信号的作用就更显著｡同时水平滤波扫描线并不能选取的太少,否则就很容易由于滤去水平信号的作用过于明显,而产生滤去的缓变界面｡所以,在采用水平滤波时,应注意依据对象情况不断的加以调节,以保证水平滤波效果最佳[8]｡垂直滤波的主要目的是为了减少杂散波对所接受电磁波的影响,与水平滤波不同,其杂散波并不是由天线本身所产生的,而是直接来自于外源,其频段范围也不在雷达天线所选择的频段之内｡在一般情况下使用垂直滤波主要是为分辨不同的地质体,并且选择不同的频段｡但是此时垂直滤波由于是一个特殊变换,会对处理结果产生一些影响,最常见的情形就是会产生很大的失真,而且一般频段范围越窄失真就越大,所以需要在使用中特别需要注意选择方式和参数｡但在通常情况中滤波处理改善效应并不明显,因为雷达天线的发送和接收都设置好了带宽,而雷达信号本身也已过了滤波｡混凝土密实性也对电性具有很大影响,混凝土密实电性差异很小,从而反射界面不明显,致使电磁波反射信号幅度通常很微弱,甚至没有界面反射功能;混凝土的不密实电性变化大,通常只在衬砌表面上出现较强反射信号,同时在反射波的同向轴形成绕射弧形,但分布并不连续,也比较离散[9-10]｡在出现孔洞时会在衬砌表面出现强烈的反射信号,三振变相明显,同时在孔洞下面也出现了强烈的反射界面信号,两个信号时程相差很大｡钢架在雷达图像上,呈分散的月牙形强反射信号;钢筋或钢筋网则形成连续的小双曲线形反射信号｡图2探地雷达数据处理流程示意4检测结果分析与验证对沥青路面面层产生裂缝的位置处采用三维探地雷达进行裂缝探测，通常使用保持雷达参数不变沿原测线对裂缝情况再次进行检测的方法进行测试。

多频率地质雷达在隧道二次衬砌检测中的应用

技术应用多频率地质雷达在隧道二次衬砌检测中的应用郑荣政（中国铁路设计集团有限公司土建工程设计研究院，天津300308）摘要：隧道衬砌质量的优劣将直接决定隧道运营期的安全稳定，应用地质雷达对隧道二次衬砌进行无损检测已较为普遍且技术日臻成熟。

地质雷达检测中采用单一频率往往会对缺陷识别、缺陷细节等信息产生漏判、误判。

通过组合应用900MHz和400MHz天线对隧道二次衬砌进行无损检测，并对检测结果进行综合研判，结果表明，在较深范围内可获取更为全面的缺陷细节、缺陷分布等信息，明显减少无损检测漏判、误判现象，可提高无损检测质量缺陷判识的准确性，对保证隧道工程质量起到较好作用。

关键词：地质雷达；隧道；二次衬砌；无损检测中图分类号：U270文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）06-0127-06 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.06.1270引言截至2020年底，我国投入运营的铁路隧道里程约19630km。

其中在西南山区，铁路隧道建设比重较大，针对铁路隧道的安全稳定性分析，隧道二次衬砌的优劣已经成为隧道建设过程中质量控制的关键环节，合理评估隧道二次衬砌的质量对提升隧道施工质量、保障工程质量验收和保证铁路运营安全发挥着重大作用。

地质雷达检测是一种在不损伤隧道结构的前提下，在隧道不同位置布置测线，通过电磁波反馈进行信息采集处理从而对隧道衬砌质量及其内部病害进行探查的方法。

由于地质雷达检测具有高效、经济、操作方便、直观等特点，目前在隧道结构病害检测及服役期质量筛查分析中得到了广泛应用［1-4］。

地质雷达检测中，天线频率与检测的缺陷分辨率及探查范围大小有直接关系。

在工程应用中，往往采用某一特定频率进行隧道衬砌无损检测，假如不考虑物探解译方法对检测结果的影响，无损检测工作难免存在误判、漏判情基金项目：中国铁路设计集团有限公司科技研究开发计划项目（2021A240608）作者简介：郑荣政（1986—），男，工程师，硕士。

雷达探测在地铁隧道结构病害检测中的应用

雷达探测在地铁隧道结构病害检测中的应用******************摘要：随着我国城市人口总量的不断上升，大型城市、超大型城市的增多，轨道交通的建设规模也随之壮大起来。

截至2021年9月30日，我国城轨交通运行线路总长度增长至8553.4公里，其中地铁线路长度6737.7公里。

地铁由于其特殊的地下运行方式，在大大缓解了城市地面交通压力的同时，其工程施工、结构维护也受到地质条件、技术条件、经济条件等多方面因素的限制，而地铁盾构隧道管片衬砌作为地铁盾构隧道土建工程的最后一道工序，是盾构法施工隧道的永久性衬砌结构，承担着抵抗地下土层压力、结构自重等功能作用，是地铁隧道结构的最后一道屏障，所以盾构隧道管片质量直接关系到地铁隧道的整体质量和安全，影响地铁隧道的防水性能及耐久性能。

近些年来，地铁盾构隧道因隧道管片衬砌开裂、掉块、渗漏水和道床脱空等问题导致地铁运营线路减速、降速问题时有发生，给地铁线路的安全运营带来巨大的潜在威胁。

为了解决地铁盾构隧道结构病害问题，业内发展了多种可以用于解决盾构隧道管片衬砌结构病害的检测技术。

本文结合典型案例,介绍了雷达探测技术在地铁盾构隧道结构病害治理中的应用。

关键词：雷达探测、盾构隧道衬砌、渗漏水、病害检测；引言：雷达探测法是一种具有快捷、无损等优点的工程检测技术，其依据不同介质间介电常数的差异，对探测区发射高频电磁波，通过对反射波的波形、振幅和双程走时等参数进行分析，推测地下目标体的空间分布特征。

在辨识结构病害方面，雷达探测法优于传统的观察法和钻孔取芯法。

近年来，国内学者在雷达探测的应用方面进行了一些相应的研究：将雷达探测法应用于地铁盾构隧道管片结构裂缝检测及盾构隧道整体道床后方脱空状态检测；分析与总结了地质雷达法在盾构隧道结构病害检测中应用的一些经验；针对雷达探测在地铁盾构隧道结构病害检测应用中遇到的常见问题，进行了相应的分析。

1地质雷达基本原理地质雷达是利用高频电磁脉冲波的反射来探测目标体，是通过对电磁波在地下介质中传播规律的研究与波场特点的分析，来查明介质结构、属性、几何形态及其空间分布特征。

地质雷达技术在公路隧道质量检测中的应用

地质雷达技术在公路隧道质量检测中的应用摘要：目前公路隧道工程中，常常出现衬砌背后空洞、衬砌厚度不足等质量缺陷。

本论述以某公路隧道建设工程为例，通过对隧道部分段落的隧道衬砌进行地质雷达无损检测，波形图数据处理分析，及时发现隧道施工过程中容易出现的质量缺陷，加强隧道施工过程质量管控，为后续施工提供数据支撑，达到消除隧道质量隐患和提升隧道施工质量的目标。

关键词：地质雷达；衬砌；无损检测；电磁波1.地质雷达检测原理及应用条件地质雷达检测的基本原理是采用电磁波探测技术，利用电磁波在不同介质中传播所产生的反射现象和数据差异来分析具体的地质情况，如图1所示。

从原理上讲，地质雷达类似于声纳设备，发射机发射脉冲电磁波讯号，该电磁波讯号在岩层、土壤等介质中传播，在传播过程中遇到与所检测的岩层、土壤等不同介质的物体时会发生反射，接收机拾取所反射的信号，记录它并在相配套的计算机软件中显示为不规律的波形图像，根据所显示的波形图像可判断地下物体的位置和距离，用于检测各种地下构筑物。

图1 地质雷达工作原理地质雷达发射电磁波所造成的反射是由电磁波传播介质中电阻抗的变化产生的，在地质雷达频率范围内，地下介质的电阻抗变化主要由相对介电常数的变化决定，反射系数R如式1所示：式中：e1、e2分别为相对介电常数。

由式1可以看出，信号反射的强弱主要取决于不同介质的相对介电常数差值，差值越大，信号反射越明显。

在隧道检测中，一般检测的介质主要由围岩、混凝土、空气、水构成，有关介质的介电常数值见表1所列。

表1 不同介质的相对介电常数2.隧道质量检测应用实例2.1 工程概况该隧道分离式设计，间距约30 m。

右线进口桩号为K119+730，出口桩号为K120+685，全长955 m；均属中隧道。

隧址区属构造剥蚀中低山地貌单元，山体形态多浑圆状，山脊较宽，洞室埋深较大，岩性主要为中风化板岩，岩体节理裂隙较发育，岩体较破碎，稳定性较差，顶部无支护可能会发生掉块、坍塌现象，施工时洞室会有渗水、滴水现象。

探地雷达在隧道衬砌缺陷检测中的应用

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1概述
在隧道衬砌病害检测中，最关心的问题是衬砌厚度、裂损部位、衬砌背后空洞空隙的分布、混凝土结构完整性、钢筋分布等。

它们是用以判断工程施工是否达到设计要求的重要依据。

在隧道检测中，对隧道衬砌厚度检测要求很高。

常规的取芯只能获得点上的资料，无法满足整体要求，而地质雷达能对隧道剖面进行连续扫描，因而在隧道检测中得到广泛的应用。

2地质雷达的工作原理地质雷达
(Ground Penetrating
Radar ，简称GPR)是一种高分辨率探测技
术，可以对浅层地质问题进行详细填图，也可以对地下浅埋目的体进行无损检查。

它是利用超高频脉冲电磁波(偶极子)
来探
测地下介质分布的一种地球物理方法。

地质雷达的工作原理参见图1，它主要通过特殊的天线(T)，以尽可能无损失地将高频电磁脉冲能量耦合到地下。

当地下介质存在因岩石的物理或化学性质变化引起的电性差异时,一部分脉冲电磁波的能量会被反射并被接受天线(R)记录下来。

若已知电磁波
在地下介质中的介电常数或传播速度,根据反射波的双程旅行时间，就可以得到地下岩性界面的深度,同时对返回电磁波的时频特征和振幅特征进行分析,便能了解到地下
地质特征信息。

电磁脉冲反射信号的强度与界面的反射系数和穿透介质的波吸收程度有关。

一般介质的电性差异大,则反射系数大,因而反射波的能量也大。

这就是地质雷达探测的前提条件。

计算接收功率的公式为：
P R =[P T G 2λ03RSL/(4π3)H 4]RSLe -4αR 式中:P T 、P R —发射、接收功率
G —天线增益
R 、S 、T —地下目标体的反射率、散射面
截面和深度
α—土壤衰减率
雷达探测法在隧道衬砌检测中的应用
林先俊
（郑州铁路局科研所
河南郑州450052）
摘要:本文以陕西某铁路隧道的实际检测结果为例，通过对不同介质的雷达波组特征进行了图像解释，分析其结果并与实际情况进行了比较，体现出地质雷达应用的优越性。

关键词:地质雷达；隧道衬砌；检测；图像解释
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图1
地质雷达工作原理图
L—雷达波从发射到接收过程的散射损耗
λ0—介质中雷达波的波长
从上式中可以看出,地质雷达接收到的信号的大小与天线频率、地层的衰减、目标体的深度和反射特征等均有关系。

在仪器性能和地下介质一定的情况下,探测深度取决于工作频率和地层的衰减系数。

一般而言，天线频率越高,则探测深度越浅,分辨率越高。

反之，天线频率越低,则探测深度越深,分辨率越低。

3地质雷达的数据处理
地质雷达的数据处理目标是压制随机的和规则的干扰，以最大可能的分辨率在地质雷达图像剖面上显示反射波，提取反射波的各种有用的参数（包括电磁波速度、振幅和波形等）来帮助解释。

地质雷达的数据处理过程共有五个步骤：第一，对原始数据做维滤波处理，去除直流漂移；第二，进行静校正，找出直达波、移动开始时间；第三，控制增益处理，将深部信号进行放大；第四，进行二维滤波，抽取平均道，去除图像中的水平部分；第五，进行维滤波，切除过高频率和过低频率的信号。

4工程实例
4.1工程概况
位于陕西省延安市甘泉县北某铁路双线隧道，全长3397m，隧道最大埋深163m，最小埋深约12m。

围岩主要地质情况为水平层状页岩加砂岩，拱部以薄层页岩为主，局部地段为炭质页岩，墙部以中、薄层页岩加砂岩为主，层理发育，节理裂隙较发育，岩体较破碎，岩质较软，层间结合差，局部地段拱部渗水，易坍塌。

除明洞结构外，其余衬砌均按照新奥法原理设计，采用复合式衬砌，以锚杆、喷射混凝土或钢筋网喷射混凝土、钢拱架为初期支护，衬砌采用模筑混凝土。

在初期支护和衬砌之间，设PVC防水卷材外加无纺布，作为防水层。

4.2探测方法与技术
（1）检测方法
对此隧道，地质雷达探测共布置了6条测线，即在拱顶、左拱脚、右拱脚、左边墙、右边墙和底板各布一条测线，测点密度为100scan/m，参见图2。

（2）天线选择
本次勘查目标体深度为5m。

为排除场地高压线的干扰，根据本场区的地质条件以及探测目的和临场试验，探测采用主频率为500MHz的屏蔽天线。

（3）数据采集方式
屏蔽天线采用连续采集数据方式。

4.3地质雷达图像的解释
图3为初期支护衬砌施工结束后的钢拱架数量的雷达检测图像。

钢拱架间距为1.2m，排列整齐，呈抛物线形式。

可以很清晰的数出钢拱架的数量，探测结果的数量与现场人员目测数量基本吻合，12m范围内钢拱架的数量仅相差1根，故雷达检测的钢拱架数量的准确率已达到95%以上。

所以借助地质雷达检测可发现在施工中所造成的质量问题。

图2隧道衬砌探地雷达测线位置
示意图（“△”为测线位置）
图3
隧道钢架分布图
图4是地质雷达天线采集通过钢筋混凝土二衬时的信号。

从图中可以看出，发射天线发出电磁波,遇到衬砌中的钢筋，介电
常数有了变化并产生反射，从而判断钢筋在隧道二衬布置的位置，继而通过钢筋位置推断二衬厚度。

图5为雷达天线采集通过隧道不密实部分时的信号。

电磁波在混凝土、空气、水中波速差异很大。

通过反射的信号可以看
出不同介质间的界限。

由此判断，该段隧道衬砌在施工中存在缺陷。

对地质雷达勘查发现的缺陷目标，如
图4隧道钢筋分布图
果条件许可，进行开挖验证是最直接的验证探测结果的方法。

图6是根据图5的剖面图中不密实情况开挖出的隧道衬砌取样
照片，证明了地质雷达探测发现衬砌不密实情况。

5结论
图5隧道不密实部分分布图
图6
隧道衬砌现场取样
5.1地质雷达作为一种快速、高效探测技术，能对隧道状况进行全面检测，并能通过数据分析软件分析数据，科学地表明隧道衬砌的情况。

检测结果与实际情况基本相符合。

5.2地质雷达在衬砌内部的钢筋位置和数量的检测中具有良好的效果，能够清晰地分辨出二衬内第一层钢筋分布情况，但对初支钢架的检测上效果不佳。

在解决钢筋干扰的问题上仍有待做进一步研究，以便于提高检测精度。

5.3地质雷达图像解释是地质雷达法探测的目的。

地质雷达所采集到的数据和形成的图像经过数字处理后，仍然是雷达回波波形信息，需要由专业技术人员根据波形的各个特征进行波幅、波长、波形及同相轴的分析，才能最终将雷达波形剖面图转化成整个探测区的解释结果图。

除了要具备必须的电磁学和介质电磁性质知识外，雷达波形信号的正确解释还需要非常丰富的探测经验，并对各类反射物体的波形特征有全面的了解。

目前，对隧道的缺陷雷达图像解释还处于研究探索阶段，还没有成熟的解释方法。

5.4雷达法在隧道衬砌间的空洞缺陷探测中已有了广泛的应用。

但现有检测结果表明,在空洞缺陷的定位、尺寸以及形状的辨别、表层钢筋多次反射的影响、钢筋直径的雷达探测上还有一定的困难,还需要不断深入研究加以完善。

参考文献
[1]李大心．探地雷达方法及应用[M]．北京：地质出版社，1994：27—63。

[2]岳崇旺，王祝文.利用探地雷达探测地下空洞[J].世界地质2007,26(1):115-117。

[3]郭有劲.地质雷达在铁路隧道衬砌质量检测中的应用铁道工程学报, 2002,(2):71—74。

[4]TB10223—2004,铁路隧道衬砌质量无损检测规程。

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资料来源：《运输经济学导论》
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