隧道初支缺陷雷达检测)
关于探地雷达对隧洞初支检测技术的运用
关于探地雷达对隧洞初支检测技术的运用【摘要】隧道主体结构位于岩石或者是土层内部，因此对隧道工程每一步施工的质量检测都是非常困难的。
但是为了保证施工和运营的安全，我们必须对隧道的施工质量和运营现状有着认真的检测和评估。
隧道的初期支护是隧道施工中的极其重要的步骤，而在初支中最常见的支护形式就是锚喷支护。
锚喷支护属于隧道结构的主体，是一项极其隐蔽工程，一旦施工得不到很好的监测，或者是施工时超挖部分得不到很好的处理，将会造成加大的工程隐患。
本文从探地雷达的基本的物理概念和基本的工作原理入手，分析了探地雷达对隧道初支检测技术中的应用。
【关键词】探地雷达；隧道初支；空洞；检测技术1. 前言隧道的初期支护中，锚喷支护施工如果得不到很好的处理，将会在钢筋网或者是钢拱架的背后形成空洞，这些空洞在喷砼后很难检测其内部存在的问题，因此施工或者是处理不到位就会形成工程隐患。
例如，隧道初期支护施工中有空洞存在时，就会造成隧道整个支护体系的实际受力与设计时所要求的背道而驰，造成支护的局部有应力集中，导致很多问题就会相继产生，比如裂缝、渗漏水、错台等问题在隧道施工和运营期间出现，甚至还会造成坍塌事故。
因此，对隧道初支背后的空洞进行检测，控制其施工质量是极其有必要的。
本文针对探地雷达对隧道初期支护背后空洞检测的应用，介绍了探地雷达在隧道施工中的重要作用。
2. 探地雷达及其工作原理2.1．概述探地雷达探地雷达(Ground Penetrating Radar ，GPR)，又被称作是透地雷达或者是地质雷达，是用无线电磁波来检测地下介质分布的一种无损探测方法，所使用的电磁波的频率介于691010 HZ 。
探地雷达是通过发射天线将高频电磁波向地下被测物体发射，电磁波在地下介质中遇见物体后会被反射回地面，反射回的电磁波通过接收天线接收，根据接收天线接收到的电磁波的波形、时间的变化和振幅大小等特征来推断地下介质的结构、形态、空间位置和埋藏深度。
公路隧道衬砌质量缺陷及雷达检测技术
公路隧道衬砌质量缺陷及雷达检测技术摘要：在高速公路工程中，为了改善线路线形和克服高程，常采用隧道结构的方式穿越山体，因此在我国高速公路网加密的进程中，修建了大量的隧道工程。
隧道施工过程中，由于欠挖或混凝土灌注不密实等原因，造成的隧道衬砌厚度小于设计厚度，按照“结构受力安全、避免大拆大换，资金节约”的原则，在满足结构基本使用功能的前提下，可对出现的缺陷情况进行类型归纳，再进行整治，创新分析了隧道设计、施工、运行阶段可能导致衬砌质量问题的因素，如材料强度和施工工艺等，并针对以上问题提出了相关处置方法关键词：公路隧道衬砌；质量缺陷；雷达检测引言在公路隧道建设初期，受限于施工工艺落后、施工管理水平低、质量检测技术较为落后等方面因素，导致隧道在建设过程中、现阶段运营过程中出现一些质质量缺陷如：衬砌背后空洞、欠厚、不密实、防水板卷入衬砌等。
导致了隧道运营安全和使用寿命受到影响。
因此，在隧道施工过程中及时进行质量检测并消除质量缺陷对隧道安全运营尤其重要。
现阶段以地质雷达法为代表的无损检测技术在隧道质量检测中得到了广泛应用。
1公路隧道衬砌的病害类型1.1矿山法隧道衬砌的病害类型矿山法施工主要由人工进行，工序复杂，难点较多，因此在施工过程中容易出现各种病害，主要出现在二衬和初支之间。
具体的病害包括：二衬与初支间存在脱空；二衬后存在空洞；二衬混凝土不密实；围岩欠挖及二衬厚度不够。
这些病害问题往往比较隐蔽，从外观上难以发现，必须借助检测手段才能获悉。
1.2盾构隧道衬砌的病害类型随着公路隧道盾构施工经验的不断积累，已经形成了一套非常成熟的公路隧道盾构设计、施工计算理论和操作细则，因此盾构法施工的隧道质量较其他方法更为可靠。
但如果施工人员操作不当、盾构机选型错误，也会出现以下质量问题：（1）盾构管片出现明显错台；（2）盾构管片接缝处渗漏；（3）盾构管片破损、裂缝、螺栓松动等；（4）盾构管片后方充填不密实。
前3项病害问题从外观上便可获悉，一般无需借助检测手段，第4项病害问题外观上难以发现，必须借助检测手段才能获悉。
地质雷达在隧道初期支护质量检测中的应用
地质雷达在隧道初期支护质量检测中的应用要：结合工程实例介绍地质雷达在隧道工程中的综合应用；①使用低频天线进行隧道超前地质预报和洞顶覆盖层探测的方法；②使用中高频天线进行隧道初期支护和二次衬砌缺陷检测的方法；③使用中高频天线进行隧道围岩松动圈测定的方法。
关键词：隧道；地质雷达；超前预报；无损检测；松动圈1 概述隧道工程以其自身具有的改善线形、缩短里程和行车时间、提高运营效益等方面的优势，已经越来越多地为道路建设者和设计者所公认而被大量采纳。
在隧道设计施工中，地质问题是首先要克服的问题。
隧道属线性结构物，穿越山体地质多有变化、岩性、构造、地下水分布都会发生变化。
由于经济技术等原因，在勘察设计阶段往往是难以全面掌握这些地质情况及其变化的。
这就需要在施工阶段开展有效的超前地质预报。
图1 探地雷达原理示意图2 地质雷达探测原理工作原理是：高频电磁波以宽频带脉冲形式,通过发射天线定向发射到介质中。
在介质中传播的入射电磁波，若遇上两种电性不一的介质界面，就会产生反射；界面电性差异越大，即介质中介电常数差异越大，其反射就越强。
反射信号被接收天线接收并处理后，就可以用于判断反射界面的方位与距离，并根据发射电磁波至发射波返回的时间差与介质中电磁波传播的速度来确定反射体距表面的距离。
在隧道工程中，在施工中遇到的掌子面前方的不良地质体，如断层、裂隙带、岩溶、夹层等在已竣工隧道中的各种病害体，如顶部脱空，漏水裂隙等，由于和周围的介质都有很大的电性差异，故都是良好的电磁反射体。
这些介电常数的变化，给地质雷达探测提供了基本条件。
3 工程实例3.1 工程概况长坞岭隧道是安徽省目前为止在建最长的山区三车道隧道，全长769m，为左右分离式曲线隧道。
穿越的地层主要有第四系全新统冲积层(Q42a1)，第四系全新统残坡积(Q4c1+d1)，元古界木坑组(Pt2-3m)千枚岩、泥质粉砂岩，地质条件较差。
施工期间采用了美国劳雷公司的SIR-3000型雷达对其进行了全程超前预报、初期支护与二次衬砌的质量检测，并对局部特征部位进行了爆破后松动圈的确定等。
【精品】地质雷达在隧道初支质量检测中的应用
地质雷达在隧道初支质量检测中的应用地质雷达在隧道初支质量检测中的应用摘要: 本文通过使用地质雷达对武罐高速的麻崖子隧道进行初支质量检测，介绍了地质雷达预报的基本原理, 仪器简介，以及对其图像的关键判读，对于隧道的初支缺陷，采取注浆等补救措施，对确保隧道的施工安全及运营起到了巨大的作用。
关键词: 地质雷达;隧道;初支；质量检测中图分类号： P225.7}文献标识码：A 文章编号：1引言初支质量检测包括：初支的厚度是否合格；初支背后是否密实；背后是否有空洞；当有钢拱架时，拱架间距是否合格。
当隧道的初支不达标时，隧道的支护体系实际受力与设计工况明显不同。
当厚度不够或拱架间距不达标时，初支的承受能力明显降低。
当初支背后有空洞时，支护体系的局部会有应力集中，致使隧道在施工或运营过程中会出现裂缝，错台，渗漏水等问题，严重影响隧道的施工和运营。
因此，初支的质量缺陷对于隧道整个寿命是致命的，对于初支的质量检测是十分必要的。
地质雷达具有扫描速度快、重量轻、分辩率高、屏蔽效果好、图像直观、对施工影响小和可跟踪施工全过程等优点,并积累了大量的工程实测数据和图像分析经验,近年来在施工检测中得到了广泛应用。
本文主要介绍地质雷达在武罐高速公路隧道施工过程中的初支质量检测中的应用。
2地质雷达法的基本原理地质雷达（GroundPenetratingRadar ，简称GPR）方法是一种用于探测地下介质分布的广谱（1MHz―1GHz）电磁技术。
地质雷达用一个天线发射高频电磁脉冲波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。
通过对接收的反射波进行分析就可推断地下地质情况。
探地雷达发射的高频电磁波传播速度主要与介质的介电常数有关。
电磁波在某种介质中传播时，遇到不同的界面（如岩体的脱空、充水等）将会产生反射和透射。
3 工程实例3.1工程概况麻崖子隧道是甘肃省武都（两水）至罐子沟高速公路是一座地质条件复杂的山岭隧道，属于西秦岭山区，所处高程1430.0米，相对高程790米，最大埋深714米。
某地铁隧道初衬混凝土缺陷地质雷达检测报告
检测报告XXXX年XX月XX日一、总述 (1)二、工程概况 (2)2.1概述 (2)2.2工程环境及不良影响 (2)三、检测目的、内容及测线布置 (2)3.1检测目的 (2)3.2检测内容 (2)3.3测线布置 (3)四、仪器设备 (4)5、检测方法及原理 (4)六、现场操作及数据处理 (6)6.1天线中心频率选择 (6)6.2时窗的选取 (7)6.3采样率的选择 (7)6.4雷达分辨率 (8)七、检测结果及建议 (9)二、工程概况2.1概述本工程对地铁进行了初衬雷达抽检。
抽检位置及设计衬砌厚度统计表详见表2-1。
表2-1抽检位置及衬砌设计厚度统计表2.2工程环境及不良影响工程环境及不良影响如下：（1）隧道墙壁上挂有照明用的电缆；（2）隧道初衬的注浆管道；（3）部分隧道初衬表面存在少量积水。
上述不良因素，对雷达检测结果有一定影响。
三、检测目的、内容及测线布置3.1检测目的为了检测某地铁隧道初衬背后缺陷情况和衬砌厚度，我有限公司对上述暗挖隧道初衬进行雷达检测。
3.2检测内容地铁暗挖隧道初衬背后缺陷情况和衬砌厚度。
3.3测线布置本工程对某地铁隧道抽检段初衬拱顶、拱腰及边墙布置测线，具体测线量及布置情况详见表3-1所示。
本工程探地雷达检测有效范围为天线与初衬接触面向后1m，现场探地雷达检测照片见图3-1，本工程地铁隧道断面测线布置图见图3-2〜3-3。
表3-1永安区间测线统计表（以下空白）图3-1现场探地雷达检测照片四、仪器设备本工程我公司投入意大利生产的K2探地雷达主机和雷达天线等主要探测设备，还投入钢直尺和相机等相应的辅助设备，详见表4-1。
表4-1本工程仪器设备一览表图4-1探地雷达主机图4-2雷达天线5、检测方法及原理本工程检测采用探地雷达扫描方式进行，探地雷达利用高频电磁波(主频为数十兆赫至数百兆赫以至千兆赫)以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线T送入地下，经地下地层或目的体反射后返回地面，为另一天线R所接收，快速获得相关检测区域的三维详细信息，探测地下介质的分布情况，反射脉冲信号的强度，与界面反射波的反射系数和介质对波吸收程度有关，当电磁波垂直界面入射时，反射系数r的模值和幅角，可分别由下列关系式表示：r =(1(a2 -b2)2 + (2ab sin①)2 /(a2 + b2 + 2ab cos①) (5-1)Argr =5 = tan-i(c /oe )-tan-i(c /oe ) (5-2) 式中” =N 2/片, i' L ，，、 , z~b =、we $ + 9 /3e )2 /\W& yi + 9 /38)2N —介质一的磁导率1N —介质二的磁导率28 —介质一的相对介电常数18 —介质二的相对介电常数2O —介质一的电导率1。
隧道初支缺陷雷达检测PPT课件
30
V 级围岩初支厚度28cm， IV级围岩初支厚度25cm。
5
初支混凝土 28d龄期强 度设计C30
6
7
2 爆炸的导火索
8
2015年7月， IV标指挥部组织对所有工程实体进 行排查，并邀请外部检测单位进行技术指导。
通过检测，发现初支混凝土结 构存在一些缺陷。
9
10
3 现状调查 及分析 11
1 初支混凝土背后脱空调查
初支混凝土强度度调查
3 初支混凝土厚度调查 12
13
14
隧道
**隧进口 **隧出口 **隧进口 **隧出口 **隧进口 **隧出口 **隧进口 **隧出口
围岩等 厚度 级
钢拱架
V
28
40cm
V
28
40cm
V
28
40cm
IV
25
60cm
IV
25
60cm
II
5
/
III
12
隧道初支缺陷-雷达检测
演讲人：XXX 单位：XXX
1
目录页
Contents Page
1.隧道初支混凝土检测概况 2.爆炸的导火索 3. 现状调查及分析 4.对策措施 5.结果验证 6.总结与提高
1 隧道初支混凝土 检测概况 3
初支喷射混凝土1d龄期强度 要求大于10Mpa
探地雷达波形特征及在隧道质量检测中的应用
探地雷达波形特征及在隧道质量检测中的应用摘要：探地雷达ＧＰＲ是一种新型的无损检测仪器，是一种利用高频电磁波探测结构工程质量的无损检测方法。
该方法可根据探测的波形记录直接分析混凝土内部缺陷的分布和形态，对隐蔽工程的施工质量具有可视性；可根据探测深度、分辨率的要求选用不同频率的天线；可在结构物表面进行，灵活性较好，在同一部位可进行多次重复测试。
关键词：雷达波形特征；隧道质量检测；应用；探地雷达检测隧道的方法和传统的检测方法相比，具有高效率、高采样率、无损连续检测等优点。
探地雷达用于隧道的检测主要为初期支护和衬砌的检测，通过雷达波分析可发现混凝土内部存在的空洞、不密实等质量缺陷，通过专用软件处理，还可得出衬砌混凝土的层厚数据。
1 探地雷达系统组成及波形特征国内外各种型号的探地雷达组成基本一样，主要包括发射机、接收机、天线、分离器、信号处理机和成像显示设备等，探地雷达系统将高频（100～1 000MHz或更高）电磁波以宽频带脉冲形式由发射天线向被探测物发射，该雷达脉冲在被探测物质中传播遇到不同电性介质交界面时，部分雷达波的能量被反射回来，由接收天线接收。
电磁波在传播过程中，其路径、电磁场强度与波形随所通过介质的电性质及几何形态的变化而产生不同程度的变化。
根据反射波信号的时延、形状及频谱特性等参数，可以解译出目标深度、介质结构及性质。
在数据处理的基础上，应用数字图像的恢复与重建技术，对探测目标进行成像处理，以期达到对探测目标真实和直观的再现。
探地雷达的发射天线。
和接收天线以固定的距离沿测线移动，记录点位于两天线中心，雷达图形在各点上均沿测线的铅垂方向以脉冲反射波的波形形式记录，构成雷达剖面。
探地雷达发射的电磁波在介质中传播时会随传播距离的增加而发生衰减，因此在对采集数据分析时，首先要对电磁波信号进行增益处理，将其损失的能量补上，不同介质的介电常数存在一定的差异，当电磁波在不同介质中传播时，会在其界面发生反射和入射现象，介质的介电常数差异越大，反射越强烈，探地雷达正是利用这一原理进行质量缺陷或目标体进行探测．空气的介电常数为1，混凝土的介电常数约为8～10，水的介电常数为81，金属的介电常数为无穷大，电磁波与金属发生全反射，以上4种物质在工程中最常用，其介电常数差异也较大，正好满足探地雷达探测目标的要求，因此，探地雷达非常适用于混凝土隐蔽工程缺陷探测。
隧道衬砌厚度及内部缺陷检测(雷达法))
9
The antenna test position should be smooth and flat, with no apparent defects, and no interferences such as metal and water on the surface (2 points).
2
10
During the thickness and internal defect test, the antenna should be moved along the corresponding test line, otherwise 3 points will be deducted.
6
6
18
测试结果准确性：
厚度及内部缺陷测试得分=（|测试厚度H-实际厚度H0|/实际厚度H0）*100
厚度及内部缺陷测试满分20分，偏差在5%及以内不扣分，偏差在5%~15%，扣10分，偏差大于或等于15%不得分。
30
19
原始数据文件及解析结果、原始记录表提交。
4
20
试验结束后的整理（4分）
设备归位：关闭电源，取下天线、信号线、设备清洁、装箱。
2
2
Equipment connection and assembly: The antenna is connected to the host, and 2 points will be deducted for wrong insertion.
2
3
Before the official start of the test, the machine should be turned on to check to make sure that the signal line is unobstructed, and 1 point will be deducted if there is no such behavior.
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30.4, 36.2, 33.7
现状：
IV、V级围岩的初支混 凝土，背后存在一定的脱 空。
在前期的自检过程中， 没有及时发现该缺陷。
原因分析 没有100%检测覆盖
洞内干扰 检测人员漏检
缺陷位置不能准确定位
工程部提供的里程不准确
雷达图里程定位不准确
缺陷没有被识别
雷达图读图水平不够
4 对策措施
制定管理制度
34,32,36
28.5, 36.7, 33.6
38,31,35
31.4, 35.2, 30.3
31,35,30
29.3, 32.5 , 36.8
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
29,39,34
30.7, 35.4, 34.2
8,6,7
28.6, 36.5, 38.2
14,12,11， 34.3, 29.7, 35.2
,5,8,9
初支混凝土强度度调查
3 初支混凝土厚度调查
隧道
**隧进口 **隧出口 **隧进口 **隧出口 **隧进口 **隧出口 **隧进口 **隧出口
围岩等 厚度 级
钢拱架
V
28
40cm
V
28
40cm
V
28
40cm
IV
25
60cm
IV
25
60cm
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钢筋网片 背后脱空 （处）
10*10 3
隧道初支缺陷-雷达检测
演讲人：XXX 单位：XXX
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1.隧道初支混凝土检测概况 2.爆炸的导火索 3. 现状调查及分析 4.对策措施 5.结果验证 6.总结与提高
1 隧道初支混凝土 检测概况
初支喷射混凝土1d龄期强度 要求大于10Mpa
初支喷射混凝土背后，不 得出现空洞等缺陷。
人员雷达检测培训
检测小组检测
集中读图
5 结果验证
1、对IV、V级围岩 上中下台阶及时检测
3、发现的缺陷，及 时发通知
2、很少漏检
6 总结与提高
检测水平获得提高 沟通管理能力提升
团队的力量
汇报完毕，聆听指正
10*10 1
10*10 2
10*10 0
10*10 1
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0
10*10 0
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0
隧道
**隧进口 **隧出口 **隧进口 **隧出口 **隧进口 **隧出口 **隧进口 **隧出口
围岩 等级
V
厚度 28
V
28
V
28
IV 25
IV 25
II
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III
12
II
5
取芯厚度
强度
32，37，30 32.4, 29.7, 35.2
V 级围岩初支厚度28cm， IV级围岩初支厚度25cm。
初支混凝土 28d龄期强 度设计C30
2 爆炸的导火索
2015年7月， IV标指挥部组织对所有工程实体进 行排查，并邀请外部检测单位进行技术指导。
通过检测，发现初支混凝土结 构存在一些缺陷。
3 现状调查 及分析
1 初支混凝土背后脱空调查