隧道衬砌质量检测(瑞典MALA地质雷达)
铁路隧道衬砌混凝土施工质量后期检测和评价
892023年12月上 第23期 总第419期工艺设计改造及检测检修China Science & Technology Overview1雷达无损检测1.1检测仪器采用美国（GSSI）制造的SIR-4000型地质雷达，及400MHz、900MHz 屏蔽天线；中国电波传播研究所生产的LTD 2000型地质雷达，及400MHz、900MHz 屏蔽天线，检测隧道衬砌质量。
1.2检测原理地质雷达工作原理如图1所示。
图1 地质雷达工作原理图1.3检测内容地质雷达法主要针对衬砌背后空洞、脱空、不密实、欠厚及钢筋和钢拱架分布不均等缺陷进行扫描检测[1]。
1.4注意事项（1）现场踏勘。
在检测前，应进一步对隧道现场进行确认，在资料收集的基础上，对待检隧道进行现场踏勘，主要包括查验收集到的资料是否真实准确、检测里程是否满足检测条件、记录待检段落内对检测工作有影响的环境干扰因素，为数据分析处理提供参考依据。
通过对现场的踏勘资料分析，针对各种不利因素制定相应的解决措施，将这些不利因素的影响降到最低。
与现场对接，确定待检隧道具体里程位置，若发现待检隧道内有妨碍检测车通行的情况，督促现场进行清除障碍工作，确定待检隧道电磁波波速标定位置[2]。
（2）介电常数（r ε）的确定。
通过对已知厚度的部位（隧洞口）标定，确定适合隧道二衬混凝土的相对介电常数r ε值，r ε值在8.0～9.0范围。
1.5检测成果1.5.1混凝土厚度的检测混凝土与围岩间会存在明显的反射层，可以利用反射层探明二衬混凝土的厚度。
1.5.2二衬缺陷及衬砌背后缺陷在混凝土内存在不密实以及背后存在空洞（脱空）时，根据地质雷达剖面图上反映的信息进行判断。
《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》（TB10223-2004）中涉及“不密实”的内容，“衬砌混凝土背后存在不密实时地质雷达剖面图上的波形杂乱，同相轴呈绕射弧形，且不连续较分散”。
检测人员在实际检测中发现，不密实分不同的类型，经打孔、取芯验证，将“不密实”细分为“衬砌内部不密实”和“衬砌背后不密实”两类[3]。
隧道质量无损检测的地质雷达技术-new1
隧道质量无损检测的地质雷达技术王正成1，2，吴晔1（1、北京铁城建设监理有限责任公司2、北京铁城信诺工程检测有限公司）摘要：地质雷达基于电磁波的反射原理，能够快速准确的定位隧道衬砌混凝土的质量缺陷。
结合隧道工程质量检测中的实际经验，从数据采集、处理和分析三方面入手，对提高数据采集质量，处理效果和缺陷的波形特征进行归纳与总结。
关键词：地质雷达隧道脱空钢架厚度1工作原理地质雷达是利用超高频窄脉冲（106－109Hz）电磁波在介质中传播规律的一种无损检测设备，它能够快速获得相关探测区域的详细信息。
地质雷达主要由主机、天线和界面单元组成，其中天线又包括发射端和接收端两部分。
地质雷达系统采集数据时，天线的发射端向测量表面以下发送以球面波形式传播的电磁波，同时，天线的接收端接收由不同电介质特性的层面反射的回波，经电缆或光纤传输到终端连接的计算机上，实时显示雷达图像。
电磁波在介质中传播时，其路径、波形将随所通过介质的电性质和几何形态的不同而变化。
当目标体为面反射体时，雷达图像上显示的是与反射界面相一致的一条曲线，当目标体为点反射体时，其雷达图像上显示的是一个抛物线，或称之为双曲线的一支。
地质雷达天线的发射端与接收端之间的距离很小，甚至合二为一，当地层倾角不大时，反射波的全部路径几乎是垂直地面的，因此，可以认为在测线不同位置上法线反射时间的变化就反映了地下地层的构造形态。
地质雷达工作频率高，在介质中以位移电流为主，因此，电磁波传播过程中很少频散，速度基本上由介质的介电性质决定。
电磁波传播理论和弹性波的传播理论有很多类似的地方，两者遵循同一形式的波动方程，只是波动方程中变量代表的物理意义不同。
2数据采集2.1 测线布置地质雷达测线通常按拱顶、左右拱腰和左右边墙各一条，共5条测线布置，测线走向为隧道的径向方向。
拱顶和拱腰部位的测线可以使用机械设备抬升，人工托举雷达天线的方法进行检测，抬升设备可现场搭建或借用已有设备（见图1和图2），如果使用路灯维修车进行高空部位数据采集时，因为要沿隧道纵向行进，其支撑部位不能落地，所以要特别注意安全。
地质雷达法TB10223-2004铁路隧道衬砌质量无损检测规程
不连续 ，较分散 ； ３ 空 洞 ：衬砌界面反 射信号强 ，三 振相 明显 ，在其下 部仍
有强 反射界面信 号 ，两组信号 时程差较大
４．３．９ 衬砌 内部钢架 、钢筋 位置分布 的主要判定 特征应符 合下
列要求 ：
１ 钢架 ：分散的月牙形强反射信号 ； ２ 钢筋 ：连续的小双 曲线形强反射信 号〔）
１ｍ ； ６ 应 随 时记 录可 能对测量 产生 电磁 影响 的物体 （如渗水 、
电缆、铁架 等）及其位置 ；
７ 应 准 确标记测量位 置。
.bzfxw
４．３ 数据处理与解释
４．３．１ 原始数据处理前应回放检验，数据记录应完整、信号清 晰，里程标 记准确。不合格的原始数据不得进行处理与解释。 ４．３．２ 数据处理与解释软件应使用正式认证的软件或经鉴定合 格的软件 。 ４．３．３ 数据处理与解释可采用下列流程 ：
１） 在 已 知 厚 度部 位或材料 与隧道相 同的其他预制件 上测
量 ； ２） 在 洞 口 或 洞 内避车洞处使 用双天线 直达波法测量 ；
３） 钻 孔 实 测 ３ 求 取 参数时应具备以下条件：
功 标 定 目 标 体 的厚 度一般不小 于 巧 ｃｍ，且厚度己知 ； ２） 标 定 记 录中 界面反射信号应清晰、准确 ４ 标 宁 结果 应按下式计算
。＝｛（）竺３ｔ）
＼ ２ｄ ／
（４．２．２－ １）
。一２ｄｔＸ １０９
（４．２．２－２）
式中 。— 相对介电常数； 二— 电 磁 波 速 （ｍ／ｓ）； ｔ— 双 程 旅 行时间 （ｎｓ）； ｄ— 标 定 目 标体厚度或距离 （ｍ）ｏ
· ６
４．２．３ 测量 时窗由下 式确定 ： ２ｄ抵
.bzfxw
地质雷达原理及应用
振幅
时间窗 Δt
[t]
[t]
原始信号 采集后复制的信号
时间窗 = 样点数 * Δt
1
Δt
采样周期
采样频率 =
Δt
为什么雷达不是实时采样?
周期
1
重复采样原理（取样示波） 2
3
发射机发射的信号 4
5
6
脉冲重复频率！
7
8
1
2
3
接收机接收的信号 4
5
6
每一个采样周期，发射机都发射一个完整的
7
脉冲信号，接收机记录其中一个点的信号
1、垂直分辨率 我们将探地雷达剖面中能够区分一个以上反射界面的能力称为垂直
分辨率。
水平分辨率随深度的增加而降低
例: 800MHz 天线,介质速度 100m/us -> λc = 12.5cm δr = 3cm 在深度 10cm时 δl = 8cm 在深度 50cm 时δl = 18cm 在深度 100cm时 δl = 25cm
电磁波的传播路径
发射机
土壤 (εr,σ)
X 空气波
接收机
地下直达波 D
反射波
目标物
实际雷达图像的直达波
直达波 反射目标体 杂波
单道波形
叠加次数：叠加是通过平均来提高信噪比，噪声水平是叠加次数 平方根的倒数。 两种叠加方式：样点叠加（在点测时使用），优点是采集 时天线不动，效果好；道叠加（时间和距离采集时使用） 优点是方便。
t2
4H 2 v2
x2 v2
图1 地质雷达探测原理示意图
t
4z2 x2 v
图中T为发射天线, R为接收天线, 两者间距为X, H 为反射点的埋深。波从T出发, 按几何光学原理经。
地质雷达在岩溶地区超前地质预报中的应用
工程技术研究2021年第6期48地质雷达在岩溶地区超前地质预报中的应用王雁南中铁津桥工程检测有限公司，吉林 长春 130000摘 要：地质雷达作为一种快速、连续、非接触电磁波探测技术，在当前的隧道施工中得到了广泛的应用，尤其在隧道超前地质预报工作中已经作为一道工序被纳入施工过程中。
文章以贵州某铁路隧道超前地质预报为切入点，结合其全线28座隧道的探测结果，收集整理出地质雷达在岩溶隧道施工中的应用实例，并将探测结果与工程实际进行对比，对隧道超前地质预报雷达法岩溶探测技术进行研究与印证。
关键词：地质雷达；超前地质预报；岩溶地区；不良地质构造中图分类号：P631 文献标志码：A文章编号：2096-2789（2021）06-0048-03在隧道施工的过程中，掌子面前方的地质情况十分复杂，经常会遇到断层、软弱夹层、岩溶等不良地质构造，一旦遇到这些不良地质构造则很容易造成工期延误，严重的还会引发安全事故。
在隧道设计阶段，受环境和条件等因素的限制，设计结果有时不能完全满足施工过程中的要求。
为防范安全风险、保证隧道工程施工安全及施工进度、及时调整施工方法及措施，就需要更加详细地掌握掌子面前方与隧道底部的地质状况。
地质雷达作为一种快速、连续、非接触电磁波探测技术，在当前的隧道施工中得到了广泛的应用。
1 地质雷达工作原理地质雷达（Ground Penetrating Radar,GPR）是一种电磁波反射探测技术，采用电磁波检测地下介质分布和对不可见目标体或地下界面进行连续扫描，以确定其内部结构形态或位置。
地下不同物体或介质的差异会对电磁波进行反射，使用者可根据反射图像判断地下异常体的位置，然后将采集的数据用REFLEXW软件进行处理，主要处理流程为零点校正、调节增益、背景除噪、反褶积运算、识别界面及有效信号、计算确定合适的介电常数及波速、分析掌子面前方围岩中的异常区域。
岩溶、空洞或软弱夹层、围岩中的含水区等均为良好的反射界面或目标体。
瑞典MALA探地雷达在管线探测中的应用
瑞典MALA探地雷达在管线探测中的应用汤博【摘要】Swedish MALA ground penetrating radar (GPR) is applied in this article has carried on the research of under-ground pipeline detection. According to the material of underground pipeline and the surrounding medium and the different choices of different embedding depth, different frequencies of the antenna at the same time set up necessary working param-eters, the different types of underground pipeline detection, and the anomaly characteristics of the engineering examples of typical pipeline are analyzed.%应用瑞典MALA探地雷达进行了地下管线探测的研究。
根据地下管线的材质、周围介质及埋设深度的不同选择，不同频率的天线同时设置必要的工作参数，对不同类型的地下管线进行了探测，并对工程实例中典型的管线异常特征进行了分析。
【期刊名称】《水科学与工程技术》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】2页(P95-96)【关键词】MALA;探地雷达;管线探测【作者】汤博【作者单位】河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250【正文语种】中文【中图分类】P624探地雷达（Ground Penetrating Radar，简称CPR）是利用超高频（106～109Hz）脉冲电磁波探测地下介质分布的一种地球物理勘探方法。
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.
隧道地质雷达检测主要内容
隧道地质雷达检测主要内容
隧道地质雷达检测是一种非侵入性的地质勘察技术，用于评估隧道地质环境并检测潜在的地质问题。
主要内容包括：
1. 地层结构识别：地质雷达能够探测地下不同层次的地质结构，包括土壤、岩石、岩层和岩溶等，并识别出地质层之间的界面和变化。
2. 地下空洞检测：地质雷达可以检测到地下的空洞或洞穴系统，包括天坑、洞室等，帮助评估隧道工程的稳定性和安全性。
3. 水文地质检测：地质雷达可以识别地下水体的存在和分布情况，包括地下水位、水流方向、水体含量等，对隧道工程的防水设计和排水系统提供重要参考。
4. 断层和断裂带检测：地质雷达可以探测到地下的断层和断裂带，帮助评估地质构造的稳定性和隧道建设的安全性。
5. 地表沉陷检测：地质雷达可以识别地下土层的变形和沉陷情况，帮助监测隧道施工和运营过程中的地表沉陷风险。
以上是隧道地质雷达检测的主要内容，通过对地下地质环境进行全面的勘察和分析，可以为隧道工程的规划、设计和施工提供重要的技术支持，减少工程风险并确保工程的安全和可靠性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
隧道衬砌质量检测
一、工程概况
北京鑫衡运科贸有限责任公司工程检测部于二○○五年三月十一日至二十一日对某公路隧道的衬砌，进行无破损法检测，目的是检测二衬结构的厚度、衬砌内部及背后缺陷分布情况。
因本次检测的具体情况，经业主单位研究协商，确定本次检测在隧道内布设5条雷达纵测线，进行全线检测.
二、工程地质、水文地质概况
隧道东线出口段K79+816~K82+816段3000m、续建段K74+280~K75+180段900米以及西线YK73+835~78+335段4500米隧道穿越地段岩性以含绿色矿物混合花岗岩和混合片麻岩为主，间夹蚀变闪长岩，霏细岩及花岗伟晶岩脉。
以上三段隧道共穿越大小断层13条，围岩类别变化频繁，地质结构复杂、通风排烟困难、岩爆频繁是本工程的特点和难点。
三、检测内容及标准
1、检测内容：
(1)探地雷达检测二次衬砌厚度和衬砌内部及背后缺陷；
(2)初衬内部及背后缺陷；
2、检测标准:
(1)铁路隧道工程质量检验评定标准，TB10417－98；
(2)铁路混凝土与砌体工程施工及验收规范，TB10210－97；
(3)混凝土结构工程质量验收规范，GB50204－2002；
四、测线的位置
测线共五条，纵向布置在隧道衬砌表面，具体见以下示意图。
五、检测仪器设备基本原理
地质雷达与探空雷达相似，利用高频电磁波（主频为数十至数百乃至数千兆赫）以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线传入地下，经地下地层或目的物反射后返回地面，被另一天线接收。
脉冲波旅行时间为T。
当地下介质的波速已知时，可根据测到的准确T值计算反射体的深度。
雷达系统的基本部分如下图：
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。
地质雷达在勘查中的基本参数描述如下：
1. 电磁脉冲波旅行时 v z v x z t 2422≈+=
式中：z —勘查目标体的埋深； x —发射、接收天线的距离（式中因z>x,故X 可忽略）；v —电磁波在介质中的传播速度。
2. 电磁波在介质中的传播速度
r r r c c v εμε≈= 式中 c —电磁波在真空中的传播速度（0.29979m/ns ）;r ε—介质的相对介电常数，r μ—介质的相对磁导率（一般r μ1≈）
3. 电磁波的反射系数
电磁波在介质传播过程中，当遇到相对介电常数明显变化的地质现象时，电磁波将产生反射及透射现象，其反射和透射能量的分配主要与异常变化界面的电磁波反射系数有关：
2122
12
211222
1122)()()()(εεεεμεμεμεμε+-≈+-=r
式中r — 界面电磁波反射系数；1ε—第一层介质的相对介电常数；2ε—第二层介质的相对介电常数。
孤立体
地层
4. 地质雷达记录时间和勘查深度的关系
t c vt z r
⋅⋅==ε2121 式中z — 勘查目标体的深度；t — 雷达记录时间。
测试方法：
由于不同频率天线的测深能力不同，频率越低，探测深度越大。
此次检测的有效深度在3米以内，查找空洞、不密实体和脱空等，由于二衬，初衬及围岩的介电常数不同，且变化较大，选择500M 天线是适宜的。
综合场地的特点，我们选择CUII 主机,500兆屏蔽天线.采样频率为7300,样点数为480,65ns 的采集时窗，自动迭加，时间触发测试方式，时间间隔为0.1～0.3秒。
六、数据处理和解释
探测的雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录，以波形或灰度显示探测雷达剖面图。
地质雷达探测资料的解释包括两部分内容，一为数据处理，二为图象解释。
由于地下介质相当于一个复杂的滤波器，介质对波的不同程度的吸收以及介质的不均匀性质，使得脉冲到达接收天线时，波幅减小，波形变得与原始发射波形有较大的差异。
另外，不同程度的各种随机噪声和干扰，也影响实测数据。
因此，必须对接收信号实施适当的处理，以改善资料的信噪比，为进一步解释提供清晰可变的图像。
对于异常的识别应结合已知到未知，从而为识别现场探测中遇到的有限目的体引起的异常，以及对各类图像进行解释提供了依据。
图像处理包括消除随机噪声压制干扰，改善背景；进行自动时变增益或控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波，进行滤波处理除去高频，突出目的体，降低背景噪声和余振影响。
图像解释是识别异常，这是一个经验积累的过程，一方面基于地质雷达图像的正演结果，另一方面由于工程实践成果获得。
只有获得高质量的地质雷达图像并能正确的判别异常才能获得可靠、准确的地质解释结果。
识别干扰波及目标体的地质雷达图象特征是进行地质雷达图像解释的核心内容。
地质雷达在地质和地表条件理想的情况下，可得清晰、易于解释的雷达记录，但在条件不好的情况下，地质雷达在接收有效信号的同时，也不可避免地接收到各种干扰信号。
产生干扰信号的的原因很多，隧道常见的干扰有电缆、衬砌表面金属物体、天线耦合不好，地下异常的多次波等，干扰波一般都有特殊形状，易于辨别和确认。
（见图1）
图一 衬砌表面的钢拱架
图二 衬砌边墙上的避车洞造成的干扰 雷达图中可以看到衬砌表面的钢拱架形成的多次振荡干扰。
图中看到由于在有避车洞的地方天线没有与其耦合而形
干扰。
图三二衬表面的管槽造成的干扰雷达波图四由于天线没有耦合好的干扰雷达波
图中有标记的地方显示的是由于二衬表面有管槽而形图中的黑筐内显示的是由于暂时离开了衬砌表面而形成的干
成了类似空洞的双曲线波形。
扰波
七、检测结果
本次检测工作结果如下：此次检测共5条测线，全长40310米，查清了初衬和二衬的缺陷位置和结构，以及二衬的厚度，有缺陷的典型雷达图像见以下附图。
图中红色线筐内表示的是初衬后的围岩内部有空洞现象存在。
图中红色线筐内表示的是初衬后的围岩内部有裂隙存在。
图中红色线筐内表示的是初衬背部有空洞存在
图中红色线筐内表示的是衬砌背部的围岩内还有隐患—蜂窝、空洞组织促在。
红色线筐内表示的是围岩内部的空洞。
红色线筐内表示的是初衬后可能存在的空洞。
图中红色线筐表示的是隧道二衬中的长约12米的内部脱空带。
八、结论和建议
用探地雷达做隧道质量检测是一项较为成熟的技术,目前在国内得到大量应用.可以说,雷达方法是隧道检测最有效和快速的方法.用探地雷达方法进行隧道质量检测,可以确定衬砌厚度,围岩和衬砌内的缺陷,探测钢筋和钢拱架等.
用雷达做隧道质量检测时,要根据检测需要选择合适的天线,其中最常用的是500兆天线,它的探测深度可以达到3~4米,基本可以达到探测混凝土和围岩的目的.如果只检测二衬厚度,可以用800兆或1000兆天线.
值得注意的是,在做二衬厚度检测时,如果衬砌做的很完美,二衬的界面是不太容易看出的(初衬和二衬的介质基本一样,不会有明显反射层).但我们总可以根据其缺陷(层间空洞、脱空、不密实等)来找到该反射界面.
在做初衬检测时,由于隧道表面凸凹不平,特别是地面也不平整,给雷达检测造成很大困难,此时要注意观察天线的工作状况(是否离开隧道表面,是否突然移动到另外的地方等),并在天线工作不正常处打标记,这样就不会产生误判.。