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隧道检测中地质雷达无损探测技术的应用
日期:2017-9-7 9:04:18 作者:陈锋 来源:本站原创
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  摘要:现阶段,隧道建设属于公路施工建设过程中的重点环节之一,隧道建设的质量检测对于公路施工的顺利运行有着非常重要的意义。但是,在隧道工程中比较常见的问题包括衬砌厚度不合理、隧道的衬砌与围岩之间存在一定的脱空区以及塌方回填不科学等。因这一系列问题的存在降低了其衬砌的承压力,影响了隧道稳定。因此,在日常管理工作过程中,需要加大隧道检测技术的研发,保证隧道的顺利使用。本文就隧道检测中地质雷达无损探测技术基本原理以及应用情况展开详细论述。
  关键词:隧道检测;地质雷达;无损探测技术;应用效果
  目前,隧道的支护质量相对来说比较难检测,非常容易给通车之后的营运以及安全带来隐患。地质雷达无损探测技术是应用在隧道检测中的新技术,具有检测速度快、无损以及连续性的特点,而且还可以利用实时成像方式有效显示出探测的结果,隧道检测的分析研究将会更加的直观与方便[1]。此外,地质雷达无损探测技术的探测精度相对较高、其样点较密以及实际工作效率相对较高,尤其是对于隧道衬砌结构的检测效果显著。
  一、隧道检测中地质雷达无损探测技术的应用原理
  (一)隧道检测中地质雷达无损探测技术的组成原理
  目前,隧道检测中地质雷达无损探测技术设备主要是由两部分组合而成的,具体来说就是由控制主机以及天线两部分组成的。主机的作用在于提供控制信号,可以用于天线发射以及接收超高频的电磁波等。电磁波主要是从天线中发出来的,并在衬砌以及围岩内部进行传播,当遇到内部裂缝空洞、衬砌边界、围岩与围岩内部界面的时候就会发生反射现象。而这些已经反射的电磁波还会传回到天线中,之后天线接收的这些反射信号再把它传到主机中,对反射信号实施全时程的数字化记录,将其存储且显示出来[2]。从某种程度上讲,反射界面的实际距离越远,那么反射信号所需要的往返时间将会越长,而且反射界面情况越平整、反射界面的面积越大以及两侧位置的物性差异程度越大,其反射的信就越强。借助记录的反射波走时以及强度数据,能够有效判定出反射界面的具体位置以及两侧介质的具体性质,从而得到衬砌的实际厚度参数、劈裂参数、空洞位置参数、形态参数以及围岩结构参数等,从根本上实现高分辨无损检测目的。从上述方法可以得出,由反射信号的实际走时情况换算到具体的空间位置,应该清楚了解混凝土以及围岩介质的实际电磁波速度,因为它将会影响到量深度换算的精度情况。空气之中的电磁波速为0.3m/ns,而一般的干燥岩石是0.11m/ns,从专业化角度出发,水是自然界之中电磁波速相对来说最低的,是空气的九分之一,大约是0.033m/ns,混凝土的电磁波波速是0.12 m/ns。具体的反射原理的示意图如下图 1 所示:



  (二)隧道检测中地质雷达无损探测技术的理论研究与模拟试验原理
  从理论研究以及模拟试验的角度出发,隧道检测中地质雷达电磁波在介质之中的实际传播速度将会随着介质的标准相对介电常数变化而变化,具体来说,介质的标准相对介电常数增加,那么雷达电磁波的传播速度将会降低。从某种程度上讲,介质的标准介电常数既与介质自身性质有着密切关系,还与介质之中的含水率情况有着密切关系,若隧道中衬砌孔隙相对较多,而且含水量也相对较多,那么地质雷达电磁波的波速会明显降低[3]。隧道检测中物性的差异情况会反映到波速差异上,也会严重影响到信号的强度情况。当在野外工作的时候,岩石、混凝土以及土的工程介质之间是存在物性差异的,而且它们之间的界面也能形成反射,当介电常数差异相对较小的时候,其界面的实际反射信号尽管不会太强,然而地质雷达却有着非常高的灵敏度来将其准确辨别出来。混凝土以及岩石等介质与空气、金属以及水之间的具体电磁性质是存在较大差异的,且界面的反射信号会非常强,因此也就非常容易被识别。通常情况下,隧道衬砌检测工作过程中,空洞、金属构件、劈裂空隙以及饱水带的反映是非常明显的[4]。
  二、隧道检测中地质雷达无损探测技术的应用
  (一)地质雷达无损探测技术在隧道检测应用中的数据收集功能
  地质雷达无损探测技术在隧道检测工作的应用过程中,控制器会借助天线发射信号,从而与隧道衬砌进行密切结合,而且还会沿着检测线路实施逐步滑动,隧道检测中雷达发射主机会向隧道内部发射高频率的雷达脉冲,之后在隧道内部开展连续性信号与数据收集。一般情况下,雷达主机每秒能够发射大约六十四个脉冲信号,而每一次发射高频脉冲的时候,该区域则会出现四十五到六十个测点。雷达时间剖面中的每个测点的具体位置以及隧道长度是直接关系的,为了在一定程度上保障检测效果以及位置的准确性,往往会在隧道内壁上面每隔一定的距离就会做一个标记,而且还要把隧道里程准确标注在上面[5]。当雷达天线装置有效对准标记的时候,操作人员就会向仪器内部输入一定信号,值得注意的是在雷达记录过程中与隧道内部的标记是一致的,在测量距离的时候需要每隔一段长距离然后做一个相对较大的标记。当相应的信息数据收集完成之后,再进行材料整理工作,在这个整理过程中应依据标记与记录情况,有效确定材料的准确性,并在雷达时间剖面图上面对里程桩号进行明确标注。
(二)地质雷达无损探测技术在隧道检测应用中的数据处理以及资料解释
  地质雷达无损探测工作中,雷达探测的透视扫描记录数据将会在现场回放的期间转储在专用的计算机硬盘之上,然后利用电脑实施分析处理。隧道检测数据以及资料的处理可以划分为两个阶段,第一个阶段是把记录数据的图像回放显示情况,借助分析研究,确认出标志层以及异常情况,然后确定出存在异常情况的处理参数与使用程序等。第二阶段是采用雷达专用的软件实施正式的数据处理。在隧道检测的资料解释过程中,地质雷达无损探测技术在隧道检测中所接收到的反射波是来自不同电性界面中的,主要包括地质层界面以及有限目的体界面等。地质雷达透视扫描工作中可以提供由十六种色彩组合而成的二维图像,而且不同色彩反映出来的电磁波反射强度是在不断变化的,也反映出了不同介质之间的电性差异。根据雷达图像之中在相位情况、频率情况、幅值情况以及形态上的不同,对雷达剖面实施有效判别,然后把不同地段剖面与钻孔资料进行对比,从而找出了反射波形的具体特征,最终对混凝土的厚度情况、衬砌周围的松散带情况、围岩的松动带情况以及基岩的裂隙带等情况进行解释。
  结语
  总而言之,地质雷达无损探测技术在隧道检测工作中的应用可以在一定程度上有效探测到隧道脱空区范围、衬砌外围的击岩富水情况、衬砌厚度以及衬砌开裂情况等,从而为施工过程中的加固措施提供科学依据,排除一定的安全隐患。因此,在地质雷达无损探测技术应用过程中,需要熟练掌握地质雷达无损探测技术在隧道检测应用中的数据收集功能、数据处理以及资料解释功能等,确保隧道检测的科学化。
  参考文献:
  [1]谢朝叶.隧道检测中地质雷达无损探测技术的应用研究[J].城市建筑,2014,(33):261-261.
  [2]杨光华.关于隧道常见质量问题与检测技术的思考[J].城市建设理论研究(电子版),2012,(19).
  [3]康钦峰,杨成铭,王朝阳等.公路隧道常见质量问题与检测技术的探讨[J].城市建设理论研究(电子版),2012,(11).
  [4]蒙军.谈地质雷达在隧道衬砌检测中的应用[J].工程建设与设计,2011,(4):154-156.
  [5]罗强,徐强.浅析公路工程隧道检测的相关问题[J].城市建设理论研究(电子版),2015,(2):2145-2146.


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