探討地質(zhì)雷達(dá)無損探測(cè)技術(shù)在隧道檢測(cè)中的應(yīng)用

邱浩浩，王 華

(貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測(cè)中心有限責(zé)任公司)

1 地質(zhì)雷達(dá)無損檢測(cè)的基本原理

隧道使用地質(zhì)雷達(dá)無損探測(cè)技術(shù)的相關(guān)設(shè)備組成是由兩個(gè)部分構(gòu)成的，一個(gè)是接受新號(hào)的控制器另一個(gè)是接受和發(fā)射新號(hào)的天線?？刂破鞯闹饕δ苁翘峁┛梢钥刂频男盘?hào)，然后再將信號(hào)傳遞給天線裝置，而后由天線將信號(hào)發(fā)射出去，同時(shí)接受檢測(cè)時(shí)傳遞過來的高頻電磁波。檢測(cè)時(shí)，電磁波從天線裝置中發(fā)射出去，在隧道的襯砌和其他介質(zhì)中傳遞，當(dāng)波紋遇到襯砌的邊界或者遇到隧道內(nèi)部出現(xiàn)裂縫、空洞時(shí)將發(fā)生電磁波的折射現(xiàn)象，這些折射回來的電磁波重新被天線裝置接收到，并且將這些信號(hào)傳遞給控制裝置，控制器將收集到的信號(hào)進(jìn)行分析處理，并進(jìn)行全程的數(shù)字化記錄，最后將處理的結(jié)果以圖象的形式顯現(xiàn)在顯示屏上，并將數(shù)據(jù)全程進(jìn)行儲(chǔ)存。這個(gè)過程中，信號(hào)傳遞的時(shí)間越長，反射回來所需要的時(shí)間也就越長，相對(duì)應(yīng)的當(dāng)隧道內(nèi)的反射界面平整，沒有存在缺陷的情況下，反射的信號(hào)就會(huì)越強(qiáng)，反之亦然。通過記錄反射后所需要的時(shí)間和反射信號(hào)的強(qiáng)度，就可以判斷出隧道襯砌中是否存在有缺陷，從數(shù)據(jù)中就可以得到相關(guān)的襯砌厚度、缺陷存在的位置以及缺陷相應(yīng)的屬性和結(jié)構(gòu)狀態(tài)等內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)的無損和高分辨率的目的。

通過試驗(yàn)研究和理論計(jì)算證明出雷達(dá)發(fā)射的電磁波在相應(yīng)的介質(zhì)中的傳播速度隨著不同介質(zhì)的介質(zhì)常數(shù)的改變而改變。而介質(zhì)常數(shù)不僅與本身的介質(zhì)屬性有關(guān)，而且還與介質(zhì)中含水量的大小有一定的關(guān)系。如果隧道襯砌中的缺陷相對(duì)較多且介質(zhì)中的含水量又十分的豐富，那么電磁波的傳遞速度就會(huì)大大降低。物質(zhì)之間的不同差異性，反應(yīng)到電磁波上就是其傳遞速度的不同，與此同時(shí)，還反映到控制器接收到的信號(hào)強(qiáng)度不同。隧道檢測(cè)一般處于的工作狀態(tài)是在地質(zhì)條件相對(duì)較為復(fù)雜的地方開展工作，像一些巖石、沙土和石灰等介質(zhì)之間都是不同的物質(zhì)，在對(duì)這些界面進(jìn)行檢測(cè)時(shí)能形成反射，但是他們的介質(zhì)常數(shù)很接近，運(yùn)用傳統(tǒng)的檢測(cè)方式收集的信號(hào)不是很明顯，但是運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)無損探測(cè)技術(shù)能夠提高對(duì)這些物質(zhì)檢測(cè)的靈敏度，能很清楚的將其分辨開來。而像水泥、砂石、巖石等介質(zhì)與水、空氣、金屬之間的介質(zhì)常數(shù)存在有很大的差異性，反射信號(hào)的收集相對(duì)較為簡單，且很容易判斷出來。在利用地質(zhì)雷達(dá)無損探測(cè)技術(shù)對(duì)隧道的襯砌中的金屬存在可能性、飽水帶探測(cè)以及空洞缺陷和裂縫探測(cè)的效果更加的明顯。

2 數(shù)據(jù)的收集

當(dāng)在隧道內(nèi)使用地質(zhì)雷達(dá)無損探測(cè)技術(shù)時(shí)，控制器通過天線發(fā)射信號(hào)要與隧道的襯砌密切結(jié)合，沿著檢測(cè)的線路進(jìn)行滑動(dòng)，雷達(dá)的發(fā)射主機(jī)向隧道內(nèi)發(fā)射高頻率雷達(dá)脈沖，隨后在隧道內(nèi)進(jìn)行連續(xù)的信號(hào)和數(shù)據(jù)的收集。雷達(dá)主機(jī)每秒可以發(fā)射64個(gè)脈沖信號(hào)，每發(fā)射一次高頻脈沖，該區(qū)域會(huì)有測(cè)點(diǎn)45～60個(gè)。雷達(dá)時(shí)間剖面上的各測(cè)點(diǎn)的位置和隧道的長度有直接關(guān)系，為了保障檢測(cè)的無損和位置的準(zhǔn)確，在隧道的內(nèi)壁上每隔一段距離做一個(gè)標(biāo)記，同時(shí)將隧道的里程標(biāo)注上。當(dāng)天線裝置對(duì)準(zhǔn)某一個(gè)標(biāo)記時(shí)，相關(guān)的操作人員向儀器內(nèi)輸入相應(yīng)的信號(hào)，在雷達(dá)的記錄中與上述的隧道內(nèi)的標(biāo)記相一致，在測(cè)量距離每隔100時(shí)做一個(gè)大的標(biāo)記。相關(guān)的數(shù)據(jù)收集完后，就來到了材料的整理階段，這個(gè)過程中依據(jù)相應(yīng)的標(biāo)記和記錄，確定相關(guān)材料的準(zhǔn)確性，在雷達(dá)的時(shí)間剖面圖上明確標(biāo)注里程的樁號(hào)。

3 數(shù)據(jù)的處理與資料的解釋

3.1 數(shù)據(jù)的處理

在檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)，將雷達(dá)探測(cè)出的所有數(shù)據(jù)和相關(guān)的資料進(jìn)行掃描儲(chǔ)存，并將收集到的數(shù)據(jù)和材料初步處理后在現(xiàn)場(chǎng)回放，隨后將其儲(chǔ)存在專用電腦的硬盤上，隨后進(jìn)入室內(nèi)數(shù)據(jù)材料處理階段，回到辦公室后，使用電腦將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。這時(shí)的數(shù)據(jù)和資料的處理一般會(huì)經(jīng)歷兩個(gè)階段，(1)將收集的到的數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行回放顯示，依舊這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)流程的確認(rèn)和分析，確認(rèn)出隧道內(nèi)是否出現(xiàn)了異常情況，最后確定出現(xiàn)異常情況的相關(guān)參數(shù)和處理的程序;(2)使用專用的雷達(dá)軟件對(duì)數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行處理。

3.2 資料的解釋

地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)掃描圖像的正確解釋是建立在探測(cè)的參數(shù)選擇的合理性上。數(shù)據(jù)的處理恰當(dāng)是建立在由充足的模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)比以及豐富的工作經(jīng)驗(yàn)之上。對(duì)資料的解釋要依據(jù)雷達(dá)圖像上的相位、頻率大小、幅值以及形態(tài)等特征的不同表現(xiàn)，對(duì)雷達(dá)的剖面進(jìn)行逐一的分析與判斷。與此同時(shí)，將不同位置的時(shí)間剖面和相關(guān)的數(shù)據(jù)資料以及地質(zhì)材料進(jìn)行分析對(duì)比，找出在該位置的不同界面以及不同地質(zhì)現(xiàn)象的反射電磁波的特征。同時(shí)，對(duì)隧道內(nèi)壁的混凝土的厚度、襯砌周圍的松散帶、周圍巖石的松動(dòng)帶和基巖裂隙帶等進(jìn)行了解釋。

4 結(jié)語

地質(zhì)雷達(dá)無損探測(cè)技術(shù)在隧道檢測(cè)中的應(yīng)用，能夠有效的探測(cè)出隧道襯砌內(nèi)是否存有缺陷、脫空區(qū)域、開裂地帶等現(xiàn)象。通過使用該項(xiàng)技術(shù)能夠使得施工人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題的存在，并及時(shí)采取有效的措施將其解決在最初狀態(tài)，消除各種不利的安全隱患，對(duì)于隧道的整體穩(wěn)定性和安全性以及日后的安全運(yùn)營起到了重要的保護(hù)作用。隨著該項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展完善，地質(zhì)雷達(dá)無損探測(cè)技術(shù)必定會(huì)成為保障隧道施工安全的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。

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［1］趙順吾.地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2011，1(9):78.

［2］陳培德.地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.中外公路，2010，8(2):45.

［3］費(fèi)奎，郝海龍.地質(zhì)雷達(dá)在襯砌檢測(cè)中的誤差分析［J］.交通建設(shè)與管理，2011，13(5):125-126.