地質(zhì)雷達(dá)在引水隧洞回填灌漿探測(cè)效果的研究

王　凡，杜　松，肖建平，徐　洋

(1. 中國電建集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州　貴陽　550081；

2.中南大學(xué)　地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南　長沙　410083)

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地質(zhì)雷達(dá)在引水隧洞回填灌漿探測(cè)效果的研究

王凡1，杜松1，肖建平2，徐洋1

(1. 中國電建集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州貴陽550081；

2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南長沙410083)

摘要：針對(duì)引水隧洞回填灌漿襯砌背后存在的異常缺陷，以四川某水電站引水隧洞為例，選取了6組異常形態(tài)，進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)試驗(yàn)研究。測(cè)試結(jié)果表明：地質(zhì)雷達(dá)法能夠有效地反映回填灌漿后襯砌內(nèi)的空腔、襯砌背后的空腔、回填不密實(shí)、襯砌同圍巖膠結(jié)不密實(shí)等異常情況；缺陷體深度檢測(cè)精度與襯砌相對(duì)介電常數(shù)有關(guān)，在準(zhǔn)確測(cè)定襯砌相對(duì)介電常數(shù)的條件下，能夠定量分析缺陷體深度，誤差不超過12%，確定襯砌相對(duì)介電常數(shù)宜取多個(gè)標(biāo)定點(diǎn)的平均值；對(duì)多條雷達(dá)剖面測(cè)線進(jìn)行三維可視化處理后能有效地提高解釋的直觀性。將地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試結(jié)果同鉆孔錄像進(jìn)行了驗(yàn)證分析。

關(guān)鍵詞：隧道工程；地質(zhì)雷達(dá)；回填灌漿；引水隧洞；襯砌

0引言

地質(zhì)雷達(dá)法已廣泛應(yīng)用于公路、鐵路等隧道襯砌質(zhì)量缺陷檢測(cè)中[1-2]，很多學(xué)者也做了相關(guān)的研究，如：葉良應(yīng)[3]等建立了一系列的室內(nèi)模型，以此分析了地質(zhì)雷達(dá)在地鐵隧道脫空檢測(cè)中的應(yīng)用，但其對(duì)缺陷體的具體形狀卻無法定量判斷；楊峰[4]等利用數(shù)值模擬的方法對(duì)隧道襯砌脫空異常體進(jìn)行了地質(zhì)雷達(dá)正演，深入地研究了隧道襯砌背后空洞形狀的定量解釋方法；黎霞[5]等通過建立各類室內(nèi)模型，研究了襯砌混凝土在不同齡期和不同深度處的介電常數(shù)值，提出了襯砌混凝土的介電常數(shù)模型；楊艷青[6]等通過建立含典型病害工況的襯砌試件模型，對(duì)比分析了各異常體的地質(zhì)雷達(dá)波形圖特征，并對(duì)復(fù)合式襯砌厚度進(jìn)行了研究；李巖松[7]等研究了地質(zhì)雷達(dá)法在固結(jié)灌漿檢測(cè)中的應(yīng)用效果。

引水隧洞常處于地下水位線以下，且具有埋深大，地應(yīng)力高，洞段長等特性，因此，對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的受力要求也比較高[8]，設(shè)計(jì)施工時(shí)，常需要對(duì)襯砌背后的空腔進(jìn)行回填灌漿處理。目前，常用的回填灌漿密實(shí)度檢測(cè)方法為地質(zhì)雷達(dá)法。當(dāng)襯砌背后出現(xiàn)空洞或回填不密實(shí)等狀況時(shí)，由于襯砌混凝土結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得回填灌漿后的地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果的分析也變得較為復(fù)雜，在實(shí)際數(shù)據(jù)處理時(shí)，其解譯結(jié)果往往模棱兩可甚至較難識(shí)別。多數(shù)時(shí)候，對(duì)隧洞襯砌地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果的解譯往往是基于檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)判斷，且往往很難通過建立揭露大量的隧洞襯砌病害缺陷情形來驗(yàn)證其解譯結(jié)果的正確性，而常見的對(duì)隧道襯砌地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)進(jìn)行的數(shù)值模擬試驗(yàn)研究又很難同實(shí)際隧洞施工工況相對(duì)應(yīng)。

本文以四川某引水隧洞回填灌漿后的襯砌洞段為研究對(duì)象，對(duì)實(shí)際施工時(shí)所出現(xiàn)的問題，采用地質(zhì)雷達(dá)法檢測(cè)其缺陷體，對(duì)比分析了6類缺陷異常情況下地質(zhì)雷達(dá)縱剖面圖特性，將多條地質(zhì)雷達(dá)剖面進(jìn)行三維可視化顯示處理后，有效地提高了解釋的直觀性。將地質(zhì)雷達(dá)掃描結(jié)果同鉆孔錄像結(jié)果相結(jié)合，驗(yàn)證了地質(zhì)雷達(dá)掃描結(jié)果的準(zhǔn)確性。文中還分析了在復(fù)雜條件下如何確定襯砌厚度，從而更能準(zhǔn)確地判斷缺陷體的深度，為實(shí)際工程檢測(cè)提供對(duì)比依據(jù)，有利于提高現(xiàn)場檢測(cè)結(jié)果解譯的工作效率和準(zhǔn)確性。

1影響地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)效果的幾個(gè)因素

在應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)作檢測(cè)工作時(shí)，首先需要解決兩個(gè)重要問題，一是探測(cè)深度，二是分辨率的問題[9-10]。

1.1探測(cè)深度

影響地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)深度主要由兩方面決定：其一是地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)的增益指數(shù)(又稱動(dòng)態(tài)范圍)；其二是被探測(cè)目標(biāo)體的電磁特性，特別是介質(zhì)的電阻率和介電常數(shù)。

用信號(hào)能量表示的地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)深度方程為[9]：

(1)

式(1)改寫為：

(2)

式左邊主要與地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)性能有關(guān)，式右邊主要與環(huán)境和探測(cè)目標(biāo)有關(guān)。式(2)表明：地質(zhì)雷達(dá)天線的中心頻率越低，介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率越小，地質(zhì)雷達(dá)的最大探測(cè)深度越深。

1.2分辨率

地質(zhì)雷達(dá)的分辨率是指區(qū)分在空間上兩個(gè)相距很近的目標(biāo)體的能力，根據(jù)電磁波系統(tǒng)理論，雷達(dá)的距離分辨率為[9]：

(3)

式中，Δf為雷達(dá)發(fā)射的脈沖信號(hào)的頻帶寬度；v為電磁波在介質(zhì)中的速度。

分辨率又分為垂向分辨率和橫向分辨率。

(1) 垂向分辨率

垂向分辨率指地質(zhì)雷達(dá)剖面信號(hào)中能夠區(qū)分一個(gè)以上反射界面的能力，即雷達(dá)分辨最小異常介質(zhì)體的能力。用時(shí)間間隔表示為：

(4)

式中，Beff為接收信號(hào)頻譜的有效帶寬。通常選取天線的頻帶寬度Beff=fc，轉(zhuǎn)換為深度可表示為：

(5)

由式(5)可以得到以下結(jié)論：①垂向分辨率與雷達(dá)天線的中心頻率有關(guān)，中心頻率越高，垂向分辨率越高；②當(dāng)介質(zhì)的介電常數(shù)較大時(shí)，雷達(dá)信號(hào)的垂向分辨率高；③接收信號(hào)的頻譜有效寬帶Beff越大，雷達(dá)信號(hào)的垂向分辨率越高。

(2) 橫向分辨率

地質(zhì)雷達(dá)剖面信號(hào)中在水平方向上能夠分辨的最小距離稱為橫向分辨率。

假設(shè)地下有兩個(gè)平行的異常體，埋深為h，相距為l，要在地質(zhì)雷達(dá)剖面信號(hào)中區(qū)分兩個(gè)異常體，則：

(6)

式中v/Beff=v/fc=λ。

通常λ/4h≤1，可得：

(7)

式中Hmin為地質(zhì)雷達(dá)所能達(dá)到的最小橫向分辨率。

用菲涅爾帶可假設(shè)為：

(8)

即，對(duì)于地質(zhì)雷達(dá)剖面信號(hào)來說，兩個(gè)水平相鄰異常體要區(qū)分開來的最小橫向距離要大于第一菲涅爾帶半徑。

1.3現(xiàn)場檢測(cè)條件的干擾

(1) 雜波干擾

引水隧洞內(nèi)(如接觸網(wǎng)的高壓電纜線、金屬的作業(yè)臺(tái)車等)能產(chǎn)生反射信號(hào)的物體，使得記錄的剖面圖具有多變性且不容易同有效信號(hào)區(qū)分。

(2) 檢測(cè)面的平整度

當(dāng)被測(cè)面不平整時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)天線與被測(cè)面就不能緊密接觸，其間的空氣間隙相對(duì)較大時(shí)，被測(cè)面顯示為界面異常，并形成多次反射信號(hào)，該信號(hào)與襯砌內(nèi)部界面異常反射信號(hào)或是重疊或是交錯(cuò)出現(xiàn)，從而導(dǎo)致推斷的襯砌層厚度就會(huì)大于實(shí)際厚度，嚴(yán)重時(shí)甚至有將干擾信號(hào)判為地下埋設(shè)物的可能。對(duì)此，楊艷青等研究了鐵路隧道襯砌地質(zhì)雷達(dá)非接觸檢測(cè)方法，并取得了一定的效果，但受現(xiàn)場施工條件的影響，其結(jié)果還不能大范圍地應(yīng)用于現(xiàn)場檢測(cè)中[11]。

2檢測(cè)方案設(shè)置

本測(cè)試選取了6個(gè)典型斷面測(cè)區(qū)，檢測(cè)區(qū)域?yàn)樗矶垂绊?20°范圍，測(cè)試時(shí)間在回填灌漿后進(jìn)行，各測(cè)區(qū)的物性參數(shù)見表1，測(cè)區(qū)的襯砌結(jié)構(gòu)平面圖見圖1。測(cè)區(qū)內(nèi)的異常體缺陷均通過鉆孔及孔內(nèi)攝像驗(yàn)證，邊界形狀由于精度的原因，可能稍有誤差。其中：測(cè)試一區(qū)和測(cè)試五區(qū)圍巖類別為Ⅴ類圍巖，初襯為C20噴混凝土，厚20 cm，二襯為C25鋼筋混凝土，厚80 cm，襯砌配筋為雙層鋼筋；測(cè)試二區(qū)為Ⅲ類圍巖，初襯為C20噴混凝土，厚8 cm，二襯為C25鋼筋混凝土，厚37 cm，襯砌配筋為單層鋼筋；測(cè)試三區(qū)、測(cè)試四區(qū)、測(cè)試六區(qū)為Ⅳ類圍巖，初襯為C20噴混凝土，厚10 cm，二襯為C25鋼筋混凝土，厚50 cm，襯砌配筋為雙層鋼筋。

測(cè)試一區(qū)內(nèi)，在二襯的檔頭模板位置，混凝土澆注施工時(shí)形成了一個(gè)三角形空腔；測(cè)試二區(qū)混凝土與圍巖的結(jié)合面膠結(jié)不好，形成了薄的空腔；測(cè)試三區(qū)為地下水富水帶，襯砌底部的空腔內(nèi)富含地下水；測(cè)試四區(qū)為含空腔，無充填；測(cè)試五區(qū)的襯砌底部含空腔，無充填，但襯砌厚度較深；測(cè)試六區(qū)為良好澆注及灌漿密實(shí)區(qū)域。

圖1　引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)測(cè)區(qū)平面圖(單位：cm)Fig.1　Plan view of measurement area of diversion tunnel lining(unit:cm)

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集時(shí)，測(cè)線布置示意圖見圖2，檢測(cè)測(cè)線沿引水隧洞軸線方向布置3條雷達(dá)測(cè)線，即分別布置于頂拱中線、拱頂左線及頂拱右線，測(cè)線間隔角度約30°。

圖2　引水隧洞襯砌縱向布置測(cè)線Fig.2　Longitudinal layout measuring line of diversion tunnel lining

測(cè)區(qū)測(cè)試一區(qū)測(cè)試二區(qū)測(cè)試三區(qū)測(cè)試四區(qū)測(cè)試五區(qū)測(cè)試六區(qū)測(cè)區(qū)長度1000800800800800800圍巖類別ⅤⅢⅣⅣⅤⅣ圍巖巖性玄武質(zhì)火山巖巖塊與砂板巖基質(zhì)組成玄武質(zhì)火山巖巖塊、大理巖巖塊與砂板巖基質(zhì)混雜組成硅質(zhì)板巖夾玄武質(zhì)火山巖、砂巖等玄武質(zhì)火山巖巖塊與砂板巖基質(zhì)組成玄武質(zhì)火山巖巖塊、大理巖巖塊、蛇綠巖巖塊與砂板巖基質(zhì)混雜組成玄武質(zhì)火山巖巖塊、大理巖巖塊、蛇綠巖巖塊與砂板巖基質(zhì)混雜組成襯砌厚度10045606010060襯砌材料初次襯砌:C20噴射混凝土初次襯砌:C20噴射混凝土初次襯砌:C20噴射混凝土初次襯砌:C20噴射混凝土初次襯砌:C20噴射混凝土初次襯砌:C20噴射混凝土二次襯砌:C25鋼筋混凝土二次襯砌:C25鋼筋混凝土二次襯砌:C25鋼筋混凝土二次襯砌:C25鋼筋混凝土二次襯砌:C25鋼筋混凝土二次襯砌:C25鋼筋混凝土鋼筋層數(shù)雙層單層雙層雙層雙層雙層缺陷類型三角形空腔襯砌同圍巖接觸不密實(shí)富水空腔空腔深層空腔密實(shí)

3地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試參數(shù)

本文中的雷達(dá)測(cè)試使用儀器為美國某公司研制生產(chǎn)的SIR-3000型地質(zhì)雷達(dá)，天線為400 MHz收發(fā)一體天線，檢測(cè)時(shí)將天線緊貼檢測(cè)剖面移動(dòng)進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，數(shù)據(jù)采集主要參數(shù)為：掃描長度為1 024采樣/掃描，掃描率為60掃描/s，測(cè)程為30 ns，主機(jī)脈沖重復(fù)頻率為100 kHz。

4測(cè)試結(jié)果及分析

4.1異常體定性解釋

圖3為各測(cè)區(qū)地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線三維縱剖面圖(實(shí)際檢測(cè)工作中，3條檢測(cè)線空間分布關(guān)系略成弧形)，對(duì)比各測(cè)區(qū)的工況性質(zhì)后，分析圖3可得到以下結(jié)論：

(1)分析測(cè)試一區(qū)雷達(dá)縱剖面圖：混凝土澆注時(shí)，在檔頭段模板位置所形成的空腔，在地質(zhì)雷達(dá)剖面圖上形成了連續(xù)的反射同相軸。沿測(cè)線方向，隨著空洞的深度逐漸增加，其在地質(zhì)雷達(dá)剖面上呈現(xiàn)倒三角形強(qiáng)反射同相軸信號(hào)，反射信號(hào)幅值大，向深度方向延伸時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度逐漸減弱。檔頭段混凝土比較松散，部分位置存在塌陷，在地質(zhì)雷達(dá)剖面圖上呈現(xiàn)較雜亂的多次反射信號(hào)。二次襯砌背后及初次支護(hù)背后或襯砌內(nèi)部有空洞段時(shí)，產(chǎn)生多層介質(zhì)，且層厚較薄，形成薄層，薄層使得地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)信號(hào)中出現(xiàn)多次反射波，在雷達(dá)剖面圖上呈現(xiàn)明顯的強(qiáng)反射信號(hào)，并且向圍巖深部延伸。

(2)分析測(cè)試二區(qū)雷達(dá)縱剖面圖：襯砌混凝土同圍巖結(jié)合不密實(shí)時(shí)，回填灌漿處理時(shí)未充填密實(shí)，由于空氣的介電常數(shù)同混凝土和圍巖的介電常數(shù)相差較大，反射系數(shù)大，在雷達(dá)剖面上能看到較強(qiáng)的反射信號(hào)。但是由于400 MHz天線的垂向分辨能力有限(詳見第二節(jié)內(nèi)容)，并且襯砌混凝土配筋為雙層鋼筋，鋼筋的干擾信號(hào)較強(qiáng)，因此，對(duì)于較薄的不密實(shí)夾層的分辨能力有所限制。為了提高分辨混凝土同圍巖間的薄夾層，就需要采用較高頻率的天線。

(3)對(duì)比分析測(cè)試三區(qū)雷達(dá)縱剖面圖和測(cè)試四區(qū)雷達(dá)縱剖面圖：空腔所引起的反射信號(hào)幅值大。反射信號(hào)向零時(shí)刻方向呈雙曲線凸起形態(tài)。由于電磁波信號(hào)在水中衰減大，富水空腔底部反射信號(hào)較弱，幾乎不可見空腔底部圍巖的反射波。而在無充填的空腔中，介質(zhì)的反射系數(shù)大，電磁波信號(hào)幾乎無衰減，在雷達(dá)剖面圖上可見多次反射信號(hào)，反射波信號(hào)振幅強(qiáng)。對(duì)測(cè)試四區(qū)進(jìn)行鉆孔錄像測(cè)試，結(jié)果見圖4，從鉆孔錄像結(jié)果上能明顯發(fā)現(xiàn)襯砌背后的空腔。對(duì)于引水隧洞襯砌背后回填不密實(shí)區(qū)域或無回填的空腔，地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試方法能較好地識(shí)別異常體。

圖3　各測(cè)區(qū)地質(zhì)雷達(dá)成果縱剖面圖Fig.3　GPR profile measuring result of each measuring area

(4)分析測(cè)試五區(qū)雷達(dá)縱剖面圖：對(duì)于深度較大的異常體缺陷，400 MHz天線只能較模糊地分辨出異常體形態(tài)。并且信號(hào)在經(jīng)過較長距離的傳播后，幅值衰減較大。根據(jù)第2節(jié)的分析可知，為了提高探測(cè)深度，只能采用較低頻率的雷達(dá)天線，但橫向分辨率卻無法得到保證。因此，利用低頻天線初次探測(cè)出回填不密實(shí)區(qū)域后，可以再次選用高頻率天線進(jìn)行復(fù)測(cè)，提高探測(cè)精度。初次襯砌同二次襯砌的混凝土標(biāo)號(hào)不同，混凝土襯砌同圍巖的介電常數(shù)也有所差異，當(dāng)初次襯砌的噴射厚度較厚時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)能有效地區(qū)分出襯砌厚度。

(5)分析測(cè)試六區(qū)雷達(dá)縱剖面圖：襯砌內(nèi)的鋼筋在地質(zhì)雷達(dá)剖面上呈現(xiàn)強(qiáng)反射信號(hào)形態(tài)。襯砌內(nèi)第二次配筋的反射信號(hào)，較第一層鋼筋的反射信號(hào)弱。并且，由于鋼筋的直徑較小，采用400 MHz天線也只能較模糊地分辨出鋼筋的反射信號(hào)，這主要是由于橫向分辨率不夠。因此，對(duì)引水隧洞襯砌作保護(hù)層厚度檢測(cè)時(shí)，只能采用高頻雷達(dá)天線(如900 MHz 及以上)。地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)在密實(shí)介質(zhì)內(nèi)傳播時(shí)，信號(hào)逐漸衰減，由于介質(zhì)的介電常數(shù)相差不大，地質(zhì)雷達(dá)剖面信號(hào)中沒有明顯的強(qiáng)反射信號(hào)。

圖4　測(cè)試四區(qū)空腔內(nèi)不同鉆孔位置的鉆孔錄像(單位:m)Fig.4　Videos of different drilling points in cavity of 4th measuring area(unit:m)

4.2缺陷體深度定量解釋

在引水隧洞回填灌漿檢測(cè)時(shí)，為了較好地確定襯砌背后的異常體深度，首先需要確定引水隧洞的襯砌厚度，為了更好地說明地質(zhì)雷達(dá)法在引水隧洞的襯砌厚度檢測(cè)中的應(yīng)用效果，選取了測(cè)試二區(qū)拱頂中線地質(zhì)雷達(dá)掃描波形圖進(jìn)行分析，如圖5所示。為了便于定量解釋，在雷達(dá)測(cè)線中標(biāo)記了若干點(diǎn)(B01～B09)，并且將測(cè)試結(jié)果同開挖斷面圖、鉆孔取樣數(shù)據(jù)及鉆孔錄像進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證分析。

圖5　測(cè)試二區(qū)成果分析Fig.5　Analysis of measuring result of 2nd measuring area

文中根據(jù)電磁波在襯砌混凝土中各層介質(zhì)界面反射信號(hào)的特性確定出各反射界面位置。在襯砌混凝土厚度的分析中，首先需要確定相對(duì)介電常數(shù)。在現(xiàn)場檢測(cè)時(shí)，是可以通過鉆孔直接測(cè)得襯砌厚度的，因此可以反推襯砌混凝土的相對(duì)介電常數(shù)，公式如下[10]：

(9)

式中，εr為相對(duì)介電常數(shù)；c為雷達(dá)子波的速度；Δt為電磁波在介質(zhì)中的雙程旅行時(shí)；H為實(shí)測(cè)的襯砌厚度。

需要說明的是，為了更準(zhǔn)確地求得介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，一般可以采用多點(diǎn)測(cè)量求平均值的方法來計(jì)算相對(duì)介電常數(shù)。

綜合上述方法，結(jié)合現(xiàn)場鉆孔數(shù)據(jù)，本次數(shù)據(jù)分析中求取襯砌的相對(duì)介電常數(shù)為9.8。標(biāo)記點(diǎn)處的襯砌厚度計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2　襯砌厚度計(jì)算結(jié)果(單位：cm)

由表2可知，雷達(dá)測(cè)定值同設(shè)計(jì)厚度的差值在-2～-9 cm之間，經(jīng)地質(zhì)雷達(dá)測(cè)定的襯砌厚度同鉆孔測(cè)定的厚度差值在-2～6 cm之間， 相對(duì)誤差在-3.7%～11.54%之間。需要說明的是，由于引水隧洞檢測(cè)環(huán)境的局限性，如空氣潮濕及交叉作業(yè)產(chǎn)生的煙塵使得拱頂布滿水珠，富含的地下水經(jīng)常由鉆孔流出，從而使得檢測(cè)數(shù)據(jù)中產(chǎn)生不可避免的誤差。但是從整體的計(jì)算結(jié)果看，地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試結(jié)果同鉆孔測(cè)定的結(jié)果較為相近，地質(zhì)雷達(dá)在測(cè)定引水隧洞襯砌厚度上是可行的，從而能準(zhǔn)確分析襯砌背后的缺陷體深度。

5結(jié)論

本次測(cè)試選取了6個(gè)典型斷面測(cè)區(qū)，對(duì)引水隧洞襯砌背后可能存在的異常體病害工況進(jìn)行了地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試和分析，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)地質(zhì)雷達(dá)法能夠有效地反映引水隧洞回填灌漿后襯砌內(nèi)的空腔、襯砌背后的空洞、回填不密實(shí)、襯砌同圍巖膠結(jié)不密實(shí)等異常情況。在雷達(dá)剖面圖中，缺陷體表現(xiàn)出強(qiáng)反射特性，反射信號(hào)同相軸連續(xù)。

(2)襯砌同圍巖的交界面較容易區(qū)分，但是初襯、空腔、回填不密實(shí)段等異常缺陷體兩側(cè)的反射界面位置難以準(zhǔn)確評(píng)定。隨著缺陷埋深越深，越難以區(qū)分。在地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)中，能較好地識(shí)別第一層鋼筋的位置。但是，對(duì)雙層鋼筋的第二層鋼筋，400 MHz天線較難以判斷其位置信息。

(3)將多條地質(zhì)雷達(dá)剖面進(jìn)行三維可視化顯示處理后，有效地提高了解釋的直觀性，使缺陷體異常特性更易于評(píng)定。地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試結(jié)果同鉆孔錄像結(jié)果相結(jié)合，能提高雷達(dá)數(shù)據(jù)解釋的精確性。

(4)利用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)方法判斷缺陷體深度時(shí)，首先需要測(cè)定隧洞襯砌的相對(duì)介電常數(shù)，計(jì)算相對(duì)介電常數(shù)時(shí)宜取多點(diǎn)平均值，從而減少檢測(cè)誤差。定量分析缺陷體深度時(shí)，雷達(dá)檢測(cè)精度可達(dá)±6 cm，相對(duì)誤差不超過12%。地質(zhì)雷達(dá)法在引水隧洞回填灌漿檢測(cè)中是一種可行的、有效的、準(zhǔn)確性較高的檢測(cè)方法。

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Research of GPR Detection Effect of Backfill Grouting in Diversion Tunnel WANG Fan1，DU Song1，XIAO Jian-ping2，XU Yang1

(1. Power China Guiyang Engineering Co., Ltd.，Guiyang Guizhou 550081，China；

2. School of Geosciences and Info-physics，Central South University，Changsha Hunan 410083，China)

Abstract：Aiming at the defects behind the lining of diversion tunnel after backfill grouting, taking the diversion tunnel of a hydropower station in Sichuan for example, 6 groups of abnormal morphology are selected, and the GPR detection is studied. The test result shows that (1) geological radar method can effectively reflect the cavity inside and behind the lining after backfill grouting, uncompacted backfill, and lining that less dense cemented with rock; (2) the measurement accuracy of the defect depth relates to the relative dielectric constant of the lining, the defect depth can be quantitatively analyzed under the condition that the relative dielectric constant of layer is accurately determined, and the error does not exceed 12%, the relative dielectric constant should take the average number of various gauge points; (3) the three-dimensional visualization of treatment can effectively improve the intuitive interpretation of multiple radar profile measuring lines. The video monitoring result is built to verify the GPR detection result.

Key words：tunnel engineering；ground penetrating radar (GPR)；backfill grouting；diversion tunnel；lining

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-0268(2016)02-0082-06

中圖分類號(hào)：U455.91

doi:10.3969/j.issn.1002-0268.2016.02.013

作者簡介：王凡(1987-)，男，湖南衡陽人，碩士研究生.(330485184@qq.com)

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué) (41274122)

收稿日期：2014-12-14