地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程無損檢測中的應(yīng)用與探究

嚴(yán)孝平

(浙江省交通集團(tuán)檢測科技有限公司，浙江 杭州　311231)

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隧道工程

地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程無損檢測中的應(yīng)用與探究

嚴(yán)孝平

(浙江省交通集團(tuán)檢測科技有限公司，浙江 杭州311231)

摘要：結(jié)合工程實(shí)例，針對(duì)地質(zhì)雷達(dá)的探測原理及方法進(jìn)行了分析，表明這一技術(shù)對(duì)隧道質(zhì)量的控制起到了良好的作用。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；隧道工程；無損檢測

1地質(zhì)雷達(dá)工作原理

地質(zhì)雷達(dá)(GPR)技術(shù)，是一種用于確定地下介質(zhì)的光譜電磁技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)利用一個(gè)天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，另一個(gè)天線接收來自地下介質(zhì)界面的反射波。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的性質(zhì)以及幾何形態(tài)而變化。因此可根據(jù)接收到波的旅行時(shí)間(也稱雙程走時(shí))、幅度與波形資料，推斷介質(zhì)結(jié)構(gòu)，其工作原理示意圖如圖1。

圖1　地質(zhì)雷達(dá)工作原理示意圖

1.1電磁波在介質(zhì)中的傳播速度

為了確定地下界面的深度，在通過地質(zhì)雷達(dá)測得反射波的行走時(shí)間基礎(chǔ)上，需要計(jì)算出電磁波在介質(zhì)中的傳播速度v，其值的計(jì)算式為

式中：α為相位系數(shù)；σ為導(dǎo)電率ρ；ε為介電系數(shù)；μ為磁導(dǎo)率。

式中：c為電磁波在真空中的傳播速度，c=0.3m/ns；εr為相對(duì)介電常數(shù)。

上式表明對(duì)大多數(shù)非導(dǎo)電、非磁性介質(zhì)來說，其電磁波傳播速度v主要取決于介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。

1.2電磁波在介質(zhì)中的吸收特性

表1　相對(duì)介電常數(shù)、導(dǎo)電率、傳播速度與吸收系數(shù)表

1.3電磁波的反射系數(shù)

在傳播過程中，遵循透射與反射定律，電磁波在不同的阻抗界面產(chǎn)生透射波和反射波，反射系數(shù)R決定了反射波能量的大小，其值為

2工程實(shí)例應(yīng)用

2.1檢測參數(shù)選擇

綜合探測深度與分辨率兩方面考慮，根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的探測深度與精度要求，本次檢測選擇1 000MHz與400MHz兩種頻率進(jìn)行雷達(dá)探測。選用1 000MHz，主要是對(duì)隧道襯砌的厚度、裂隙和鋼筋分布情況進(jìn)行探測，采樣深度在1m左右，采樣時(shí)窗控制在20～25ns；選用400MHz，主要是對(duì)襯砌回填情況進(jìn)行探測，采樣深度在2m左右，采樣時(shí)窗控制在20～40ns。

2.2檢測線布置

地質(zhì)雷達(dá)的檢測范圍應(yīng)覆蓋全部隧道，考慮到平臺(tái)車的工作條件以及隧道頂部燈架，將6條探測線分別布置在隧道左右兩側(cè)通道，布置圖如圖2所示。對(duì)左2、左3和右3三條探測線選用400MHz屏蔽天線，對(duì)右1、右2和左1三條探測線綜合選用兩種頻率的屏蔽天線。

圖2　檢測橫斷面布置

2.3現(xiàn)場檢測工作

(1)現(xiàn)場檢測需要采用連續(xù)檢測；

(2)現(xiàn)場檢測需要保證地質(zhì)雷達(dá)天線與混凝土襯砌表面緊貼，打碼標(biāo)記位置保證準(zhǔn)確；

(3)現(xiàn)場檢測時(shí)對(duì)探測線方向、編號(hào)、間隔和天線類型要記錄清楚，對(duì)影響雷達(dá)波探測的物體要及時(shí)、準(zhǔn)確記錄。

2.4檢測數(shù)據(jù)處理

提高信噪比是地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的主要原則，通過數(shù)據(jù)處理將檢測過程中的異常凸現(xiàn)出來。對(duì)于數(shù)據(jù)的處理一般分為兩個(gè)階段，第一階段就是對(duì)地質(zhì)雷達(dá)記錄的數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行回放，對(duì)現(xiàn)場檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，第二階段就是通過雷達(dá)專用軟件進(jìn)行正式處理。對(duì)雷達(dá)檢測的圖像處理之后，圖像可以更加清晰明了的反映地質(zhì)形態(tài)，如圖3。

2.5檢測數(shù)據(jù)解釋

地質(zhì)雷達(dá)圖像的解釋方法有兩種，定量解釋是將已知的地質(zhì)、勘探資料與檢測數(shù)據(jù)圖像相結(jié)合，從而判定襯砌層厚度；定性解釋則是對(duì)混凝土內(nèi)部襯砌質(zhì)量，如空洞、裂縫等進(jìn)行判斷。

圖3　數(shù)據(jù)資料處理流程

3結(jié)語

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)能夠?qū)λ淼拦こ藤|(zhì)量進(jìn)行快速安全的檢測，檢測過程中需要選擇合理的檢測參數(shù)、合適的頻率天線，消除現(xiàn)場的干擾因素，通過數(shù)據(jù)的處理對(duì)工程質(zhì)量做出判定。當(dāng)然地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程檢測中也存在不足，主要是因?yàn)楝F(xiàn)場環(huán)境對(duì)電磁波有一定的影響，而且檢測完成后的數(shù)據(jù)處理存在一定的誤差，因此只有通過不斷地提高檢測水平，才能讓地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)在未來的隧道工程檢測中發(fā)揮更大的功效。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李二兵，譚躍虎，段建立.地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程檢測中的應(yīng)用[J]地下空間與工程學(xué)報(bào),2006,4,(2)97-100.

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Application and study of geological radar’s non-destructive testing in tunnel engineering

YAN Xiao-ping

(Zhejiang Traffic Group Detection Technology Co., Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 311231,China)

Abstract:Combining with the engineering examples, this paper analyzes the geological radar detection principle and method. It shows that the technology takes a good effect on tunnel quality control.

Keywords:geological radar; tunnel engineering; non-destructive testing

中圖分類號(hào)：U446

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)03-0112-02

作者簡介：嚴(yán)孝平(1983-)，男，浙江金華人，工程師，從事試驗(yàn)檢測工作。

收稿日期：2015-07-15