地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)在鐵路建設(shè)項目中的應(yīng)用研究

宋環(huán)環(huán)

摘 要：本文主要結(jié)合鐵路建設(shè)項目，對地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)在鐵路建設(shè)項目中的應(yīng)用進(jìn)行探索。首先介紹地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的主要原理，然后簡述該技術(shù)運(yùn)用的工程概況，最后分析檢測所獲數(shù)據(jù)，評定工程項目的缺陷等級，并總結(jié)在鐵路建設(shè)項目中運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)法檢測技術(shù)的具體要求。

關(guān)鍵詞：鐵路建設(shè)項目;地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù);襯砌

中圖分類號：U452.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）02-0100-03

Application of Geological Radar Detection Technology?in Railway Construction Projects

Abstract： This paper mainly explored the application of ground penetrating radar （GPR） detection technology in railway construction projects in combination with railway construction projects. Firstly， this paper introduced the main principle of the detection technology of ground penetrating radar （GPR）， then briefly described the general situation of the engineering application of the technology， finally analysed the data obtained from the detection， evaluated the defect grade of the engineering project， and summarized the specific requirements of the application of the detection technology of ground penetrating radar （GPR） in Railway construction projects.

Keywords： railway construction project;ground penetrating radar detection technology;lining

地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)是一種基于電磁波反射原理，用于淺層地質(zhì)構(gòu)造探測和工程質(zhì)量檢測的地球物理方法。相較于其他物理探測技術(shù)，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)具備無損、快速、精準(zhǔn)度較高的優(yōu)勢[1]。本文主要探索地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)應(yīng)用于鐵路建設(shè)中襯砌缺陷的檢測，闡明該技術(shù)的運(yùn)用對鐵路建設(shè)項目檢測的可靠性及運(yùn)用價值。

1 地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的原理

地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的原理：通過地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射天線向隧道壁發(fā)射高頻寬帶短脈沖電磁波，遇到相對介電常數(shù)差異較大的介質(zhì)，如空洞、襯砌界面等情況則會產(chǎn)生反射波，接收天線接收反射回來的電磁波并記錄反射時間[2]。電磁脈沖遇到不同電性介質(zhì)的分界面時即產(chǎn)生反射或散射，地質(zhì)雷達(dá)接受并記錄這些信號，參照深度公式（1）：

[D=VDt2=CDt2εr] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，[C]表示空氣中電磁波的傳播速度;[Dt]表示襯砌介質(zhì)中電磁波雙程時間;[εr]表示混凝土相對節(jié)點(diǎn)常數(shù)。假若交界部位并未貼合好，勢必會存在縫隙，那么展開雷達(dá)檢測也會得到相應(yīng)體現(xiàn)[3]，從而精準(zhǔn)判斷施工襯砌厚度及缺陷。在電磁波作用于襯砌中的鋼筋時，會完全反射，同時產(chǎn)生極為強(qiáng)烈的接收能量，進(jìn)而在雷達(dá)剖面上表現(xiàn)出強(qiáng)異常，使相關(guān)人員了解鋼筋的具體分布情況。通過處理信號獲得反射信號的具體相位、振幅以及具體頻率，即可獲得被測量目標(biāo)體的分布形態(tài)及具體結(jié)構(gòu)。

2 工程概況

本次工程項目選自新建武漢至十堰鐵路孝感至十堰段位于湖北中部至西北部。線路自漢孝城際鐵路孝感東站引出西行，經(jīng)孝感市、云夢縣、安陸市、隨州市、隨縣、棗陽市、襄陽市、谷城縣、丹江口市至十堰市，線路全長399.005km。橋梁共計202.723km/233座，占線路全長的50.8%;隧道共計70.331km/42座，占線路全長的17.6%;橋隧總長273.054km，橋隧比68.4%;路基125.951km，占線路全長的31.6%。中鐵十一局集團(tuán)第二工程有限公司承建新建武漢至十堰鐵路孝感至十堰段HSSG-4標(biāo)項目經(jīng)理部五分部，沿線經(jīng)過茅箭區(qū)、丹江口市、鄖陽區(qū)、張灣區(qū)四個行政區(qū)，起止里程為DK428+180～DK445+725，線路長17.545km。設(shè)計時速350km/h，CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道與有砟軌道相結(jié)合，設(shè)計工期為48個月，全線主要工程有：路基工程、橋梁工程、涵洞工程、隧道工程。余家山隧道進(jìn)口位于十堰市茅箭區(qū)秦家坡附近，出口位于茅箭區(qū)周家院附近。為開辟施工工作面，加快施工進(jìn)度，本隧道設(shè)置2處斜井。利用地質(zhì)雷達(dá)法檢測技術(shù)進(jìn)行檢測，主要包括對本項目的隧道仰拱以及襯砌厚度、背部回填密實具體情況以及鋼筋和鋼架的具體分布進(jìn)行檢測。

3 隧道襯砌現(xiàn)場檢測

3.1 檢測儀器

本項目采用SIR-3000型便攜式探地雷達(dá)（美國GSSI公司），該儀器運(yùn)用范圍較廣，能應(yīng)用于高速公路快速檢測，鋼筋、混凝土缺陷檢測，深層地質(zhì)水文探測，市政管線及地下空洞調(diào)查及隧道襯砌及超前預(yù)報探測等。

3.2 布置測線

根據(jù)《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)定》，并結(jié)合工程項目的實際作業(yè)條件，本次檢測沿隧道縱向連續(xù)檢測，共布設(shè)7條測線，其中左右邊墻距離水溝電纜槽頂端1.5～2.0m各布置一條側(cè)線，左右側(cè)拱腰處各布置一條線，拱頂布置一條線，左右底板兩側(cè)距中心水溝約1.5m各布置一條檢測線。

3.3 檢測步驟

①天線選擇需要結(jié)合本工程項目的實際隧道襯砌檢測具體情況，綜合衡量分辨力及穿透力，運(yùn)用400MHz天線;②標(biāo)定現(xiàn)場襯砌混凝土的介電相關(guān)參數(shù)，并確定其他參數(shù)，包括時間窗、掃描樣點(diǎn)數(shù);③確保天線能夠緊貼隧道的襯砌表面，并沿測線連續(xù)滑動;④檢測天線滑行應(yīng)當(dāng)移動平穩(wěn)，移動速度控制在3～5km/h;⑤每隔10m打一個標(biāo)記，每隔50m打雙標(biāo);⑥隨時記錄可能對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響的物體及其位置，包括電纜、滲水、鐵架等。

4 檢測數(shù)據(jù)處理分析

4.1 處理數(shù)據(jù)流程

通過運(yùn)用RADAN專用數(shù)據(jù)處理軟件對本次工程項目的雷達(dá)檢測所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具體的數(shù)據(jù)處理流程見圖1。

4.2 數(shù)據(jù)分析解釋

①判斷襯砌背后的密實度及空洞。密實度：運(yùn)用雷達(dá)檢測法時，反射的信號幅度明顯較弱，甚至并不會產(chǎn)生反射界面的具體信號;襯砌界面的強(qiáng)反射信號比較分散，成不連續(xù)的弧形反射?？斩矗阂r砌界面反射信號強(qiáng)，存在比較明顯的三振相，在其下部存在強(qiáng)反射界面信號，兩組信號時程差較大（見圖2）。

②襯砌內(nèi)部的鋼筋、鋼架具體分布及數(shù)量的判定依據(jù)。鋼筋：雷達(dá)檢測呈連續(xù)性雙曲線較強(qiáng)的反射信號;鋼架：分散的月牙形強(qiáng)反射信號。

③襯砌厚度的確定。準(zhǔn)確讀取雷達(dá)記錄的探測時間，依照公式（2）確定襯砌厚度：

[h=12v×Δt×10-9] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：[h]表示襯砌厚度;[v]表示雷達(dá)波速;[Δt]表示電磁波的雙程旅行時長。

4.3 缺陷等級評定及檢測結(jié)果

4.3.1 缺陷等級。參照《鐵路運(yùn)營隧道襯砌安全等級評定規(guī)定》評定依據(jù)。第一，隧道襯砌存在病害或缺陷時，劃分隧道的襯砌缺陷等級，主要包括四個等級，分別為輕微（1級）、比較嚴(yán)重（2級）、嚴(yán)重（3級）以及十分嚴(yán)重（4級）。第二，對于隧道襯砌厚度及混凝土強(qiáng)度缺陷問題，參照檢測量化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定指標(biāo)。第三，對于隧道的襯砌背后存在回填并不密實或是空洞的情況，參照規(guī)定完成評定。在襯砌的背后并未回填，直徑、深度超出10cm，即有空洞;襯砌背后有空洞或回填不密實，當(dāng)位于1m范圍內(nèi)時，其缺陷等級應(yīng)提升1級。

4.3.2 檢測結(jié)果。隧道的雷達(dá)具體掃描圖像對照襯

砌設(shè)計相關(guān)參數(shù)表，根據(jù)相關(guān)分析數(shù)據(jù)，本次工程項目完成了1140雷達(dá)測線長度，表示140成洞米。其中，發(fā)現(xiàn)存在5處空洞以及回填不密實的情況，襯砌的厚度與工程設(shè)計要求相符，但仍然存在6處鋼筋數(shù)量不足的問題。具體檢測缺陷等級見表1、表2。

5 結(jié)論

將地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)運(yùn)用于鐵路建設(shè)項目，能實現(xiàn)對隧道施工整體質(zhì)量的嚴(yán)格控制，盡早發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)潛在的危害，從而及時制定處理措施，消除鐵路建設(shè)的隱患。在運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)進(jìn)行檢測的過程中，要與工程實際相結(jié)合，從而確保最終檢測結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

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