沙地坪隧道衬砌检测分析

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　　摘要：本文介绍了探地雷达法工作原理,采用探地雷达法对四川省纳黔高速公路第二合同段沙地坪隧道衬砌进行了检测,对检测结果进行了分析,结果表明左右边墙均有不用程度轻微脱空现象.
　　关键词：隧道，探地雷达法，检测，轻微脱空
　　1工程介绍
　　本隧道位于四川省,为检验该隧道初期支护衬砌质量,及时查明隧道初衬施工中存在隐患，对四川省纳黔高速公路第二合同段沙地坪隧道井出口进行了隧道初衬质量检测并进行了分析.
　　2检测依据及评定标准
　　《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》TB10223—2004；《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2004
　　3探地雷达法工作原理及基本参数分析
　　探地雷达法是利用探地雷达发射天线向目标体发射高频脉冲电磁波,由接收天线接收目标体的反射电磁波,探测目标体空间位置和分布的一种地球物理探测方法.其实际是利用目标体及周围介质的电磁波的反射特性,对目标体内部的构造和缺陷进行探测.
　　探地雷达是近年来一种新兴的地下探测与混凝土建筑物无损检测的新技术,它是利用宽频带高频电磁波信号探测介质结构位置和分布的非破坏性的探测仪器,是目前国内外用于测量混凝土内部缺陷最先进、最便捷仪器之一,天线屏蔽抗干扰性强，探测范围广,分辨率高,具有实时数据处理和信号增强,可进行连续透视扫描,现场实时显示二维黑白或彩色图像.
　　探地雷达通过雷达天线对隐蔽目标体进行全断面扫描的方式获得断面的垂直二维剖面图像,具体工作原理是当雷达系统利用天线向地下发射宽频带高频电磁波,电磁波信号在介质内部传播时遇到介电差异较大的介质界面时,就会发生反射、透射和折射.两种介质的介电常数差异越大,反射的电磁波能量也越大；反射回的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后,由雷达主机精确记录下反射回的电磁波的运动特征,再通过信号技术处理,形成全断面的扫描图,工程技术人员通过对雷达图像的判读,判断出地下目标物的实际结构情况.
　　电磁波的传播取决于介质的电性,介质的电性主要有电导率μ和介电常数ε,前者主要影响电磁波的穿透深度,在电导率适中的情况下,后者决定电磁波在该物体中的传播速度,因此所谓电性介面也就是电磁波传播的速度介面.不同的地质体具有不同的电性,因此在不同电性的地质体的分界面上都会产生回波.探地雷达基本参数如下：
　　3.1电磁脉冲波旅行时间
　　
　　式中：Z-勘查目标体的埋深；x-发射、接收天线的距离（式中因Z>x,故x可忽略）；V-电磁波在介质中的传播速度.
　　3.2电磁波在介质中的传播速度
　　
　　式中：C-电磁波在真空中的传播速度（0.29979m/ns）；—介质的相对介电常数，—介质的相对磁导率
　　3.3电磁波的反射系数
　　电磁波在介质传播过程中,当遇到相对介电常数明显变化的地质现象时,电磁波将产生反射及透射现象,其反射和透射能量的分配主要与异常变化界面的电磁波反射系数有关：
　　
　　式中：r-界面电磁波反射系数；-第一层介质的相对介电常数；-第二层介质的相对介电常数.
　　3.4探地雷达记录时间和勘查深度关系
　　
　　式中：Z-勘查目标体的深度；t-雷达记录时间.
　　4现场检测分析
　　4.1检测仪器
　　本次工作使用瑞典MALA公司生产RAMAC/GPR型地质雷达，选用500MHz屏蔽天线.
　　4.2测线布置
　　由于隧道场地不平整,条件有限,无法对拱顶、左拱腰、右拱腰进行检测,此次检测布置侧线为左边墙（测线1）、右边墙（测线2）.测线布置如图1所示.
　　5数据处理分析
　　探测雷达图形以脉冲反射波的波形形式记录,以波形或灰度显示探地雷达垂直剖面图.探地雷达探测资料的解释包括两部分内容：一为数据处理,二为图像解释.由于地下介质相当于一个复杂的滤波器,介质对波的不同程度的吸收以及介质的不均匀性质,使得脉冲到达接收天线时,波幅减小,波形变得与原始发射波形有较大的差异.另外不同程度的各种随机噪声和干扰,也影响实测数据.因此必须对接收信号实施适当的处理,以改善资料的信噪比,为进一步解释提供清晰可变的图像,识别现场探测中遇到的有限目标体引起的异常现象,对各类图像进行解释提供依据.
　　图像处理包括消除随机噪声、压制干扰,改善背景；进行自动时变增益或控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波,进行滤波处理除去高频,突出目标体,降低背景噪声和余振影响.
　　图像解释和识别异常是一个经验积累的过程,一方面基于探地雷达图像的正演结果,另一方面由工程实践成果获得.只有获得高质量的探地雷达图像并能正确的判别异常,才能获得可靠、准确的探测解释结果.
　　识别干扰波及目标体的探地雷达图像特征是进行探地雷达图像解释的核心内容.探地雷达在接收有效信号的同时,也不可避免地接收到各种干扰信号,产生干扰信号的原因很多,干扰波一般都有特殊形状,在分析中要加以辨别和确认.
　　5.1主要判定特征
　　密实：界面信号幅值较弱,波形均匀,甚至没有界面反射信号；不密实，界面反射信号强,信号为强反射信号,同相轴不连续,错断,一般区域化分布；空洞，界面反射信号强，三振相明显,在其下部仍有强反射界面信号,两组信号时程差较大；脱空，界面反射信号强,呈带状长条形或三角形分布,三振相明显,通常有多次反射信号；电缆干扰，界面反射信号强,同相轴连续,由剖面表面至深部的强烈震荡.
　　5.2病害危害程度定义：
　　严重危害：病害范围长度大于2米；中度危害：病害范围长度在1-2米间；轻微危害：病害范围长度小于1米.
　　5.3衬砌缺陷雷达图像
　　6结论
　　通过对四川省纳黔高速公路第二合同段沙地坪隧道进行检测,衬砌缺陷如下：左边墙DK0+277.2-DK0+278.2存在1m缺陷长度、DK0+288.5-DK0+289.9存在1.4m缺陷长度；右边墙DK0+275.8-DK0+276.2存在0.4m缺陷长度、DK0+289-DK0+290存在1m缺陷长度,上述均表现为轻微脱空.
　　参考文献
　　[1]宝树.隧道施工要点集[M].北京.人民交通出版社,2001．
　　[2]予书翰.公路隧道施工[M].北京.人民交通出版社,2000．