6隧道衬砌测试作业指导书

作业指导书(隧道混凝土衬砌质量检测)

编写：李江林

审核：周建胜

批准：钟聪达

版号：第1版

文件编号：HDJC/SG-06-2002

生效日期：2003年1月1日

目录

1适用范围 (1)

2检测依据及标准 (1)

3检测目的和内容 (1)

4检测的基本方法及基本原理 (1)

5主要检测步骤 (2)

5.1检测系统检查 (2)

5.2仪器参数选择 (2)

5.3现场数据采集 (3)

6资料解释 (4)

7报告编写 (4)

8仪器的保养 (4)

1 适用范围

本规程适用于隧道衬砌厚度及胶结质量的检测。主要设备有RAMAC/GPR探地雷达仪器及其配套测试天线。

2 检测依据及标准

（1）《公路隧道施工技术规程》（JTJ042-94）；

（2）《公路隧道设计规范》（JTJ001-97）；

（3）《探地雷达使用规程》（HDJC/FB-01-2002）（非标方法）。

3 检测目的和内容

隧道混凝土衬砌是隧道防水工程最重要也是最后一道防线。隧道混凝土衬砌质量的好坏对隧道使用的稳定性和安全性至关重要。隧道混凝土衬砌的质量检测是质量控制与质量验收的重要环节。

目前对隧道混凝土衬砌质量检测的主要内容有：

（1）隧道混凝土衬砌厚度的检测。

（2）衬砌混凝土强度的检测。

（3）衬砌混凝土裂缝检测。

（4）衬砌混凝土内部缺陷的检测。

探地雷达检测法主要针对隧道混凝土衬砌厚度、衬砌混凝土裂缝和混凝土内部缺陷检测。

4 检测的基本方法及基本原理

目前国内隧道混凝土衬砌的检测方法有：超声波测试法、回弹法钻芯法和探地雷达检测法。高频探地雷达与超声波测试同时采用、有机结合，无疑更显现其快速、简便、精度高、局限性小等检测优点。根据不同的检测内容和要求可采用不同的检测方法。

探地雷达是利用向地下发射超高频窄脉冲电磁波（106～109HZ），根据波在地下传播所遵循的反射、折射、透射与衰变等特点，收集波所返回的信息，经过数理计算

和拟合，展现地下介质波谱特征图像的设备。探地雷达所采用的超高频电磁波与常规的地震波相比，具有很高的分辨率。特别是进行隧道衬砌厚度检测选用1000MHz以上的高频天线，其分辨精度更高。当天线以一定角度向隧道衬砌侧壁发射高频脉冲波时，波的一部分在衬砌表面反射，另一部分向下透射。由于空气的介电常数（ξ）为1，而衬砌混凝土的介电常数为4～11, 因此一部分能量被吸收，同时一部分能量产生折射，而且折射角小于入射角。当遇到下一个界面（衬砌与围岩的分界面）时，波的一部分产生反射，回到了空气，被雷达的接收天线接收下来。通过对接收到的波形记录进行数据处理、图像分析，并结合已知资料，可对所测衬体的厚度、胶结质量作出判断和评价。

探地雷达仪器测试系统主要部件有：采集主机，发射、接收天线，连接电缆，通讯光缆，分析软件和电脑系统。

5 主要检测步骤

5.1检测系统检查

（1）出工前后都应对雷达仪器进行检查：包括电池充电状况及设备完好情况等。

（2）将数据采集主机分别与电脑和发射、接收天线连接，打开主机及发射、接收天线电源开关，启动GPR程序，检查系统工作情况是否处于正常状态。

5.2仪器参数选择

仪器参数的选择根据不同的仪器厂家和型号略有不同。但基本参数主要有：天线工作频率和记录时间（长度）。

（1）天线工作频率的选择

天线的工作频率是指天线的发射频率。目前探地雷达的天线工作频率通常为15MHz～2.5GHz多种。天线工作频率的选择应根据探测目的、探测深度、分辨率以及介质特性来选择。在相同的介质条件下，选用天线发射频率愈高，探测深度愈浅，其分辨率愈高。天线发射频率愈低，探测深度愈深，其分辨率愈低。针对隧道衬砌厚度检测，探测深度考虑在一米以内，可选用1GHz的高频发射天线。天线工作频率的选择还应考虑对探测目标的分辨率，即可以度量探测目标的最小尺度。分辨率分为纵向

分辨率和横向分辨率。纵向分辨率可用R F=λ/2=(v/f)/2来估算（即为波长的一半）。但实际雷达波的波长还与传播介质的介电常数（ξ）有关。介电常数愈高其波长愈低，则分辨率愈高。横向分辨率即为可以度量探测目标水平方向的最小尺度。可用以下表达式来计算：

R F =（λh＋1/4λ2）1/2-------（1）

式中：R F为横向分辨率，λ为波长，h为目标深度。R F大约为目标深度的5%～10%。（2）记录时间（长度）的选择

雷达记录长度（时间窗）的选择与探测深度有关，探测深度越深，所需时间窗越长，反之越短。可用下列公式来估算：

T=2h√ξ/ c -------（2）

式中：T为记录长度（时间窗），h为目标深度，ξ为介质的介电常数，c为空气的电磁波速度值。

由于隧道衬砌厚度是在一米以内检测，我们将h=1, ξ=5 (混凝土), c=0.29979m/ns 代入得：T=15ns。一般选择20 ns可满足要求。选择记录时间窗时既要考虑目标体的深度，又要考虑分辨精度，两者应当兼顾。

5.3 现场数据采集

（1）根据测试任务和目的，现场布设测线。

（2）连接采集主机、电脑及发射接收天线。

（3）开机对仪器，启动GPR程序，打开仪器设置框，依次设置采样点、采样频率、叠加次数、触发方式、采样间距等参数。确认仪器工作正常。

（4）实施测量，测量时确保测量轮保持匀速转动，并在每测试一定间隔（50m 或100m）时在雷达图像上打上标记，以纠正测量误差。在有钻孔的测点位置也应打标记，以便校准电磁波波速。

（5）工作结束后依次关闭工作电源。取下连接线及光缆，数据已全部自动保存在便携电脑中。