地质雷达无损检测作业指导书

地质雷达法铁路隧道衬砌质量无损检测

作业指导书

一、检测目的：

检测隧道衬砌厚度、衬砌背后的回填密实度和衬砌内部钢架、钢筋等分布，评价隧道衬砌施工质量。

二、检测仪器：

隧道衬砌质量检测可承受美国SIR-20 型地质雷达系统〔见以下图〕，其特点与路基挡墙检测雷达一样。

美国SIR-20 型地质雷达系统

〔一〕、地质雷达主机技术指标应符合以下要求：

1、系统增益不低于 150dB；

2、信噪比不低于 60dB；

3、模/转换不低于 16 位；

4、信号叠加次数可选择；

5、采样间隔一般不大于 0.5ns；

6、实时滤波功能可选择；

7、具有点测与连续测量功能；

8、具有手动或自动位置标记功能；

9、具有现场数据处理功能。

〔二〕、地质雷达天线可承受不同频率天线组合，技术指标应符合以下要求：

1、具有屏蔽功能；

2、最大探测深度应大于 2m；

3、垂直区分率应高于 2cm。

三、检测方法及原理：

地质雷达是承受无线电波检测地下介质分布和对不行见目标体或地下界面进展扫描，以

确定其内部构造形态或位置的电磁技术。其工作原理为：高频电磁波以宽频带脉冲形式通过放

射天线放射，经目标体反射或透射，被承受天线所接收。高频电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度和波形将随所通过介质的电性质及集合形态而变化，由此通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下界面或目标体的空间位置或构造状态。地质雷达具有高分辨率、无损性、高效率、抗干扰力量强等特点。

现场检测时地质雷达的放射天线和接收天线密贴于待检外表，雷达波通过天线进入混凝土以及相应介质中，遇到钢筋、钢质拱架、材质有差异的混凝土、混凝土中间的不连续面、混

凝土与空气分界面、混凝土与岩石分界面等产生反射，接收天线收到反射波，测出反射波的入射、反射双向走时，就可以算出反射波走过的路程长度，从而求出天线距反射面的距离D。

D= v ×△t/2

式中：D——天线到反射面的距离；v—

—雷达波的行走速度；

△t——雷达波从放射至接收到反射波的走时，用ns 计。

现场采集的数据要经过滤波、去噪、均衡等处理，可用时间剖面图表示，其中横坐标记录

了天线在地表的位置，纵坐标为反射波双程走时，表示雷达脉冲从放射天线动身经地下界面反射

回到接收天线所需的时间。这种记录能准确描述测线下方各反射界面的形态。其工作原理如以

下图。

地质雷达探测原理示意图

地质雷达法对隧道衬砌以及衬砌背后是否存在脱空进展无损检测，其方法原理如下：地 质

雷达主机通过天线在隧道衬砌外表对内部放射频率为数百兆赫的电磁波，当电磁波遇到不 同媒质的界面时便会发生反射与透射，反射波返回衬砌外表，又被接收天线所接收〔放射与 接收为同一天线〕。此时雷达主机记录下电磁波从放射到接收的双程旅行时t 。由于电磁波在 衬砌内的传播速度V 可由衬砌厚度点测定出来，所以可由深度D= V·t/2 式求出反射面的深度即衬砌

厚度。此外，依据雷达图像上反射波的强弱、频率特及变化状况，确定衬砌背后是否存在脱空。

此外，依据雷达图像上反射波的强弱、频率特征及变化状况，确定衬砌背后是否存在脱空。检测原理见以下图。

衬砌厚度与空洞检测原理图示意图

在地质雷达法检测中，电磁波通常被近似为均匀平面波。其传播速度在高阻媒质中取决于

媒质的相对介电常数εr ，即：

V = C / 式中：C = 0.3 m/ns ；εr 为媒质的相对介电常数。

ε

r

ε 1

电磁波传播在遇到不同媒质界面时，其反射系数为：

R = ( - + ε ) 2

检测结果原则上每 5 米在拱顶、左、右拱腰、隧底以及边墙分别给出检测结果数值，以实际桩号列表记录。定性描述检测段脱空分布状况，对于明显脱空区给出起止桩号、脱空区衬砌厚度。对于脱空或空洞的描述分为较小、较大两类，较小脱空是指衬砌与初期支护间脱空高度 2cm ～5cm ，较大脱空是指衬砌与初期支护间脱空高度超过5cm 。对于脱空的高度因脱空区域中空气的含水状况不同导致介质介电常数差异较大，因此电磁波在介质中的传播速度差异也很大，所判读的脱空高度仅作为估量值供参考。

当衬砌密贴时，在地质雷达图像的上部，一般反射波振幅不强、同相轴相比照较连续的 第一组波形即为初衬界面的反射信号。由于初衬混凝土与隧道围岩之间的介电常数差异不大， 当衬砌与隧道围岩之间密贴、无脱空时，地质雷达不会有特别强的反射信号，在地质雷达图 像中表现为振幅较弱的界面反射信号〔无屡次波〕，甚至没有界面反射信号。衬砌界面判识 后输入正确的介电常数值，即可由计算机自动计算得出衬砌厚度值，厚度的计算公式为 D = 0.5C·t / εr1/2 。以下图为雷达检测的无脱空的初衬界面图像。

隧道衬砌界面雷达检测图像

某隧道衬砌背后脱空的信号判识及地质雷达图像：当衬砌背后消灭空洞时，由于空气与混凝土的介电常数差异较大，所以初衬与围岩之间假设有明显的空隙或空洞〔脱空〕时，地质雷达会有明显的强反射信号。如以下图所示。

ε ) 2 ( ε 1

衬砌空洞界面雷达检测图像

四、现场检测流程：

〔一〕、施工预备：

1、检测前的预备工作:

收集隧道工程地质资料、施工图、设计变更资料和施工记录；

进展现场调查，做好测量里程标记。

检测时应遵守有关安全规定，配备必要的安全防护人员及设备。

2、检测设备、照明机具工作电源要保证电量充分，能够保证一天的正常使用。

3、雷达主机、显示器、天线、电缆等设备之间连接良好，设备工作正常。

4、需要分段测量时，相邻测量段接头重复长度不应小于1m。

〔二〕、测线布置：

1、隧道施工过程中质量检测应以纵向布线为主，横向布线为辅。纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰、左右边墙和隧底各布 1 条；横向布线可按检测内容和要求布设线距，一般状况线距 8～12m；承受点测时每断面不少于 6 个点。检测中觉察不合格地段应加密测线或测点。

2、隧道竣工验收时质量检测应纵向布线，必要时可横向布线。纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰和左右边墙各布 1 条；横向布线线距 8～12m；承受点测时每断面不少于5 个点。需确定回填空洞规模和范围时，应加密测线或测点。

3、三线隧道应在隧道拱顶部位增加2 条测线。

4、测线每 5～10m 应有一个里程标记。

〔三〕、介质参数的标定：