讲座之三：铁路隧道衬砌质量的无损检测资料
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现场采集的数据要经过滤波、去噪、均衡等处理，打印 成时间剖面图。为了使图纸的计算与实际里程相符，必须 在图纸上标注里程及5或10m的间隔标记，并要将一些特殊 情况，如电气化线路隧道中的锚节点位置、隧道中的变截 面位置、灯或通风机位置等标于图上。
对隧道衬砌质量作检测和评价，还必须掌握该隧道的 设计情况，如围岩分类、设计参数、施工方法和步骤等， 特别是长隧道，地质复杂，设计参数变化多，有时还由不 同单位分段施工，掌握这些资料，对探查资料判释和隧道 质量评价很有必要。
极强的反射，反射波的位置为钢筋距测试面的距 离（背水面保护层厚度）；通过滤波处理，确定 各里程段钢筋拱架分布情况及背水面保护层厚度。
（3）衬砌混凝土缺陷及位置判识（空洞和衬砌不密实） 由于衬砌混凝土与空气的相对介电常数的差异较大，所
从表中可以看出，隧道内所涉及到的这几种媒质物性差异
较大，会形成较强反射。比如当衬砌内有脱空或钢筋（钢拱架） 都会产生十分强烈的反射。
物性的明显差异正是地质雷达法检测隧道衬砌质量和钢筋 数量的前提条件。
1、计算衬砌厚度：
地质雷达发射天线向隧道壁发射高频宽带短脉冲电磁 波，遇到相对介电常数差异较大的介质（如空洞、衬砌界 面等）就会产生反射波，接收天线接收反射回来的电磁波 并记录其反射时间。根据电磁波在介质中的电磁波速（v） 和双程旅行时间（t）可以计算衬砌厚度。
Байду номын сангаас
3、确定钢筋分布（钢筋，钢格栅，钢筋网等）： 电磁波遇到以传导电流为主的介质，比如衬砌中存在
的钢筋，会出现强反射，在雷达剖面上呈现明显异常，以 此可确定钢筋分布情况。
第3节 检测方法
1、测线布置
对于双线隧道，按照《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》
(TB10223－2004)，需在隧道中共布置7条测线，其中拱顶位置
一条，左右拱腰、左右边墙各一条及仰拱两条。其中左右拱腰
测线在两边起拱线以上1m左右，左右边墙测线在两边水沟盖
板以上1.5m左右，仰拱测线布置为左右线路中心线（线路中心
处，单线一条，双线两条 ）。
拱顶测线
左拱腰测线
右拱腰测线
左边墙测线
右边墙测线
左仰拱测线
右仰拱测线
2、介质参数标定 检测前对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定，
为保证点位的准确，在隧道壁上每5m或10m作一标志， 标上里程。当天线对齐某一标记时，由仪器操作员向仪器输 入信号，在雷达记录中每5m或10m作一里程标记。 内业整理资料时，根据标记和记录的首、末标及工作中间核 查的里程，在雷达的时间剖面图上标明里程。
第4节 地质雷达的资料处理与解释 1、资料处理和编录整理以及设计资料的汇集
美国劳雷公司生产的SIR-3000型地质雷达仪 它是目前世界上最先进的地质雷达之一。
序号 1 2 3 4 5
名称 主机 400M天线 传输电缆 270M天线 软件
单位 台 套 套 套 套
数量 1 1 1 1 1
SIR-3000型地质雷达基本配置
第2节 地质雷达法检测原理 地质雷达法（Ground Penetrating Radar,简称GPR）利 用主频106Hz～109Hz波段的电磁波，以宽频带短脉冲的 形式，由地面通过天线发射器发至地下，经地下目标体 或地层的界面反射后返回地面，被雷达天线接收器所接 收，通过对所接收的雷达信号进行处理和图像解译，探 测隐蔽介质的分布和特征。
讲座之三：铁路隧道衬砌质量的无损检测
第1节 隧道衬砌质量无损检测内容与方法 隧道混凝土衬砌质量检测包括： ①隧道衬砌厚度； ②隧道衬砌背后未回填的空区； ③复合式衬砌中两层衬砌间较大的空段； ④施工时坍方位置及坍方的处理情况； ⑤衬砌混凝土强度。
有时还可检测围岩中地下水向隧道侵入的位置。衬砌混凝 土质量的现场检测，曾经常采用电阻率法、瑞利面波波速法等 来检测前面的①-④项，近年来采用地质雷达检测混凝土质量 得到了广泛的应用。
2、数椐处理步骤：
数据处理与解释程图
3、资料的分析判别 （1）二衬砌界面的判识
在探地雷达图像的上部，一般振幅较强，同轴同相 比较连续的第一组波形为衬砌界面反射信号。界面判识 后输入正常的介电常数值，即可由计算机自动计算出衬 砌厚度值，厚度的计算公式为：
D 0.5Ct
( r )1/ 2
（2）钢拱架位置及判识 在地质雷达图像中，电磁波遇到钢筋时产生
对隧道长度小于3km的隧道，取一处进行实测，实检不少于3 次，取平均值为该隧道的介电常数或电磁波速。当隧道长度 大于3km，应适当增加标定点数。
标定采用以下方法的其中一种： （1）在已知厚度部位或材料与隧道相同的其他预制件上测量； （2）在洞口或洞内避车洞处使用双天线直达波法测量；、 （3）钻孔实测。求取参数应具备两点：①标定目标体的厚度一 般不小于15cm，且厚度已知；②标定记录中界面反射信号应清 晰、准确。标定结果按下式计算：
r
(0.3t )2 2d
v 2d 109 t
式中： r —相对介电常数；
v—电磁波速（m/s）； t—双程旅行时间（ns）； d—标定目标体厚度或距离（m）。
3、工作步骤 （1）在卡车车厢上或铁路平板车上用钢管搭架并铺木板制 成工作平台。 （2）检查主机、天线以及运行设备，使之均处于正常状态。 （3）检测：检测时，将发射和接收天线与隧道衬砌表面密 贴，沿测线以5km/h左右的速度滑动，由雷达仪主机高速发 射雷达脉冲，进行快速连续采集。
在隧道衬砌厚度的检测中，主要涉及到媒质有：混凝土、 钢筋、空气、水和围岩，其物性差异如下表
常见物质的相对介电常数
介质 空气
水 花岗岩（干）
土（湿） 砂质土（湿）
混凝土 钢筋
介电常数（相对值） 1 81 5 15 25
6.5～12 ∞
电磁波速V（m/ns） 0.3
0.033 0.15 0.077 0.06 0.09～0.13 ——
2、发现衬砌缺陷（初期支护背后回填不密实，初衬与二衬之间 有空隙）：
当天线沿隧道壁移动时就能得到衬砌内部电磁波走时图像 （见下图）。电磁波由空气进入二衬的混凝土层，会出现强反 射；同样，当电磁波由二衬传播至初衬继而由初衬传播到岩层 时，如果二衬和初衬接合不良，或存在空隙，亦会导致雷达剖 面相位和幅度发生变化，由此可确定衬砌厚度和发现施工缺陷。
对隧道衬砌质量作检测和评价，还必须掌握该隧道的 设计情况，如围岩分类、设计参数、施工方法和步骤等， 特别是长隧道，地质复杂，设计参数变化多，有时还由不 同单位分段施工，掌握这些资料，对探查资料判释和隧道 质量评价很有必要。
极强的反射，反射波的位置为钢筋距测试面的距 离（背水面保护层厚度）；通过滤波处理，确定 各里程段钢筋拱架分布情况及背水面保护层厚度。
（3）衬砌混凝土缺陷及位置判识（空洞和衬砌不密实） 由于衬砌混凝土与空气的相对介电常数的差异较大，所
从表中可以看出，隧道内所涉及到的这几种媒质物性差异
较大，会形成较强反射。比如当衬砌内有脱空或钢筋（钢拱架） 都会产生十分强烈的反射。
物性的明显差异正是地质雷达法检测隧道衬砌质量和钢筋 数量的前提条件。
1、计算衬砌厚度：
地质雷达发射天线向隧道壁发射高频宽带短脉冲电磁 波，遇到相对介电常数差异较大的介质（如空洞、衬砌界 面等）就会产生反射波，接收天线接收反射回来的电磁波 并记录其反射时间。根据电磁波在介质中的电磁波速（v） 和双程旅行时间（t）可以计算衬砌厚度。
Байду номын сангаас
3、确定钢筋分布（钢筋，钢格栅，钢筋网等）： 电磁波遇到以传导电流为主的介质，比如衬砌中存在
的钢筋，会出现强反射，在雷达剖面上呈现明显异常，以 此可确定钢筋分布情况。
第3节 检测方法
1、测线布置
对于双线隧道，按照《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》
(TB10223－2004)，需在隧道中共布置7条测线，其中拱顶位置
一条，左右拱腰、左右边墙各一条及仰拱两条。其中左右拱腰
测线在两边起拱线以上1m左右，左右边墙测线在两边水沟盖
板以上1.5m左右，仰拱测线布置为左右线路中心线（线路中心
处，单线一条，双线两条 ）。
拱顶测线
左拱腰测线
右拱腰测线
左边墙测线
右边墙测线
左仰拱测线
右仰拱测线
2、介质参数标定 检测前对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定，
为保证点位的准确，在隧道壁上每5m或10m作一标志， 标上里程。当天线对齐某一标记时，由仪器操作员向仪器输 入信号，在雷达记录中每5m或10m作一里程标记。 内业整理资料时，根据标记和记录的首、末标及工作中间核 查的里程，在雷达的时间剖面图上标明里程。
第4节 地质雷达的资料处理与解释 1、资料处理和编录整理以及设计资料的汇集
美国劳雷公司生产的SIR-3000型地质雷达仪 它是目前世界上最先进的地质雷达之一。
序号 1 2 3 4 5
名称 主机 400M天线 传输电缆 270M天线 软件
单位 台 套 套 套 套
数量 1 1 1 1 1
SIR-3000型地质雷达基本配置
第2节 地质雷达法检测原理 地质雷达法（Ground Penetrating Radar,简称GPR）利 用主频106Hz～109Hz波段的电磁波，以宽频带短脉冲的 形式，由地面通过天线发射器发至地下，经地下目标体 或地层的界面反射后返回地面，被雷达天线接收器所接 收，通过对所接收的雷达信号进行处理和图像解译，探 测隐蔽介质的分布和特征。
讲座之三：铁路隧道衬砌质量的无损检测
第1节 隧道衬砌质量无损检测内容与方法 隧道混凝土衬砌质量检测包括： ①隧道衬砌厚度； ②隧道衬砌背后未回填的空区； ③复合式衬砌中两层衬砌间较大的空段； ④施工时坍方位置及坍方的处理情况； ⑤衬砌混凝土强度。
有时还可检测围岩中地下水向隧道侵入的位置。衬砌混凝 土质量的现场检测，曾经常采用电阻率法、瑞利面波波速法等 来检测前面的①-④项，近年来采用地质雷达检测混凝土质量 得到了广泛的应用。
2、数椐处理步骤：
数据处理与解释程图
3、资料的分析判别 （1）二衬砌界面的判识
在探地雷达图像的上部，一般振幅较强，同轴同相 比较连续的第一组波形为衬砌界面反射信号。界面判识 后输入正常的介电常数值，即可由计算机自动计算出衬 砌厚度值，厚度的计算公式为：
D 0.5Ct
( r )1/ 2
（2）钢拱架位置及判识 在地质雷达图像中，电磁波遇到钢筋时产生
对隧道长度小于3km的隧道，取一处进行实测，实检不少于3 次，取平均值为该隧道的介电常数或电磁波速。当隧道长度 大于3km，应适当增加标定点数。
标定采用以下方法的其中一种： （1）在已知厚度部位或材料与隧道相同的其他预制件上测量； （2）在洞口或洞内避车洞处使用双天线直达波法测量；、 （3）钻孔实测。求取参数应具备两点：①标定目标体的厚度一 般不小于15cm，且厚度已知；②标定记录中界面反射信号应清 晰、准确。标定结果按下式计算：
r
(0.3t )2 2d
v 2d 109 t
式中： r —相对介电常数；
v—电磁波速（m/s）； t—双程旅行时间（ns）； d—标定目标体厚度或距离（m）。
3、工作步骤 （1）在卡车车厢上或铁路平板车上用钢管搭架并铺木板制 成工作平台。 （2）检查主机、天线以及运行设备，使之均处于正常状态。 （3）检测：检测时，将发射和接收天线与隧道衬砌表面密 贴，沿测线以5km/h左右的速度滑动，由雷达仪主机高速发 射雷达脉冲，进行快速连续采集。
在隧道衬砌厚度的检测中，主要涉及到媒质有：混凝土、 钢筋、空气、水和围岩，其物性差异如下表
常见物质的相对介电常数
介质 空气
水 花岗岩（干）
土（湿） 砂质土（湿）
混凝土 钢筋
介电常数（相对值） 1 81 5 15 25
6.5～12 ∞
电磁波速V（m/ns） 0.3
0.033 0.15 0.077 0.06 0.09～0.13 ——
2、发现衬砌缺陷（初期支护背后回填不密实，初衬与二衬之间 有空隙）：
当天线沿隧道壁移动时就能得到衬砌内部电磁波走时图像 （见下图）。电磁波由空气进入二衬的混凝土层，会出现强反 射；同样，当电磁波由二衬传播至初衬继而由初衬传播到岩层 时，如果二衬和初衬接合不良，或存在空隙，亦会导致雷达剖 面相位和幅度发生变化，由此可确定衬砌厚度和发现施工缺陷。