闡釋地質雷達在隧道工程檢測中的應用
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闡釋地質雷達在隧道工程檢測中的應用

地質雷達在隧道工程檢測中的應用【摘 要】 隨著我國交通行業的發展,隧道工程的建設規模也在不斷擴大,必須對工程質量進行嚴格的檢測,才能確保工程的安全性以及順利的展開。在隧道工程檢測工作中,所運用到的檢測技術有很多,其中地質雷達檢測技術因其具有的特性被廣泛的進行利用。主要闡述了在隧道工程中,運用地質雷達檢測技術檢測隧道混凝土襯砌、支護結構等工作。
  【關鍵詞】 地質雷達;隧道;檢測;工程
  引言:
  地質雷達在隧道質量檢測中的應用,在隧道中施工涉及的安全運營,有效的制約經濟,實用性,在一定程度上很好的節約資源,避開了不必要的浪費。地質雷達的探測的優點利用超高頻電磁波,使得其探測能力和辨析效果優于其他例如管線探測儀等使用普通電磁波的探測類儀器,所以地質雷達通常廣泛用于考古研究、基礎深度確定和處理分析、冰川檢測、地下水污染探測、礦產勘探、潛水面、溶洞、地下管纜探測、分層、地下埋設物探察、公路地基和鋪層、鋼筋結構、水泥結構、無損探傷等檢測。地質雷達的廣泛使用有效的制約從最初的探測冰層、鹽礦等弱耗介質,擴展到巖層、土層以及煤層等有耗介質,還有加上電子技術的迅猛發展,使得雷達探測技術的應用更加廣泛。地質雷達在各種隧道中有著很好的適應性和抗干擾能力強,可以在各種噪音環境下工作,在隧道襯砌質量中應用效果有著一定的作用。
  一、隧道初砌檢測的常用策略
  在隧道開挖質量制約中,公路隧道的斷面較大和波動性高,對圍巖的擾動大,其輪廓對圍巖塊體的不利切割多;且為了滿足公路建筑界限的要求,公路隧道多采用扁平的斷面型式,使得拱頂圍巖處于不利的應力和使力狀態。因此,公路隧道的開挖施工不利因素多,難度大,應加強質量制約和地質雷達檢測。開挖施工的質量無論好壞直接影響著隧道的穩定和工程造價和實用性:如果開挖表面不平整將導致局部圍巖應力集中,并且影響防水層和襯砌施工,形成存水的空洞;如發生較多的超挖,則會增加出渣量和回填工程數量;如發生欠挖,則會影響隧道凈空或減小襯砌厚度造成隱患和后續的一系列理由發生。
  在襯砌混凝土中厚度及背后空洞的檢測方式有直接鉆孔法、無損檢測策略,他們的區別在于鉆孔法會穿透防水板造成隧道地下水的滲透,在實踐中很少有使用,而無損檢測方式包括沖擊回波法、反射波法和地質雷達。
  其中地質雷達檢測策略具有其它策略不可比擬的優勢。地質雷達利用高頻率電磁波用脈沖的方式,經過地下層或其他物品反射回地面,被天線接收。地質雷達在勘查中,電磁波的傳播取決于物體的電性,物體的電性的主要電導率和電常數,電磁波將產生反射及透射現象。例如:當雷達波在傳播過程中遇到界面時,產生了不同的波能接收和衰減,襯砌層中鋼筋或鋼拱架存在使地質雷達記錄上可形成明顯的弧形波紋。
  二、地質雷達檢測原理
  地質雷達(又稱探地雷達,Ground Penetrating Radar,簡稱GPR)是將高頻電磁波(1MHz~1000MHz)以脈沖形式通過發射天線定向送入地下或目標體。磁波在地下介質中傳播時,當遇到存在電性差異的地下介質或目標時,電磁波便發生反射,返回地面后由接收天線所接收。在對接收天線所接收到的信號進行分析和處理的基礎上,根據所接收到的電磁****形、強度、電性及幾何形態特征,推斷地下地層(或目標體)的相關特性。圖1為地質雷達策略探測原理圖。
  可見發射天線(T)和接收天線(R)緊靠地面,由發射機產生的短脈沖電磁波經發射天線發射傳入地下,電磁波在地下介質中傳播時的速度、路徑,主要受介質的相對介電常數和電導率的影響。在兩種介質的交界面的兩側介電常數往往會有變化,電磁波便發生類似光學的反射和折射,電磁脈沖在界面處反射信號的強度與界面的反射系數和穿透介質的波吸收程度有關,不同介質的電磁參數(電性)差別大,則反射系數大,因而反射波的能量也大。電磁波從發射天線發射到被接收,其行程時間:
  式中:z為反射界面深度,x為發射天線到接收天線間的距離,v為電磁波在介質中傳播的波速,c為光速(c=0.3m/ns,),εr為介質的相對介電常數。當波速v已知時,通過讀取雷達剖面上行程時間來計算界面深度z值。
  三、地質雷達在隧道襯砌中的檢測方式
  地質雷達檢測技術在隧道工程中運用的最為廣泛的一個方面就是對隧道襯砌以及支護的情況進行檢測,可以有效的檢測出隧道襯砌的厚度、襯砌的受力情況、支護情況以及襯砌是否發生一些潛在的病害等理由。如圖2為地質雷達檢測隧道襯砌的基本原理圖。
  當雷達天線發出的電磁波覆蓋整個隧道襯砌時,電磁波就會根據遇到的襯砌內部的物質的不同而產生不同的反射波形態,接著就可以以得到的反射波的形態為依據,對隧道襯砌的具體情況進行全面的
  • 文章片段:工,形成存水的空洞;如發生較多的超挖,則會增加出渣量和回填工程數量;如發生欠挖,則會影響隧道凈空或減小襯砌厚度造成隱患和后續的一系列理由發生。  在襯砌混凝土中厚度及背后空洞的檢測方式有直接鉆孔法、無損檢測策略,他們的區別在于鉆孔法會穿透防水板造成隧道地下水的滲透,在實踐中很少有使用,而無損檢測方式包括沖擊
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