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科學技術論文

地質雷達在葛布隧道無損檢測中的應用研究

時間:2020年10月01日 所屬分類:科學技術論文 點擊次數:

摘 要: 以仁新高速公路葛布隧道襯砌質量檢測為切入點,詳細分析了隧道檢測雷達掃描的原理、數據處理流 程以及掃描圖像中發現的病害類型,闡述了襯砌厚度和鋼筋間距的判定方法,為隧道檢測雷達圖像分析提供參考。 關鍵詞: 葛布隧道; 地質雷達; 圖像判釋 1 概

  摘 要: 以仁新高速公路葛布隧道襯砌質量檢測為切入點,詳細分析了隧道檢測雷達掃描的原理、數據處理流 程以及掃描圖像中發現的病害類型,闡述了襯砌厚度和鋼筋間距的判定方法,為隧道檢測雷達圖像分析提供參考。

  關鍵詞: 葛布隧道; 地質雷達; 圖像判釋

鐵道技術監督

  1 概述

  隧道作為高速公路施工運營中的重要構造物和 節點工程,起到了優化公路線型、縮短公路里程、保 護環境的重要作用,然而由于隧道屬于隱蔽性工程, 襯砌質量難以檢測,安全隱患較大[1]。特別是襯砌 厚度不足、襯砌脫空、鋼筋間距布設過大等病害嚴重 地影響了隧道運營的安全性,甚至可造成拱部坍塌 等嚴重安全事故。如何對隧道質量進行公正客觀的 評價是目前工程領域亟待解決的問題。

  由于地質雷 達所具有的無損、快速、高效等特點,使得其在隧道 質量檢測中的應用越來越廣泛。然而,在實際檢測 過程中,由于存在眾多干擾因素,如毛刺噪聲、直接 耦合波等,并且檢測設備良莠不齊,檢測人員技術水 平高低不一,極大地影響檢測結果的準確性與可靠 性。

  因此,對雷達掃描圖像進行定量和定性分析,找 準病害類型和部位,為隧道質量評定與病害處理提 供依據,具有較強的現實意義。 以葛布隧道為例,分析探討地質雷達在隧道無 損檢測中的應用。葛布隧道位于廣東省韶關市仁化 縣,為武深高速仁新段的節點控制性工程,隧道進出 口均按小凈距設計,建筑限界 11. 0 × 5. 0m,左線長 1750m; 右線長 1788m,呈南東向微向南西微凸的弧 形展布; 隧道左右線最大埋深分別為 211 ~ 223m,屬 長隧道。隧道位于溝谷斜坡 - 低山地貌區,地形起 伏較大,植被發育,水土保持較好。

  2 檢測原理及檢測方案

  地質雷達的工作原理是高頻短脈沖電磁波通過發射天線被發射到介質當中,電磁波在介質中傳播 時,其速度、波形與強度會隨著介質的變化而發生變 化,在介質發生變化的界面,形成反射波。通過接收 天線接收反射電磁波并對其進行處理和分析,可以 確定目標體的大小、位置以及性質[2]。葛布隧道為施工中隧道,二次襯砌檢測時沿隧 道縱向在拱頂、兩側拱腰、兩側邊墻布設 5 條雷達測 線,受隧道現場 各種因素影響。檢測過程中每米儀器自動打標,對雷達信號 異常的檢測段進行測線加密,現場復測。

  3 檢測儀器及相關參數

  本次檢測采用美國勞雷工業有限公司生產的 SIR - 20 型地質雷達,探測天線為 3101A 型,中心頻 率 900MHz,時間窗為 15ns,探測深度 75cm。

  4 地質雷達數據處理流程

  由于地質雷達是應用超高頻、寬頻帶電磁脈沖 技術的物理探測方法,在數據采集期間為了保持更 多的反射波特征,通常記錄的頻帶較寬,現場采集的 雷達數據因此不可避免地含有一些干擾因素,有環 境的干擾,也有雷達本身的干擾,為了去除這些干 擾,提高解釋的精確性,必須對原始數據進行必要的 處理,盡可能壓制干擾信號,增強有效信號,提高分 辨率和信噪比,以最大可能的分辨率來顯示目標反 射波提取各種有用信息[3]。 本次地質雷達檢測采用 REFLEXW V5. 0 軟件 進行數據處理,處理過程: 一維濾波/去直流漂移、靜 校正/移動開始時間、增益/能量衰減、二維濾波/抽 取平均道、一維濾波/巴特沃斯帶通濾波、二維濾波/ 滑動平均。

  5 葛布隧道雷達圖像判釋

  5. 1 二襯中鋼筋的識別

  葛布隧道二襯中的鋼筋網片采用 Ф25mm 螺紋 鋼筋綁扎成間距 25cm 的鋼筋網,雷達波在混凝土介質傳播速度較快,在鋼筋中傳播速度較慢,由于傳播速度的突變,在鋼筋界面處 形成月牙形的強反射信號,根據單位長度內反射信 號的數量可以計算出鋼筋間距。

  5. 2 襯砌空洞的識別

  高速公路隧道跨度較大,在地質狀況不良、圍巖 等級較差、巖石松散地段易出現超挖欠挖現象,使隧 道圍巖形成鋸齒狀界面,施工單位為了節省成本加 快施工進度,往往不進行噴射混凝土找平而直接進 行初襯的噴射施工,使得初襯和圍巖之間形成了面 積較小的連續空洞,留下了質量隱患。另 外,由于隧道二襯主要采用泵送混凝土工藝進行施 工,在已澆注混凝土和新澆注混凝土的接縫位置,由 于模板搭接不到位,很容易形成三角脫空,特別是在 拱頂更加明顯。

  5. 3 二襯厚度的判定

  地質雷達經過發射線圈發射后,最先到達接收 線圈的是空氣直達波,然后是二襯表面的反射波,最 后是襯砌和圍巖接觸面的反射波。一般在隧道工程 中,二襯與初襯之間、初襯與圍巖之間形成的界面為 弱反射界面,襯砌質量越好,襯砌與圍巖之間的接觸 面越密實,所形成的反射能量越弱,反射界面也就越 不明顯。但無論襯砌混凝土質量的優劣,二襯與初 襯之間的雷達反射界面雖有不同程度的擾動,但基 本為水平線。 雷達反射波在二襯與初襯界面之間的特征有兩 個,一個是波的上下頻率相差較大,另一個就是由于 在二襯與初襯之間存在著一定的空氣間隙,因此在 界面處有較強的連續性反射波。根據反射界面 所處位置的垂直距離可以計算得到二襯厚度。

  鐵道論文投稿刊物:《鐵道技術監督》(月刊)創刊于1973年,由中華人民共和國鐵道部主管、中國鐵道科學研究院主辦,國內外公開發行。本刊是圍繞鐵道技術監督,以指導性、實用性為主的綜合性技術類期刊。

  6 結論

  以葛布隧道為例,介紹了地質雷達在隧道檢測 中的應用,總結了地質雷達在數據處理方面常用方 法的作用以及適用性,并將其應用于實際隧道檢測 過程中,判定了葛布隧道中的鋼筋間距、襯砌空洞以 及二襯厚度。雷達波在介質分界面上會呈現出較為 明顯的特征,根據各種目標的波形特征和檢測實踐 中經驗的積累,可以比較準確地判斷出不同目標體 的位置、形狀、大小等各種量化特征,對檢測和處理 公路隧道中的隱性病害具有重大的現實意義。

  參考文獻

  [1] 吳天軍,張秋美. GSSI 地質雷達在隧道無損質量檢測中的注 意事項[J]. 黑龍江交通科技,2013( 9) .

  [2] 吳玉財,張國炳,李芬. 探地雷達應用于公路隧道襯砌檢測圖 像判釋研究[D]. 長沙: 長沙理工大學,2009.

  [3] 趙常要,鄧新生. 隧道質量無損檢測中雷達波形分析與探討 [J]. 鐵道標準設計,2014( 12) .

  作者:李 潔

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