隧道衬砌质量检测中探地雷达图像特征研究

隧道衬砌质量检测中探地雷达图像特征研究（共1篇）

1.隧道衬砌质量检测中探地雷达图像特征研究 篇一

1 探地雷达工作原理及方法

1.1 工作原理

探地雷达 (Ground Penetrating Radar, 简称GPR) 方法是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁波技术。其利用天线向地下发射电磁脉冲, 并接收由地下不同介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时, 其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质 (如介电常数εr) 及几何形态的变化而变化。根据接收到的回波时间、幅度和波形等信息, 可判定地下介质的结构与埋藏体的位置与形态[1]。

1.2 工作方法

目前常用的探地雷达测试方法有剖面法、宽角法、环形法、多天线法等。其中, 以剖面法应用最为广泛。剖面法的测试结果可以用探地雷达时间剖面图像表示, 其横坐标记录了天线在地表 (或衬砌面) 的位置纵坐标为反射波双程走时, 表示雷达脉冲从发射天线出发经过地下界面反射回到接收天线所需要的时间[2]。

1.3 数据处理方法

数据处理的目的是压制随机的和规则的干扰波, 最大限度地提高雷达剖面的信噪比, 提取电磁回波各种有用参数, 用来解释不同介质的物理特征。数据处理的另一目的是将数据元素重置以补偿由于来自不同方向的反射迭加产生的空间畸变, 如偏移处理等。

2 工程实例

下面以青海某铁路隧道二衬检测为例说明探地雷达在实际检测中的应用效果。本次检测使用仪器为美国GSSI公司生产的SIR-3000型探地雷达。采用900MHZ天线进行检测, 使用连续采集方式, 采样时窗40ns。

2.1 钢筋网检测

由于金属的导体特性, 对电磁波具有全反射效应, 故钢筋对电磁波产生连续月牙状强反射信号如图1所示, 图中点标示即为衬砌中钢筋网分布情况, 其反射信号明显, 极易辨认。

2.2 衬砌缺陷检测

隧道衬砌施工中由于操作及施工工艺等问题, 极易在衬砌中形成局部不密实、脱空及空洞等衬砌缺陷, 图2~图3即为实际检测中所发现的各种典型衬砌缺陷雷达图像。隧道衬砌回填不密实, 就会有多个界面对电磁波形成反射, 不密实的混凝土体在探地雷达剖面图上波形杂乱, 同相轴错断。如果雷达剖面图上出现零乱、不连续的强反射能量团块异常, 那就是衬砌层或回填层中的不密实处。图2中圈注部位即为衬砌施工中出现的混凝土与钢筋胶结不密实现象, 可以看出跟理论反射信号相当吻合。由于混凝土、空气的电性差异较大, 如果衬砌内部有明显的空隙, 电磁波在混凝土与空气间传播时, 上下两个界面会产生多次强反射, 在雷达剖面图上就会呈现一组开口向下的“双曲线”。图3中圈注部位即为衬砌施工中出现的空洞现象, 由于实际检测中空洞不会是标准理论模型, 但是从其基本反射信号上来进行判断依然能够得出结论。

3 结语

通过以上介绍, 可见探地雷达技术能很好的应用于隧道衬砌的检测工作, 综合分析, 不难得出: (1) 应用探地雷达检测隧道衬砌质量, 无论是通过理论研究还是实际操作都是可行的, 并且其无损检测这一特点优于大部分传统检测方法; (2) 由于探地雷达本身仍属于物探方法的一种, 因此在实际检测过程中会出现多解问题, 即衬砌中某些预埋件与理论缺陷信号相同, 这就要求现场检测人员要熟悉隧道衬砌的结构设计, 多收集有关资料, 比对多种典型信号的异同, 避免形成误判。

摘要：探地雷达作为一种较新型的无损检测设备, 因其快速、高效、无损、分辨率高等优点迅速在各个工程行业得到推广。文章在阐述探地雷达工作原理的基础上, 介绍了探地雷达检测工作方法、参数设置及一般数据处理, 并结合工程实践分析说明其在隧道衬砌检测中的实际应用效果。

关键词：探地雷达,无损,衬砌检测

参考文献

[1]李大心.探地雷达方法及应用[M].北京:探地出版社, 1994.