地質(zhì)雷達(dá)在高鐵檢測(cè)中的應(yīng)用

1、地質(zhì)雷達(dá)在高鐵檢測(cè)中的應(yīng)用自21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)高鐵的現(xiàn)代化建設(shè)加快推進(jìn)取得了舉世矚目的成就，目前已經(jīng)擁有全世界最大規(guī)模以及最高運(yùn)營(yíng)速度的高速鐵路網(wǎng)。根據(jù)中國(guó)中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃方案，至2012年年底，中國(guó)將建成42條高速鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)，基本建成以“四縱四橫”為骨架的全國(guó)快速客運(yùn)網(wǎng)，總里程1.3萬(wàn)公里。我國(guó)高速鐵路取得了飛躍式發(fā)展，但同時(shí)高鐵是否安全也成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，高速鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)正式投運(yùn)時(shí)間尚短，相關(guān)病害（缺陷）檢測(cè)工作開(kāi)展相對(duì)滯后，隨著高速鐵路的運(yùn)營(yíng)，病害也相繼發(fā)生。病害的發(fā)展是有一個(gè)過(guò)程的，如果能在病害惡化之前發(fā)現(xiàn)，并及時(shí)采取整治措施，則可為高鐵的維護(hù)、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)，

2、大大提高鐵路運(yùn)營(yíng)的安全性。因此為了確保高速鐵路的安全運(yùn)行，做到安全可控，對(duì)高速鐵路病害進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)十分必要。一、隧道檢測(cè)：隧道病害主要表現(xiàn)為襯砌背后有空洞，隧道襯砌厚度不足，襯砌表面裂縫，滲漏水等。表1 高速鐵路隧道主要病害類(lèi)型及其原因序號(hào)病害部位病害類(lèi)型可能原因發(fā)展結(jié)果1隧道襯砌厚度不足施工質(zhì)量等空洞，掉塊2隧道襯砌不密實(shí)、空隙、空洞施工工藝，質(zhì)量等（尤其襯砌模板臺(tái)車(chē)交界處，注漿成型過(guò)程中難以到達(dá)，常見(jiàn)12米大小空洞，如下圖）空洞，掉塊3隧道襯砌混凝土裂縫混凝土質(zhì)量等滲漏水，掉塊圖1：隧道拱頂空洞照片（模版臺(tái)車(chē)交界處，注漿不充分造成的空洞）隧道檢測(cè)主要采用地質(zhì)雷達(dá)法和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查法相結(jié)合。地質(zhì)雷

3、達(dá)方法通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射天線(xiàn)向地下連續(xù)發(fā)射脈沖式高頻電磁波，當(dāng)遇到有電性差異的界面或目標(biāo)體（介電常數(shù)和電導(dǎo)率不同）時(shí)即發(fā)生反射波和透射波。接收天線(xiàn)接收反射波并經(jīng)電纜傳遞給主機(jī)，在主機(jī)顯示屏上形成實(shí)時(shí)的時(shí)間剖面。根據(jù)記錄到的反射波的到達(dá)時(shí)間和求得的電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，確定界面或目標(biāo)體的深度；同時(shí)根據(jù)反射波的形態(tài)、強(qiáng)弱及其變化等因素來(lái)判定目標(biāo)體的性質(zhì)。主要儀器：美國(guó)勞雷公司地質(zhì)雷達(dá)儀（Sir-20型主機(jī)，配備400M天線(xiàn)）。隧道地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)，一般在拱部布置4條測(cè)線(xiàn)，分別為拱頂下行外側(cè)、下行內(nèi)側(cè)、上行內(nèi)側(cè)、上行外側(cè)位置，詳細(xì)見(jiàn)下面示意圖。圖2：隧道拱部地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)測(cè)線(xiàn)布置示意圖基于多條運(yùn)營(yíng)高

4、鐵隧道襯砌檢測(cè)的基礎(chǔ)上，我們最后總結(jié)采用適當(dāng)改裝的供電梯車(chē)進(jìn)行檢測(cè)。此方法能最大限度的減少檢測(cè)盲區(qū)。（之前利用軌道車(chē)進(jìn)行檢測(cè)，因檢測(cè)設(shè)備不能觸碰接觸網(wǎng)等設(shè)備，在軌道車(chē)行進(jìn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生在接觸網(wǎng)立柱前后58m的檢測(cè)盲區(qū)）。我們采用改裝后的梯車(chē)平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)，只在接觸網(wǎng)立柱處存在12m的檢測(cè)盲區(qū)。此盲區(qū)可采用小錘敲擊進(jìn)行檢查，亦可發(fā)現(xiàn)空洞較嚴(yán)重的病害?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)時(shí)，將地質(zhì)雷達(dá)配置的400MHZ天線(xiàn)緊貼隧道表面，以供電梯車(chē)車(chē)載方式，利用杠桿原理，以3km/h速度勻速移動(dòng)天線(xiàn)，采用人工觸發(fā)方式，每25米打一個(gè)標(biāo)記，進(jìn)行連續(xù)測(cè)量?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作照片如下： 圖3：高鐵隧道現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)圖4：地質(zhì)雷達(dá)設(shè)

5、備SIR20系列圖5：地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果無(wú)病害典型圖圖6：隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)不密實(shí)及鋼筋圖像二、路基軌道板檢測(cè)路基軌道板病害主要表現(xiàn)為無(wú)砟道床板于支撐層之間出現(xiàn)縫隙，道床板裂縫等病害。表2 高速鐵路無(wú)砟軌道中的主要病害類(lèi)型及其原因序號(hào)病害部位病害類(lèi)型可能原因發(fā)展結(jié)果1道床板表面裂縫設(shè)計(jì)配筋與施工質(zhì)量等上下貫穿裂縫2道床板內(nèi)部不密實(shí)、空隙、空洞施工搗固等承載力過(guò)低、道床板破裂3道床板內(nèi)部鋼筋異常配筋大小不一或錯(cuò)位道床板承載力不均、破損4道床板與支撐層間空隙、脫空鑿毛、去渣，干縮，道床板裂縫等承載力過(guò)低、道床板破裂、支承層破裂5道床板與支撐層間抗剪銷(xiāo)釘缺失未做抗剪銷(xiāo)釘?shù)来舶鍝锨冃巍娱g空隙，道床板破

6、裂6支撐層表層空隙、起伏找平或道床板下部破壞摩擦引發(fā)道床板、支撐層整體破損、破裂7支撐層內(nèi)部空隙、不密實(shí)、破裂搗固不均，異物摻雜等支撐層破損、破裂8級(jí)配碎石下沉地基下沉等道床整體下沉、破損等9雙塊軌枕周邊空隙、裂縫搗固、干縮等道床板裂縫等 圖7：道床板于支撐層之間空隙病害 圖8：軌枕塊裂縫病害無(wú)砟軌道路基檢測(cè)主要采用地質(zhì)雷達(dá)法。主要設(shè)備儀器：美國(guó)勞雷公司地質(zhì)雷達(dá)儀（Sir-20型主機(jī)，配備900M天線(xiàn)）。正常的無(wú)砟軌道，鋼筋混凝土道床板（軌道板）、素混凝土支撐層（CA砂漿層）與級(jí)配碎石（路基基床表層）分層性特征明顯，層間特征反射面光滑、平整；道床板內(nèi)部鋼筋反應(yīng)清晰明顯，鋼筋粗細(xì)及位置均一，表現(xiàn)

7、在地質(zhì)雷達(dá)圖像上為形態(tài)相似的強(qiáng)反射區(qū)點(diǎn)。各結(jié)構(gòu)層內(nèi)除鋼筋強(qiáng)反射外，無(wú)強(qiáng)烈反射位置，表征層內(nèi)密實(shí)程度較好，無(wú)不密實(shí)、空隙及空洞存在；各層間反射同相軸較均一，未見(jiàn)強(qiáng)烈反射，表征道床板與支撐層，支撐層與級(jí)配碎石層間接觸良好，無(wú)空隙或破損起伏。 圖9：無(wú)砟軌道現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)圖10：正常的無(wú)砟軌道典型檢測(cè)圖像圖11：道床板與支撐層間的空隙及支撐層起伏圖12：道床板內(nèi)部空隙或不密實(shí)探測(cè)典型圖像三、擋墻檢測(cè)通過(guò)開(kāi)展擋土墻的檢測(cè)工作，掌握擋墻的質(zhì)量現(xiàn)狀，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)估，并根據(jù)綜合評(píng)估結(jié)果對(duì)有安全隱患的擋土墻提出整治建議方案。高速鐵路擋墻檢測(cè)主要采用地質(zhì)雷達(dá)法和地質(zhì)素描法。表1：檢測(cè)方法表序號(hào)方法原理和檢測(cè)內(nèi)

8、容1地質(zhì)素描法1.觀察墻體，量測(cè)墻體片石尺寸，利用攝像、照片等方法，記錄擋墻現(xiàn)狀；2.檢查泄水孔等檢驗(yàn)反濾層和墻體厚度，觀察排水情況；3.分析擋墻現(xiàn)階段地質(zhì)條件和歷史維護(hù)記錄；4.評(píng)價(jià)擋墻質(zhì)量。2地質(zhì)雷達(dá)法通過(guò)分析電磁波在介質(zhì)中的傳播規(guī)律，確定介質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。檢測(cè)墻體砌筑質(zhì)量，主要是墻體厚度、內(nèi)部空洞等。地質(zhì)素描：專(zhuān)人負(fù)責(zé)地質(zhì)素描工作，觀察墻體是否變形、開(kāi)裂和現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)地貌條件，采用攝像、照相、量測(cè)等方法描述擋土墻整體質(zhì)量。照片要反映擋墻全貌、起點(diǎn)和終點(diǎn)位置以及缺陷的局部圖象，照片上里程要明確。地質(zhì)雷達(dá)擋墻檢測(cè)：地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線(xiàn)沿?fù)鯄€(xiàn)橫向和縱向兩個(gè)方向布置。沿墻體橫向布設(shè)一條測(cè)線(xiàn)，高度自墻底向上

9、1.52.0m位置，高度大于10.0米的擋墻增設(shè)一條橫測(cè)線(xiàn)，該測(cè)線(xiàn)原則上設(shè)置在下部橫測(cè)線(xiàn)上方5m位置；每5m間隔布置一條縱向測(cè)線(xiàn)，縱向測(cè)線(xiàn)由下向上測(cè)量，縱向測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度一般與墻高一致，測(cè)線(xiàn)布置如圖13。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)通過(guò)人工手持天線(xiàn)和使用繩索拖拽天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)擋墻橫測(cè)線(xiàn)和縱測(cè)線(xiàn)的檢測(cè)。每處擋墻檢測(cè)前先核對(duì)并記錄里程，對(duì)擋墻進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量，每5米用噴漆打點(diǎn)一個(gè)。檢測(cè)擋墻橫測(cè)線(xiàn)時(shí)，作業(yè)人員全部在擋墻下方，手持發(fā)射天線(xiàn)的人員沿?fù)鯄Ψ较騽蛩傩凶撸３职l(fā)射天線(xiàn)均勻接觸擋墻表面。如遇需要進(jìn)行多條橫測(cè)線(xiàn)的擋墻時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，如使用加長(zhǎng)杠將天線(xiàn)架高檢測(cè)等。縱測(cè)線(xiàn)檢測(cè)前，觀察擋墻頂端安全條件。滿(mǎn)足檢測(cè)要求的，檢測(cè)人員登墻，通過(guò)擋墻頂端作業(yè)人員收、放繩索完成縱測(cè)線(xiàn)檢測(cè)。隨機(jī)對(duì)檢測(cè)范圍內(nèi)擋墻進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)法復(fù)測(cè)，必要情況下進(jìn)行破檢，驗(yàn)證檢測(cè)成果。圖13：擋土墻檢測(cè)測(cè)線(xiàn)示意圖圖14：擋墻檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)工作照四、高鐵檢測(cè)主要業(yè)績(jī)一覽項(xiàng)目名稱(chēng)工作量新建南寧至廣州鐵路第三方隧道無(wú)損、擋墻檢測(cè)693284米武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)隧道襯砌無(wú)損檢測(cè)709860米長(zhǎng)吉城際鐵路隧道襯砌無(wú)損檢測(cè)14880米合武高鐵隧道襯砌檢測(cè)13695