地質(zhì)雷達無損檢測作業(yè)指導書

1、地質(zhì)雷達法鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測作業(yè)指導書一、檢測目的：檢測隧道襯砌厚度、襯砌背后的回填密實度和襯砌內(nèi)部鋼架、鋼筋等分布，評價隧道襯砌施工質(zhì)量。二、檢測儀器：隧道襯砌質(zhì)量檢測可采用美國SIR-20型地質(zhì)雷達系統(tǒng)（見下圖），其特點與路基擋墻檢測雷達相同。美國SIR-20型地質(zhì)雷達系統(tǒng)（一）、地質(zhì)雷達主機技術指標應符合下列要求:1、系統(tǒng)增益不低于150dB;2、信噪比不低于60dB;3、模/轉(zhuǎn)換不低于16位；4、信號疊加次數(shù)可選擇；5、采樣間隔一般不大于0.5ns;6、實時濾波功能可選擇；7、具有點測與連續(xù)測量功能；8、具有手動或自動位置標記功能；9、具有現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理功能。（二）、地質(zhì)雷達天線可

2、采用不同頻率天線組合，技術指標應符合下列要求：1 、具有屏蔽功能；2 、最大探測深度應大于2m3 、垂直分辨率應高于2cm。三、檢測方法及原理：地質(zhì)雷達是采用無線電波檢測地下介質(zhì)分布和對不可見目標體或地下界面進行掃描，以確定其內(nèi)部結構形態(tài)或位置的電磁技術。其工作原理為：高頻電磁波以寬頻帶脈沖形式通過發(fā)射天線發(fā)射，經(jīng)目標體反射或透射，被接受天線所接收。高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強度和波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)及集合形態(tài)而變化，由此通過對時域波形的采集、處理和分析，可確定地下界面或目標體的空間位置或結構狀態(tài)。地質(zhì)雷達具有高分辨率、無損性、高效率、抗干擾能力強等特點?，F(xiàn)場檢測時地質(zhì)雷達

3、的發(fā)射天線和接收天線密貼于待檢表面，雷達波通過天線進入混凝土以及相應介質(zhì)中，遇到鋼筋、鋼質(zhì)拱架、材質(zhì)有差別的混凝土、混凝土中間的不連續(xù)面、混凝土與空氣分界面、混凝土與巖石分界面等產(chǎn)生反射，接收天線收到反射波，測出反射波的入射、反射雙向走時，就可以算出反射波走過的路程長度，從而求出天線距反射面的距離DbD=vXAt/2式中：D天線到反射面的距離；v雷達波的行走速度；t雷達波從發(fā)射至接收到反射波的走時，用ns計?，F(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)要經(jīng)過濾波、去噪、均衡等處理，可用時間剖面圖表示，其中橫坐標記錄了天線在地表的位置，縱坐標為反射波雙程走時，表示雷達脈沖從發(fā)射天線出發(fā)經(jīng)地下界面反射回到接收天線所需的時間。這

4、種記錄能準確描述測線下方各反射界面的形態(tài)。其工作原理如下圖。地質(zhì)雷達探測原理示意圖地質(zhì)雷達法對隧道襯砌以及襯砌背后是否存在脫空進行無損檢測，其方法原理如下：地質(zhì)雷達主機通過天線在隧道襯砌表面向內(nèi)部發(fā)射頻率為數(shù)百兆赫的電磁波，當電磁波遇到不同媒質(zhì)的界面時便會發(fā)生反射與透射，反射波返回襯砌表面，又被接收天線所接收（發(fā)射與接收為同一天線）。此時雷達主機記錄下電磁波從發(fā)射到接收的雙程旅行時to因為電磁波在襯砌內(nèi)的傳播速度V可由已知襯砌厚度點測定出來，所以可由深度D=Vt/2式求出反射面的深度即襯砌厚度。此外，根據(jù)雷達圖像上反射波的強弱、頻率特及變化情況，確定襯砌背后是否存在脫空。此外，根據(jù)雷達圖像上反

5、射波的強弱、頻率特征及變化情況，確定襯砌背后是否存在脫空。檢測原理見下圖。襯砌厚度與空洞檢測原理圖示意圖在地質(zhì)雷達法檢測中，電磁波通常被近似為均勻平面波。其傳播速度在高阻媒質(zhì)中取決于媒質(zhì)的相對介電常數(shù)r,即:V=C/.、；r式中：C=0.3m/ns;打為媒質(zhì)的相對介電常數(shù)。電磁波傳播在遇到不同媒質(zhì)界面時，其反射系數(shù)為:檢測結果原則上每5米在拱頂、左、右拱腰、隧底以及邊墻分別給出檢測結果數(shù)值，以實際樁號列表記錄。定性描述檢測段脫空分布情況，對于明顯脫空區(qū)給出起止樁號、脫空區(qū)襯砌厚度。對于脫空或空洞的描述分為較小、較大兩類，較小脫空是指襯砌與初期支護間脫空高度2cm5cm,較大脫空是指襯砌與初期支

6、護間脫空高度超過5cm。對于脫空的高度因脫空區(qū)域中空氣的含水情況不同導致介質(zhì)介電常數(shù)差別較大，因此電磁波在介質(zhì)中的傳播速度差別也很大，所判讀的脫空高度僅作為估計值供參考。當襯砌密貼時，在地質(zhì)雷達圖像的上部，一般反射波振幅不強、同相軸相對比較連續(xù)的第一組波形即為初襯界面的反射信號。由于初襯混凝土與隧道圍巖之間的介電常數(shù)差異不大，當襯砌與隧道圍巖之間密貼、無脫空時，地質(zhì)雷達不會有特別強的反射信號，在地質(zhì)雷達圖像中表現(xiàn)為振幅較弱的界面反射信號（無多次波），甚至沒有界面反射信號。襯砌界面判識后輸入正確的介電常數(shù)值，即可由計算機自動計算得出襯砌厚度值，厚度的計算公式為D=0.5Ct/仃1/2。下圖為雷達

7、檢測的無脫空的初襯界面圖像。隧道襯砌界面雷達檢測圖像某隧道襯砌背后脫空的信號判識及地質(zhì)雷達圖像：當襯砌背后出現(xiàn)空洞時，由于空氣與混凝土的介電常數(shù)差異較大，所以初襯與圍巖之間若有明顯的空隙或空洞（脫空）時，地質(zhì)雷達會有明顯的強反射信號。如下圖所示。襯砌空洞界面雷達檢測圖像四、現(xiàn)場檢測流程：（一）、施工準備：1、檢測前的準備工作：收集隧道工程地質(zhì)資料、施工圖、設計變更資料和施工記錄；進行現(xiàn)場調(diào)查，做好測量里程標記。檢測時應遵守有關安全規(guī)定，配備必要的安全防護人員及設備。2、檢測設備、照明機具工作電源要保證電量充足，能夠保證一天的正常使用。3、雷達主機、顯示器、天線、電纜等設備之間連接良好，設備工作

8、正常。4、需要分段測量時，相鄰測量段接頭重復長度不應小于1s（二）、測線布置：1、隧道施工過程中質(zhì)量檢測應以縱向布線為主，橫向布線為輔。縱向布線的位置應在隧道拱頂、左右拱腰、左右邊墻和隧底各布1條；橫向布線可按檢測內(nèi)容和要求布設線距，一般情況線距812m；采用點測時每斷面不少于6個點。檢測中發(fā)現(xiàn)不合格地段應加密測線或測點。2、隧道竣工驗收時質(zhì)量檢測應縱向布線，必要時可橫向布線?？v向布線的位置應在隧道拱頂、左右拱腰和左右邊墻各布1條；橫向布線線距812m；采用點測時每斷面不少于5個點。需確定回填空洞規(guī)模和范圍時，應加密測線或測點。3、三線隧道應在隧道拱頂部位增加2條測線。4、測線每510m應有一

9、個里程標記。（三）、介質(zhì)參數(shù)的標定：1、檢測前應對襯砌混凝土的介電常數(shù)或電磁波速做現(xiàn)場標定，且每座隧道應不小于1處，每處實測不少于3次，取平均值為該隧道的介電常數(shù)或電磁波速。當隧道長度大于3km.襯砌材料或含水量變化較大時，應適當增加標定點數(shù)。2、標定可采用下列方法：在已知厚度部位或材料與隧道相同的其他預制件上測量；在洞口或洞內(nèi)避車洞處使用雙天線直達波法測量；鉆孔實測。3、求取參數(shù)時應具備以下條件標定目標體的厚度一般不小于15cm,且厚度已知;標定記錄中界面反射信號應清晰、準確。4、標定結果應按下式計算:R.3t、2；r=（TT）2d2d小=10t式中；r相對介電常數(shù)v電磁波速（m/s）t雙程

10、旅行時間（ns）d標定目標體厚度或距離（m）。（四）、測量時窗及掃描樣點數(shù)的確定:1、測量時窗由下式確定:式中A時窗長度（ns）;相對介電常數(shù)a時窗調(diào)整系數(shù)，一般取1.52.0;2、掃描樣點數(shù)由下式確定:式中S掃描樣點數(shù)；t時囪長度（ns）;f天線中心頻率（MHZ;K-系數(shù)，一般取610。（五）、操作要點：1、測量前應檢查主機、天線以及運行設備，使之均處于正常狀態(tài)；2、測量時應確保天線與襯砌表面密貼（空氣耦合天線除外）；3、檢測天線應移動平穩(wěn)、速度均勻，動速度宜為35km/h;4、記錄應包括記錄測線號、方向、標記間隔及天線類型等；5、當需要分段測量時，相鄰測量段接頭重復長度不應小于1m6、應隨

11、時記錄可能對測量產(chǎn)生電磁影響的物體（如滲水、電纜、鐵架等）及其位置；7、應準確標記測量位置；8、縱向布線應采用連續(xù)測量方式，掃描速度不得小于40道（線）/s;特殊地段或條件不允許時可采用點測方式，測量點距不得大于20cm。五、數(shù)據(jù)處理與解釋：（一）、原始數(shù)據(jù)處理前應回放檢驗，數(shù)據(jù)記錄應完整、信號清晰，里程標記準確。不合格的原始數(shù)據(jù)不得進行處理與解釋。（二）、數(shù)據(jù)處理與解釋軟件應使用正式認證的軟件或經(jīng)鑒定合格的軟件。（三）、數(shù)據(jù)處理與解釋可采用下列流程：痹殆記錄.切除記錄首尾廢股調(diào)整檢測方向，案盧校正-常申必電產(chǎn)痕介數(shù)展地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)處理流程圖我斗忠-史-（四）、數(shù)據(jù)處理應符合：確保位置標記準確、

12、無誤；確保信號不失真，有利于提高信噪比。（五）、解釋工作應符合以下要求：1、.解釋應在掌握測區(qū)內(nèi)物性參數(shù)和襯砌結構的基礎上，按由已知到未知和定性指導定量的原則進行；2、根據(jù)現(xiàn)場記錄，分析可能存在的干擾體位置與雷達記錄中異常的關系，準確區(qū)分有效異常與干擾異常；3、應準確讀取雙程旅行時的數(shù)據(jù)；4、解釋結果和成果圖件應符合襯砌質(zhì)量檢測要求。（六）、襯砌界面應根據(jù)反射信號的強弱、頻率變化及延伸情況確定。（七）、襯砌厚度應由下式確定:«0,3/式中d襯砌厚度（nD;丁相對介電常數(shù)；t雙程旅行時間（ns）;v電磁波速（m/s）;（八）、襯砌背后回填密實度的主要判定特征應符合下列要求:1、密實：信

13、號幅度較弱，甚至沒有界面反射信號；2、不密實：襯砌界面的強反射信號同相軸呈繞射弧形，且不連續(xù)，較分散；3、空洞：襯砌界面反射信號強，三振相明顯，在其下部仍有強反射界面信號，兩組信號時程差較大。（九）襯砌內(nèi)部鋼架、鋼筋位置分布的主要判定特征應符合下列要求：鋼架：分散的月牙形強反射信號；鋼筋：連續(xù)的小雙曲線型強反射信號；六、無損檢測質(zhì)量的檢查及評定:（一）、采集數(shù)據(jù)檢查工作應符合下列規(guī)定：1、地質(zhì)雷達法的采集數(shù)據(jù)檢查應為總工作量的5%,檢查資料與被檢查資料的雷達圖像應具有良好的重復性、波形基本一致、異常沒有明顯位移。2、聲波法的采集數(shù)據(jù)檢查應為總工作量的5%,允許相對誤差為±10%其計算

14、公式為：A"Jf.d.的n父（ti+H/l式中8相對誤差；t基本觀測值；檢查觀測值。（二）、檢查資料質(zhì)量評定應符合下列規(guī)定：1、襯砌背后回填密實度和襯砌混凝土強度的檢查點相對誤差小于10%為合格，襯砌混凝土厚度的檢查點相對誤差小于15%為合格；2、合格的檢查點數(shù)量大于總檢查點數(shù)量90%為合格。（三）、當檢查資料的質(zhì)量不滿足上六（一）條、六（二）條要求時，檢查工作量應增加至總工作量的20%;仍不合格時，則整個檢測工作必須重新進行。檢查資料應與檢測報告一起提交。七、無損檢測記錄表：A-i磋道材即厚度希測結果字號的慳范楷長戰(zhàn)t.n)加市村固殍直左抵捏”期品度厚度(cm)左邊境襯刷厚度上總給村砌厚度槐推廿利珞度kni>設計設計設計沒計設計莫測設:汁1一檢切H蜘；的謝人；復桂人；注：1星程池圍可門建道進二藥事:2三線蹲道可根據(jù)測珪豹量增厚相應的料H.天A-2遹村砌演凝士覆度等級檢測結聚序號華F¥的囤沏*何訝齡期縱波速度%(tna)屜猴上避度等畿設計便皮蟲(MPa)香注拱頂左邊墻左拱蝮4邊境右抵樓何拱檢利E期：笈的人：星核人:注甲,腳范闈可以破通進口為零0表A3隧道時砌鋼架、鋼筋分布序號里程他9!襯砌引貝、制筋分布備往拱園左邊埼左執(zhí)隈右以埼石浜腰一檢測日期,冷到