地質(zhì)雷達(dá)在高鐵檢測中的應(yīng)用

1、地質(zhì)雷達(dá)在高鐵檢測中的應(yīng)用自21世紀(jì)以來，中國高鐵的現(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)營速度的高速鐵路網(wǎng)。根據(jù)中國中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃方案，至2012年年底，中國將建成42條高速鐵路客運(yùn)專線，基本建成以“四縱四橫”為骨架的全國快速客運(yùn)網(wǎng)，總里程1.3萬公里。我國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)專線正式投運(yùn)時(shí)間尚短，相關(guān)病害（缺陷）檢測工作開展相對滯后，隨著高速鐵路的運(yùn)營，病害也相繼發(fā)生。病害的發(fā)展是有一個(gè)過程的，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，對高速鐵路病害進(jìn)行無損檢測十分必要。一、隧道檢測：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型及其原因序號病害部位病害類型可能原因發(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（尤其襯砌模板臺車交界處，注漿成型過程中難以到達(dá)，常見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（模版臺車交界處，注漿不充分造成的空洞）隧道檢測主要采用地質(zhì)雷達(dá)法和現(xiàn)場調(diào)查法相結(jié)合。地質(zhì)雷

3、達(dá)方法通過地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射天線向地下連續(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判定目標(biāo)體的性質(zhì)。主要儀器：美國勞雷公司地質(zhì)雷達(dá)儀（Sir-20型主機(jī)，配備400M天線）。隧道地質(zhì)雷達(dá)無損檢測，一般在拱部布置4條測線，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)見下面示意圖。圖2：隧道拱部地質(zhì)雷達(dá)檢測測線布置示意圖基于多條運(yùn)營高

4、鐵隧道襯砌檢測的基礎(chǔ)上，我們最后總結(jié)采用適當(dāng)改裝的供電梯車進(jìn)行檢測。此方法能最大限度的減少檢測盲區(qū)。（之前利用軌道車進(jìn)行檢測，因檢測設(shè)備不能觸碰接觸網(wǎng)等設(shè)備，在軌道車行進(jìn)過程中，會產(chǎn)生在接觸網(wǎng)立柱前后58m的檢測盲區(qū)）。我們采用改裝后的梯車平臺進(jìn)行檢測，只在接觸網(wǎng)立柱處存在12m的檢測盲區(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。現(xiàn)場進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)無損檢測時(shí)，將地質(zhì)雷達(dá)配置的400MHZ天線緊貼隧道表面，以供電梯車車載方式，利用杠桿原理，以3km/h速度勻速移動(dòng)天線，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)測量?，F(xiàn)場檢測工作照片如下： 圖3：高鐵隧道現(xiàn)場檢測圖4：地質(zhì)雷達(dá)設(shè)

5、備SIR20系列圖5：地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果無病害典型圖圖6：隧道襯砌質(zhì)量檢測不密實(shí)及鋼筋圖像二、路基軌道板檢測路基軌道板病害主要表現(xiàn)為無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 高速鐵路無砟軌道中的主要病害類型及其原因序號病害部位病害類型可能原因發(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低、道床板破裂、支承層破裂5道床板與支撐層間抗剪銷釘缺失未做抗剪銷釘?shù)来舶鍝锨冃?、層間空隙，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：軌枕塊裂縫病害無砟軌道路基檢測主要采用地質(zhì)雷達(dá)法。主要設(shè)備儀器：美國勞雷公司地質(zhì)雷達(dá)儀（Sir-20型主機(jī)，配備900M天線）。正常的無砟軌道，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，無強(qiáng)烈反射位置，表征層內(nèi)密實(shí)程度較好，無不密實(shí)、空隙及空洞存在；各層間反射同相軸較均一，未見強(qiáng)烈反射，表征道床板與支撐層，支撐層與級配碎石層間接觸良好，無空隙或破損起伏。 圖9：無砟軌道現(xiàn)場檢測圖10：正常的無砟軌道典型檢測圖像圖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)探測典型圖像三、擋墻檢測通過開展擋土墻的檢測工作，掌握擋墻的質(zhì)量現(xiàn)狀，對其穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評估，并根據(jù)綜合評估結(jié)果對有安全隱患的擋土墻提出整治建議方案。高速鐵路擋墻檢測主要采用地質(zhì)雷達(dá)法和地質(zhì)素描法。表1：檢測方法表序號方法原理和檢測內(nèi)

8、容1地質(zhì)素描法1.觀察墻體，量測墻體片石尺寸，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.評價(jià)擋墻質(zhì)量。2地質(zhì)雷達(dá)法通過分析電磁波在介質(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：專人負(fù)責(zé)地質(zhì)素描工作，觀察墻體是否變形、開裂和現(xiàn)場的地質(zhì)地貌條件，采用攝像、照相、量測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：地質(zhì)雷達(dá)測線沿?fù)鯄€橫向和縱向兩個(gè)方向布置。沿墻體橫向布設(shè)一條測線，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)一條橫測線，該測線原則上設(shè)置在下部橫測線上方5m位置；每5m間隔布置一條縱向測線，縱向測線由下向上測量，縱向測線長度一般與墻高一致，測線布置如圖13?，F(xiàn)場檢測時(shí)通過人工手持天線和使用繩索拖拽天線實(shí)現(xiàn)擋墻橫測線和縱測線的檢測。每處擋墻檢測前先核對并記錄里程，對擋墻進(jìn)行長度測量，每5米用噴漆打點(diǎn)一個(gè)。檢測擋墻橫測線時(shí)，作業(yè)人員全部在擋墻下方，手持發(fā)射天線的人員沿?fù)鯄Ψ较騽蛩傩凶?，保持發(fā)射天線均勻接觸擋墻表面。如遇需要進(jìn)行多條橫測線的擋墻時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際要求，如使用加長杠將天線架高檢測等?？v測線檢測前，觀察擋墻頂端安全條件。滿足檢測要求的，檢測人員登墻，通過擋墻頂端作業(yè)人員收、放繩索完成縱測線檢測。隨機(jī)對檢測范圍內(nèi)擋墻進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)法復(fù)測，必要情況下進(jìn)行破檢，驗(yàn)證檢測成果。圖13：擋土墻檢測測線示意圖圖14：擋墻檢測現(xiàn)場工作照四、高鐵檢測主要業(yè)績一覽項(xiàng)目名稱工作量新建南寧至廣州鐵路第三方隧道無損、擋墻檢測693284米武廣客運(yùn)專線隧道襯砌無損檢測709860米長吉城際鐵路隧道襯砌無損檢測14880米合武高鐵隧道襯砌檢測13695