地質(zhì)雷達(dá)無損檢測作業(yè)指導(dǎo)書

1、地質(zhì)雷達(dá)法鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測作業(yè)指導(dǎo)書一、檢測目的：檢測隧道襯砌厚度、襯砌背后的回填密實(shí)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(dá)系統(tǒng)（見下圖），其特點(diǎn)與路基擋墻檢測雷達(dá)相同。美國SIR-20型地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)（一）、地質(zhì)雷達(dá)主機(jī)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)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(shí)時濾波功能可選擇；7、具有點(diǎn)測與連續(xù)測量功能；8、具有手動或自動位置標(biāo)記功能；9、具有現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理功能。（二）、地質(zhì)雷達(dá)天線可

2、采用不同頻率天線組合，技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合下列要求：1 、具有屏蔽功能；2 、最大探測深度應(yīng)大于2m3 、垂直分辨率應(yīng)高于2cm。三、檢測方法及原理：地質(zhì)雷達(dá)是采用無線電波檢測地下介質(zhì)分布和對不可見目標(biāo)體或地下界面進(jìn)行掃描，以確定其內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)或位置的電磁技術(shù)。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(biāo)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(qiáng)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(biāo)體的空間位置或結(jié)構(gòu)狀態(tài)。地質(zhì)雷達(dá)具有高分辨率、無損性、高效率、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。現(xiàn)場檢測時地質(zhì)雷達(dá)

3、的發(fā)射天線和接收天線密貼于待檢表面，雷達(dá)波通過天線進(jìn)入混凝土以及相應(yīng)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(dá)波的行走速度；t雷達(dá)波從發(fā)射至接收到反射波的走時，用ns計(jì)?，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(biāo)記錄了天線在地表的位置，縱坐標(biāo)為反射波雙程走時，表示雷達(dá)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(zhǔn)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(dá)探測原理示意圖地質(zhì)雷達(dá)法對隧道襯砌以及襯砌背后是否存在脫空進(jìn)行無損檢測，其方法原理如下：地質(zhì)雷達(dá)主機(jī)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(dāng)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(dá)主機(jī)記錄下電磁波從發(fā)射到接收的雙程旅行時to因?yàn)殡姶挪ㄔ谝r砌內(nèi)的傳播速度V可由已知襯砌厚度點(diǎn)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(dá)圖像上反射波的強(qiáng)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(dá)圖像上反

5、射波的強(qiáng)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(dá)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?yàn)槊劫|(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(jié)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(jié)果數(shù)值，以實(shí)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(hù)間脫空高度2cm5cm,較大脫空是指襯砌與初期支

6、護(hù)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(dǎo)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(jì)值供參考。當(dāng)襯砌密貼時，在地質(zhì)雷達(dá)圖像的上部，一般反射波振幅不強(qiáng)、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(dāng)襯砌與隧道圍巖之間密貼、無脫空時，地質(zhì)雷達(dá)不會有特別強(qiáng)的反射信號，在地質(zhì)雷達(dá)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(jì)算機(jī)自動計(jì)算得出襯砌厚度值，厚度的計(jì)算公式為D=0.5Ct/仃1/2。下圖為雷達(dá)

7、檢測的無脫空的初襯界面圖像。隧道襯砌界面雷達(dá)檢測圖像某隧道襯砌背后脫空的信號判識及地質(zhì)雷達(dá)圖像：當(dāng)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(dá)會有明顯的強(qiáng)反射信號。如下圖所示。襯砌空洞界面雷達(dá)檢測圖像四、現(xiàn)場檢測流程：（一）、施工準(zhǔn)備：1、檢測前的準(zhǔn)備工作：收集隧道工程地質(zhì)資料、施工圖、設(shè)計(jì)變更資料和施工記錄；進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，做好測量里程標(biāo)記。檢測時應(yīng)遵守有關(guān)安全規(guī)定，配備必要的安全防護(hù)人員及設(shè)備。2、檢測設(shè)備、照明機(jī)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(dá)主機(jī)、顯示器、天線、電纜等設(shè)備之間連接良好，設(shè)備工作

8、正常。4、需要分段測量時，相鄰測量段接頭重復(fù)長度不應(yīng)小于1s（二）、測線布置：1、隧道施工過程中質(zhì)量檢測應(yīng)以縱向布線為主，橫向布線為輔?？v向布線的位置應(yīng)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(shè)線距，一般情況線距812m；采用點(diǎn)測時每斷面不少于6個點(diǎn)。檢測中發(fā)現(xiàn)不合格地段應(yīng)加密測線或測點(diǎn)。2、隧道竣工驗(yàn)收時質(zhì)量檢測應(yīng)縱向布線，必要時可橫向布線?？v向布線的位置應(yīng)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(diǎn)測時每斷面不少于5個點(diǎn)。需確定回填空洞規(guī)模和范圍時，應(yīng)加密測線或測點(diǎn)。3、三線隧道應(yīng)在隧道拱頂部位增加2條測線。4、測線每510m應(yīng)有一

9、個里程標(biāo)記。（三）、介質(zhì)參數(shù)的標(biāo)定：1、檢測前應(yīng)對襯砌混凝土的介電常數(shù)或電磁波速做現(xiàn)場標(biāo)定，且每座隧道應(yīng)不小于1處，每處實(shí)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(dāng)隧道長度大于3km.襯砌材料或含水量變化較大時，應(yīng)適當(dāng)增加標(biāo)定點(diǎn)數(shù)。2、標(biāo)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(yù)制件上測量；在洞口或洞內(nèi)避車洞處使用雙天線直達(dá)波法測量；鉆孔實(shí)測。3、求取參數(shù)時應(yīng)具備以下條件標(biāo)定目標(biāo)體的厚度一般不小于15cm,且厚度已知;標(biāo)定記錄中界面反射信號應(yīng)清晰、準(zhǔn)確。4、標(biāo)定結(jié)果應(yīng)按下式計(jì)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(biāo)定目標(biāo)體厚度或距離（m）。（四）、測量時窗及掃描樣點(diǎn)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(diǎn)數(shù)由下式確定:式中S掃描樣點(diǎn)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(diǎn)：1、測量前應(yīng)檢查主機(jī)、天線以及運(yùn)行設(shè)備，使之均處于正常狀態(tài)；2、測量時應(yīng)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(yīng)移動平穩(wěn)、速度均勻，動速度宜為35km/h;4、記錄應(yīng)包括記錄測線號、方向、標(biāo)記間隔及天線類型等；5、當(dāng)需要分段測量時，相鄰測量段接頭重復(fù)長度不應(yīng)小于1m6、應(yīng)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(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)記測量位置；8、縱向布線應(yīng)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(diǎn)測方式，測量點(diǎn)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(yīng)回放檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)記錄應(yīng)完整、信號清晰，里程標(biāo)記準(zhǔn)確。不合格的原始數(shù)據(jù)不得進(jìn)行處理與解釋。（二）、數(shù)據(jù)處理與解釋軟件應(yīng)使用正式認(rèn)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(dá)數(shù)據(jù)處理流程圖我斗忠-史-（四）、數(shù)據(jù)處理應(yīng)符合：確保位置標(biāo)記準(zhǔn)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(yīng)符合以下要求：1、.解釋應(yīng)在掌握測區(qū)內(nèi)物性參數(shù)和襯砌結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，按由已知到未知和定性指導(dǎo)定量的原則進(jìn)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(dá)記錄中異常的關(guān)系，準(zhǔn)確區(qū)分有效異常與干擾異常；3、應(yīng)準(zhǔn)確讀取雙程旅行時的數(shù)據(jù)；4、解釋結(jié)果和成果圖件應(yīng)符合襯砌質(zhì)量檢測要求。（六）、襯砌界面應(yīng)根據(jù)反射信號的強(qiáng)弱、頻率變化及延伸情況確定。（七）、襯砌厚度應(yīng)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(shí)度的主要判定特征應(yīng)符合下列要求:1、密實(shí)：信

13、號幅度較弱，甚至沒有界面反射信號；2、不密實(shí)：襯砌界面的強(qiáng)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(qiáng)，三振相明顯，在其下部仍有強(qiáng)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(yīng)符合下列要求：鋼架：分散的月牙形強(qiáng)反射信號；鋼筋：連續(xù)的小雙曲線型強(qiáng)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(yīng)符合下列規(guī)定：1、地質(zhì)雷達(dá)法的采集數(shù)據(jù)檢查應(yīng)為總工作量的5%,檢查資料與被檢查資料的雷達(dá)圖像應(yīng)具有良好的重復(fù)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(yīng)為總工作量的5%,允許相對誤差為±10%其計(jì)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(yīng)符合下列規(guī)定：1、襯砌背后回填密實(shí)度和襯砌混凝土強(qiáng)度的檢查點(diǎn)相對誤差小于10%為合格，襯砌混凝土厚度的檢查點(diǎn)相對誤差小于15%為合格；2、合格的檢查點(diǎn)數(shù)量大于總檢查點(diǎn)數(shù)量90%為合格。（三）、當(dāng)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(yīng)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(jìn)行。檢查資料應(yīng)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(jié)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(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)沒計(jì)設(shè)計(jì)莫測設(shè):汁1一檢切H蜘；的謝人；復(fù)桂人；注：1星程池圍可門建道進(jìn)二藥事:2三線蹲道可根據(jù)測珪豹量增厚相應(yīng)的料H.天A-2遹村砌演凝士覆度等級檢測結(jié)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(shè)計(jì)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(jìn)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