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地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道工程鋼筋鋼架檢測中的應(yīng)用

文檔作者：李清華文檔來源：福建省建設(shè)工程物探試驗(yàn)檢測中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月03日
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第2 期 福建地質(zhì)Geology of Fujian 191
地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道工程鋼筋鋼架檢測中的應(yīng)用
李清華
(福建省建設(shè)工程物探試驗(yàn)檢測中心，福州，350011)
摘 要 隧道工程質(zhì)量影響著鐵道運(yùn)營，大量的鐵道隧道病害表明，鋼筋、鋼架的缺失是
導(dǎo)致隧道病害發(fā)生的重要原因。為了嚴(yán)格控制隧道工程的鋼筋、鋼架施工質(zhì)量，運(yùn)用高效率、
高分辨率和圖像直觀的地質(zhì)雷達(dá)無損檢測成為了隧道質(zhì)量檢測的重要內(nèi)容。在簡述相關(guān)理論的
基礎(chǔ)之上，分析了地質(zhì)雷達(dá)檢測鐵路隧道鋼筋、鋼架的幾個(gè)典型案例。
關(guān)鍵詞 地質(zhì)雷達(dá) 鐵路隧道 鋼筋鋼架 質(zhì)量檢測
1 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)及其原理
地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是利用天線發(fā)射寬頻短脈沖電磁波信號(hào)進(jìn)入介質(zhì)物體，當(dāng)電磁波信號(hào)遇到
不同的媒質(zhì)界面時(shí)將產(chǎn)生反射信號(hào)，根據(jù)天線接收到的雷達(dá)反射波的到達(dá)時(shí)間、振幅強(qiáng)度等
參數(shù)進(jìn)行處理和圖像解釋，可以推斷出目標(biāo)物體的位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)等。地質(zhì)雷達(dá)天線發(fā)射
的電磁波頻率一般為12．5～2 500 MHz，對(duì)隧道工程的鋼筋、鋼架檢測而言，結(jié)合使用發(fā)射
頻率為400 MHz和900 MHz的天線基本能滿足襯砌、隧底中鋼筋、鋼架檢測的要求[1]。
根據(jù)電磁波原理，在介質(zhì)中傳播的平面電磁波，在遇到不同的波阻抗界面時(shí)將發(fā)生反射
和透射，產(chǎn)生反射波和透射波。地質(zhì)雷達(dá)的隧道檢測是根據(jù)接收到的反射信號(hào)來分析評(píng)斷工
程質(zhì)量的，對(duì)地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用效果起決定作用的是介質(zhì)的電導(dǎo)率和介電常數(shù)，其中電導(dǎo)率決定
了電磁波在該介質(zhì)中的穿透深度，其穿透能力隨電導(dǎo)率的增加而減?。唤殡姵?shù)則決定了電
磁波在該介質(zhì)中的傳播速度，同時(shí)還決定了2種不同介質(zhì)的對(duì)比度(即兩個(gè)介質(zhì)的界面是否
有反射)以及電磁波在介質(zhì)中的“足印”(電磁波在介質(zhì)中的覆蓋范圍)r-23。垂直界面入射電
磁波的反射系數(shù)為R 一( 一~／s。)／( + 。)，￡ 和 分別為界面兩側(cè)的相對(duì)介電常
數(shù)，電磁波的反射系數(shù)取決于界面兩邊媒介的相對(duì)介電常數(shù)的差異，差異越大，反射系數(shù)也
越大 ]，因此當(dāng)兩側(cè)介電常數(shù)差異顯著時(shí)，反射現(xiàn)象明顯。表1為隧道鋼筋、鋼架檢測中常
見介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)和電滋波速。
在地質(zhì)雷達(dá)頻率范圍內(nèi)，雷達(dá)脈沖波速度( )公式為：
v—c／ (1)
式中：C為真空中電磁波傳播速度(O．3 m／ns)；e 為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。
收稿日期：2012-03—05
作者簡介：李清華(1969)，男，工程師，水文地質(zhì)工程地質(zhì)專業(yè)。
192 福建地質(zhì)Geology of Fujian 第31 卷
表1 鋼筋、鋼架檢測中介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)和電滋波速度
Table 1 The relative dielectric constans and the velocity of electromagnetic
wave of common dielectrics in testing of distributing bars and frames
介質(zhì) 相對(duì)介電常數(shù) 電磁波速度(m／ns) ．
空氣 1 O．3
混凝土 5～8 0．055～0．12
淡水 81 0．O33
鋼筋 O
根據(jù)電磁波在混凝土中的傳播速度和發(fā)射、接收的時(shí)間差可以判定反射電磁波的目標(biāo)物
體的深度( )公式為：
— t／2一 (2)
2√s
式中： 為電磁波在材料中的傳播速度(m／ns)；C為電磁波在空氣中的傳播速度(0．3
m／ns)；t為電磁波傳播雙程時(shí)間(ns)；e 為材料的相對(duì)介電常數(shù)。
2 檢測儀器設(shè)備及工作方式
2．1 儀器設(shè)備
該次檢測儀器設(shè)備選用美國GSSI公司生產(chǎn)的TERRASIRCH SIR3000型地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)
(以下簡稱SIR3000)。該儀器設(shè)備具有操作簡便、功能全、高精度、高分辨率、堅(jiān)固耐用、
重量輕等優(yōu)點(diǎn)。檢測時(shí)可以結(jié)合使用頻率為400 MHz或900 MHz的地質(zhì)雷達(dá)天線，一般情
況下，該型號(hào)雷達(dá)系統(tǒng)400 MHz天線探測深度最多可達(dá)2．5 m，900 MHz天線探測深度也
可達(dá)1．2 m，滿足常見隧道鋼筋檢測的要求。
2．2 隧道測線布置方式
地質(zhì)雷達(dá)的鋼筋無損檢測工作要根據(jù)檢測隧道特點(diǎn)進(jìn)行合理的測線布置，一般情況下，
隧道在拱頂、拱腰、邊墻和隧底仰拱布置測線，拱頂和仰拱測線布置在正中間，拱腰測線在
拱腳上方0．5～1．0 m處，邊墻測線布置在邊溝蓋板上方1．5～2．0 m處，仰拱測線布置于
鐵路軌道鋪線上。
2．3 介質(zhì)參數(shù)標(biāo)定
檢測前應(yīng)對(duì)混凝土介電常數(shù)做現(xiàn)場標(biāo)定，每座隧道可在已知厚度部位或材料與隧道相同
的其它預(yù)制件上測量，也可用鉆孔取芯測量對(duì)比法得到相對(duì)介電常數(shù)的準(zhǔn)確數(shù)值[5]。
3 工程檢測實(shí)例
實(shí)例l：某鐵路A隧道隧底仰拱鋼筋檢測的實(shí)測雷達(dá)圖像 圖1)，該檢測段隧底設(shè)計(jì)
厚度為44．5 cm，圍巖級(jí)別為Ⅱb級(jí)，設(shè)計(jì)單層鋼筋鋪設(shè)間距25 cm，采用美國SIR3000雷
達(dá)儀器，天線頻率為400 MHz，采樣點(diǎn)數(shù)為512，采用連續(xù)采樣的方式，雷達(dá)電磁波在混凝
土中波速由鉆孔取芯標(biāo)定為0．11 m／ns。雷達(dá)接收到的鋼筋反射信號(hào)清晰(見反射亮線)，5

第2 期 李清華：地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道工程鋼筋鋼架檢測中的應(yīng)用 195
孔取芯標(biāo)定為0．11 m／ns。雷達(dá)接收到的鋼架反射信號(hào)清晰，i0 m 檢測中間段鋼架缺失，
鋼架總數(shù)僅為7根，未能滿足設(shè)計(jì)要求。
4 結(jié)語
(1)地質(zhì)雷達(dá)具有高精度、高分辨率、抗干撓性強(qiáng)、操作方便等特點(diǎn)，該方法被廣泛應(yīng)
用于鐵路隧道的鋼筋、鋼架檢測中。
(2)在進(jìn)行鐵路隧道鋼筋、鋼架檢測時(shí)，應(yīng)預(yù)先收集設(shè)計(jì)、施工資料，并將這些資料與
實(shí)測雷達(dá)波的反射信號(hào)作比對(duì)，對(duì)不同深度的鋼筋、鋼架數(shù)量是否滿足設(shè)計(jì)要求做出準(zhǔn)確判
斷。
(3)對(duì)于雷達(dá)所需設(shè)定的相對(duì)介電常數(shù)，可利用最常用的鉆孔取芯測量對(duì)比法得到準(zhǔn)確
數(shù)值，以提高檢測精度。
參考 文 獻(xiàn)
1 石利鋒．地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在某鐵路隧道質(zhì)量檢測中的應(yīng)用．福建地質(zhì)，2010，29 (3)．
2 薄會(huì)申．地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)實(shí)用手冊．北京：地質(zhì)出版社，2006．
3 王興照．地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道工程檢測中的應(yīng)用分析．土工基礎(chǔ)，2008，22 (3)．
4 韓桂武，等．地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)及檢測隧道病害的問題研究．科學(xué)勘察技術(shù)，2007，(2)．
5 中國鐵路工程總公司．鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程．北京。中國鐵路出版社，2004
Application of the Ground Penetrating Radar on the Steel
reinforcement and frame Detection of a Railway Tunnel Proj ect
Li Qinghua
(Fujian Geophysical Prospecting Test and Detecting Csrtev of Construction Works，F(xiàn)uzhou，350011)
Abstract
Tunnel proj ects quality influences the operation of railways．A large number of railway
tunnel diseases show that the lack of steel bars and frames is the important cause of occurs of
the diseases．In order to strictly control the construction quality of steel bars and frames，the
applications of ground penetrating radar，which has high efficiency，high resolution and intu—
itive images，are the important contents of tunnels testing．This paper analysizes some typi—
cal cases of application of ground penetrating radar to testing tunnel steel bars and frames，
013．the basis of the relevant theories．
Keywords geological radar， railway tunnel， steel reinforcement and frame， quality
detection

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