地質雷達在公路隧道無損檢測中的應用

2013-08-21 01:18:28汪洋

山西建筑 2013年25期

汪洋

(招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400067)

1 概述

在公路隧道施工過程中，難免會出現一些質量缺陷，如初期支護與二次襯砌欠厚、初期支護與圍巖之間存在空洞或雜物充填、初期支護與二次襯砌間脫開、鋼筋及鋼支撐間距偏大等，這些質量問題無疑會影響隧道的服務質量與水平。為全面系統的保證隧道支護結構施作質量，開展隧道無損檢測工作是非常必要的，目前對于初期支護與二次襯砌厚度、襯砌背后空洞、鋼筋分布等檢測主要采用地質雷達無損檢測技術［1］。

2 地質雷達檢測工作原理

檢測所用地質雷達是使用特高頻段的地下電磁波探測技術，其工作原理是:雷達主機通過發射天線從檢測目標體表面向內發射特高頻段電磁波，當電磁波在傳播過程中遇到電性差異界面時產生反射信號由接收天線所接收，通過提取接收時間、接收反射信號特征可判別反射目標體的性質，如二次襯砌內的欠密實區、二次襯砌與初期支護間的脫空區、初期支護與圍巖間的空洞區、襯砌內的鋼筋分布情況等［2，3］。

3 地質雷達檢測方法

3.1 儀器選擇

1)雷達主機選擇:可選用的雷達有多種，國外的有美國的SIR型、意大利的RIS型、加拿大的EKKO型、瑞典的RAMAC型，國產的有LTD型等。其中美國產的SIR-20型探地雷達，最高掃描速率可達每秒800次，基本代表了新一代探地雷達的發展趨勢。

2)雷達天線選擇:根據探測目標的深度和大小，選擇不同頻率的天線。天線頻率越高，探測深度越淺，分辨率越高;天線頻率越低，探測深度越深，分辨率越低。對于初期支護表面進行的檢測，通常選用400 MHz～900 MHz頻率天線;對于二次襯砌表面進行的檢測，通常選用 200 MHz～400 MHz頻率天線［4，5］。

3.2 測線布置

公路隧道檢測要求沿隧道縱向布置測線，測線位置應結合實際要求進行布置，如無特殊要求，一般按圖1布置5條測線。

圖1 地質雷達測線布置圖

3.3 數據采集

數據采集時基本工作參數未設置準確，則圖像的質量和所能達到的探測效果在數據后處理階段往往難以彌補。現場數據采集階段需設置以下主要參數:

1)根據所要求的探測深度和探測介質速度估算時窗長度(ns)。2)設置工作方式:連續掃描探測、單點探測、共中心點探測、透視探測，一般應選用連續方式。3)設置濾波器:通常有兩種方式，即自動和手動方式，一般可選用自動方式。當選用手動方式時分為高通和低通，高通截止頻率設置為中心工作頻率的 1/4，如400 MHz天線的高通設置為100 MHz，低通設置為中心頻率的兩倍，即800 MHz。當圖像不夠理想時，如仍有噪聲或干擾信號時應將濾波器通過的信號帶寬變窄，即低通變低或高通變高，若濾波太強，有用信號被濾掉或波形明顯失真則高通和低通應向相反的方向調試，使通過的有用信號帶寬變寬。4)增益調試:可分為自動和手動，一般可選手動。5)直達波及反射波位置的尋找和調試:直達波應調試在視域范圍的頂部，若位置調整不當則可能看不到完整的回波圖。

4 數據處理與解釋［6］

地質雷達數據處理分為預處理和濾波分析。其中數據預處理包括數據文件添加標題、標志，核對標記、樁號信息并校正等;濾波分析包括背景去噪和信號濾波，其目的是在雷達圖上壓制隨機干擾信號而突出有用的異常信息來幫助解釋。當工作量較大且采集運行速度比較均勻時可分段裁切后進行追蹤反射層處理，以提高效率。地質雷達數據解釋是整個檢測工作的重點和難點，其方法和準則是根據反射波信息特征，參考檢測目標體的設計及相關資料，結合解釋人員經驗綜合分析而判定反射目標體的性質。必要時可進行鉆孔取芯試驗與解釋結果進行對比驗證，以積累經驗，提高數據解釋精度。