本站原创摘 要：随着高速铁路的飞速发展,铁路隧道的结构也发生了变化,而运营隧道结构状态的安全与否直接关系到隧道的安全,因此需要对施工过程中以及隧道验收要有一种快捷、方便、准确的检测方法,地质雷达作为一种高分辨率和高准确率检测技术在近几年得到了广泛的应用.本文根据地质雷达在不同情况下检测中应用,介绍了地质雷达在隧道检测中的应用.
关 键 词：隧道工程；地质雷达；隧道检测；应用
1.引言
高速铁路、客运专线隧道的横断面较大,隧道受力和衬砌混凝土的地质环境复杂,且列车运行速度较高,隧道维修有一定的时间限制,对隧道衬砌的安全性、耐久性和抗渗防水性、抗冻性性能要求提高.对耐久性、等耐久性指标应严格控制.
目前高速铁路、客运专线隧道在设计中采用“新奥法”设计,“新奥法施工的基本思想是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用,采用锚杆和喷射混凝±为主要支护手段,及时对围岩进行加固,约束围岩的松弛和变形,并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道和地下工程设计施工.”
因此在施工过程中初期支护、二衬支护质量直接关系到隧道的安全,更关系到隧道运营的安全,在施工初期支护、二衬施工、隧道验收过程中除现场严格控制外,隧道检测成为质量控制的手段之一.
2.综合超前地质预报方法原理
地质雷达探测是利用电磁波在隧道开挖工作面前方岩体中的传播及反射,根据传播速度和反射波形特性进行超前地质预报的一种物探方法.地质雷达探测效果主要取决于地下目标体与周围介质的电性差异、电磁波的衰减程度、目标体的埋深以及外部干扰的强弱等,介质的电性差异和物性差异是决定地质雷达适用与否的重要标准,介质问的性质差异越大,二者间的界面越易于分辨.地质雷达记录得到电磁波双程走时及电磁波的波幅、同相轴等波形资料,反映反射界面或目标体的深度位置及几何形态.电磁波在正常衰减过程中因遇到较强的反射界面时,波幅会骤然增加,同相轴明显.若目标体中存在有许多杂乱无章的界面,雷达接收到这些界面的反射信号时波幅小、波形杂乱,同相轴不连续.通过同相轴的追踪,确定波组的地质意义,构制地质一地球物理解释模型,依据剖面解释获得整个测区的最终成果图.
3.地质雷达波形分析
隧道现场施工过程中,主要有过程质量控制和二衬成型检测,过程控制中,主要检测隧道初期支护完成后,初期支护厚度、钢拱架间距、初期支护背后脱空等；二衬旋工完成后,主要检测二衬厚度、钢筋间距、二衬背后脱空等情况,就各种检测主要如下：
3.1 初期(二次)衬砌背后空隙判断：初期(二次)衬砌背后空隙是指隧道衬砌背后没有全部回填,初期(二次)衬砌与围岩间存在的空洞.由于空气与混凝土的介电常数差异较大,衬砌与围岩之间有明显的空隙,图像中就会表现为衬砌界面反射信号增强,如果空洞较大,还会在界面信号下方产生绕射信号.这种图像判断主要如图1所示.
3.2 初期支护钢架判断：隧道初期支护完成后,为分析钢架支架距离,判断钢筋有无,当混凝土中有钢架时,反射信号为分散的月牙形强反射信号.每一个月牙表示一根拱架.通过判断检测是否符合设计要求.(图2)
3.3 隧道二次衬砌钢筋判断：隧道二衬施工完成后,为分析二衬中钢筋距离,判断钢筋有无,连续的小双曲线形强反射信号,每一点信号代表一根钢筋,钢筋保护层越小,越信号越明显,通过上面距离以及显示根数来判断,是否符合设计要求.
3.4 隧道二衬厚度判断：隧道二衬厚度检测,是隧道的主要检测项目,是隧道质量控制的重要指标,隧道衬砌厚度直接影响到衬砌结构承载能力和隧道使用寿命,使用雷达扫描已经成为重要的控制手段.由于二衬和初期支护由于物理成分和物理性质存在着很大差异,介电常数存在明显差异,特别是衬砌与围岩之间,电磁破从混凝土进入围岩时,反射波形振幅显著增大,视频率降低.
隧道混凝土厚度是根据电磁脉冲在各结构层见面反射时间和各结构层中电磁破的传播速度计算得到的.厚度检测的关键是确定电磁破在隧道各结构层中传播时问.然后根据电磁破在混凝土中的传播速度计算出结构层的厚度.(图3)
4.结论
地质雷达技术目前广泛应用于隧道地质超前预报、隧道工程检测中,而在隧道检测过程中能有效的检测隧道二衬厚度、钢筋数量、隧道钢架间距等,对于施工过程控制是一项重要手段,同时在隧道施工安全保证中也是不可缺少的主要环节,对于隧道施工期安全、质量以及运营期安全都有重要的保证,因此隧道地质雷达检测技术应全面推广.