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隧道檢測中地質雷達無損探測技術的應用
更新時間:2021-04-10 17:51
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  摘要:現階段,隧道建設屬于公路施工建設過程中的重點環(huán)節(jié)之一,隧道建設的質量檢測對于公路施工的順利運行有著非常重要的意義。但是,在隧道工程中比較常見的問題包括襯砌厚度不合理、隧道的襯砌與圍巖之間存在一定的脫空區(qū)以及塌方回填不科學等。因這一系列問題的存在降低了其襯砌的承壓力,影響了隧道穩(wěn)定。因此,在日常管理工作過程中,需要加大隧道檢測技術的研發(fā),保證隧道的順利使用。本文就隧道檢測中地質雷達無損探測技術基本原理以及應用情況展開詳細論述。
  關鍵詞:隧道檢測;地質雷達;無損探測技術;應用效果
  目前,隧道的支護質量相對來說比較難檢測,非常容易給通車之后的營運以及安全帶來隱患。地質雷達無損探測技術是應用在隧道檢測中的新技術,具有檢測速度快、無損以及連續(xù)性的特點,而且還可以利用實時成像方式有效顯示出探測的結果,隧道檢測的分析研究將會更加的直觀與方便[1]。此外,地質雷達無損探測技術的探測精度相對較高、其樣點較密以及實際工作效率相對較高,尤其是對于隧道襯砌結構的檢測效果顯著。
  一、隧道檢測中地質雷達無損探測技術的應用原理
 ?。ㄒ唬┧淼罊z測中地質雷達無損探測技術的組成原理
  目前,隧道檢測中地質雷達無損探測技術設備主要是由兩部分組合而成的,具體來說就是由控制主機以及天線兩部分組成的。主機的作用在于提供控制信號,可以用于天線發(fā)射以及接收超高頻的電磁波等。電磁波主要是從天線中發(fā)出來的,并在襯砌以及圍巖內部進行傳播,當遇到內部裂縫空洞、襯砌邊界、圍巖與圍巖內部界面的時候就會發(fā)生反射現象。而這些已經反射的電磁波還會傳回到天線中,之后天線接收的這些反射信號再把它傳到主機中,對反射信號實施全時程的數字化記錄,將其存儲且顯示出來[2]。從某種程度上講,反射界面的實際距離越遠,那么反射信號所需要的往返時間將會越長,而且反射界面情況越平整、反射界面的面積越大以及兩側位置的物性差異程度越大,其反射的信就越強。借助記錄的反射波走時以及強度數據,能夠有效判定出反射界面的具體位置以及兩側介質的具體性質,從而得到襯砌的實際厚度參數、劈裂參數、空洞位置參數、形態(tài)參數以及圍巖結構參數等,從根本上實現高分辨無損檢測目的。從上述方法可以得出,由反射信號的實際走時情況換算到具體的空間位置,應該清楚了解混凝土以及圍巖介質的實際電磁波速度,因為它將會影響到量深度換算的精度情況。空氣之中的電磁波速為0.3m/ns,而一般的干燥巖石是0.11m/ns,從專業(yè)化角度出發(fā),水是自然界之中電磁波速相對來說最低的,是空氣的九分之一,大約是0.033m/ns,混凝土的電磁波波速是0.12 m/ns。具體的反射原理的示意圖如下圖 1 所示:



  (二)隧道檢測中地質雷達無損探測技術的理論研究與模擬試驗原理
  從理論研究以及模擬試驗的角度出發(fā),隧道檢測中地質雷達電磁波在介質之中的實際傳播速度將會隨著介質的標準相對介電常數變化而變化,具體來說,介質的標準相對介電常數增加,那么雷達電磁波的傳播速度將會降低。從某種程度上講,介質的標準介電常數既與介質自身性質有著密切關系,還與介質之中的含水率情況有著密切關系,若隧道中襯砌孔隙相對較多,而且含水量也相對較多,那么地質雷達電磁波的波速會明顯降低[3]。隧道檢測中物性的差異情況會反映到波速差異上,也會嚴重影響到信號的強度情況。當在野外工作的時候,巖石、混凝土以及土的工程介質之間是存在物性差異的,而且它們之間的界面也能形成反射,當介電常數差異相對較小的時候,其界面的實際反射信號盡管不會太強,然而地質雷達卻有著非常高的靈敏度來將其準確辨別出來?;炷烈约皫r石等介質與空氣、金屬以及水之間的具體電磁性質是存在較大差異的,且界面的反射信號會非常強,因此也就非常容易被識別。通常情況下,隧道襯砌檢測工作過程中,空洞、金屬構件、劈裂空隙以及飽水帶的反映是非常明顯的[4]。
  二、隧道檢測中地質雷達無損探測技術的應用
 ?。ㄒ唬┑刭|雷達無損探測技術在隧道檢測應用中的數據收集功能
  地質雷達無損探測技術在隧道檢測工作的應用過程中,控制器會借助天線發(fā)射信號,從而與隧道襯砌進行密切結合,而且還會沿著檢測線路實施逐步滑動,隧道檢測中雷達發(fā)射主機會向隧道內部發(fā)射高頻率的雷達脈沖,之后在隧道內部開展連續(xù)性信號與數據收集。一般情況下,雷達主機每秒能夠發(fā)射大約六十四個脈沖信號,而每一次發(fā)射高頻脈沖的時候,該區(qū)域則會出現四十五到六十個測點。雷達時間剖面中的每個測點的具體位置以及隧道長度是直接關系的,為了在一定程度上保障檢測效果以及位置的準確性,往往會在隧道內壁上面每隔一定的距離就會做一個標記,而且還要把隧道里程準確標注在上面[5]。當雷達天線裝置有效對準標記的時候,操作人員就會向儀器內部輸入一定信號,值得注意的是在雷達記錄過程中與隧道內部的標記是一致的,在測量距離的時候需要每隔一段長距離然后做一個相對較大的標記。當相應的信息數據收集完成之后,再進行材料整理工作,在這個整理過程中應依據標記與記錄情況,有效確定材料的準確性,并在雷達時間剖面圖上面對里程樁號進行明確標注。
(二)地質雷達無損探測技術在隧道檢測應用中的數據處理以及資料解釋
  地質雷達無損探測工作中,雷達探測的透視掃描記錄數據將會在現場回放的期間轉儲在專用的計算機硬盤之上,然后利用電腦實施分析處理。隧道檢測數據以及資料的處理可以劃分為兩個階段,第一個階段是把記錄數據的圖像回放顯示情況,借助分析研究,確認出標志層以及異常情況,然后確定出存在異常情況的處理參數與使用程序等。第二階段是采用雷達專用的軟件實施正式的數據處理。在隧道檢測的資料解釋過程中,地質雷達無損探測技術在隧道檢測中所接收到的反射波是來自不同電性界面中的,主要包括地質層界面以及有限目的體界面等。地質雷達透視掃描工作中可以提供由十六種色彩組合而成的二維圖像,而且不同色彩反映出來的電磁波反射強度是在不斷變化的,也反映出了不同介質之間的電性差異。根據雷達圖像之中在相位情況、頻率情況、幅值情況以及形態(tài)上的不同,對雷達剖面實施有效判別,然后把不同地段剖面與鉆孔資料進行對比,從而找出了反射波形的具體特征,最終對混凝土的厚度情況、襯砌周圍的松散帶情況、圍巖的松動帶情況以及基巖的裂隙帶等情況進行解釋。
  結語
  總而言之,地質雷達無損探測技術在隧道檢測工作中的應用可以在一定程度上有效探測到隧道脫空區(qū)范圍、襯砌外圍的擊巖富水情況、襯砌厚度以及襯砌開裂情況等,從而為施工過程中的加固措施提供科學依據,排除一定的安全隱患。因此,在地質雷達無損探測技術應用過程中,需要熟練掌握地質雷達無損探測技術在隧道檢測應用中的數據收集功能、數據處理以及資料解釋功能等,確保隧道檢測的科學化。
  參考文獻:
  [1]謝朝葉.隧道檢測中地質雷達無損探測技術的應用研究[J].城市建筑,2014,(33):261-261.
  [2]楊光華.關于隧道常見質量問題與檢測技術的思考[J].城市建設理論研究(電子版),2012,(19).
  [3]康欽峰,楊成銘,王朝陽等.公路隧道常見質量問題與檢測技術的探討[J].城市建設理論研究(電子版),2012,(11).
  [4]蒙軍.談地質雷達在隧道襯砌檢測中的應用[J].工程建設與設計,2011,(4):154-156.
  [5]羅強,徐強.淺析公路工程隧道檢測的相關問題[J].城市建設理論研究(電子版),2015,(2):2145-2146.

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