鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測方案
更新時間:2021-04-10 17:51
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一、 檢測依據(jù)及內(nèi)容
1、檢測依據(jù)
a、《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10003-2005,J447-2005);
b、《鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB10417-2003);
c、《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程》(TB10223-2004);
d、《客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)〔2005〕160號);
e、隧道設(shè)計(jì)圖。
2、檢測內(nèi)容
a、檢測二襯襯砌厚度;
b、檢測襯砌背后的回填密實(shí)度及內(nèi)部缺陷;
c、二襯鋼筋分布。
二、檢測方法和原理
1、地質(zhì)雷達(dá)法
地質(zhì)雷達(dá)法(Ground Penetrating Radar,簡稱GPR)利用主頻106Hz~109Hz波段的電磁波,以寬頻帶短脈沖的形式,由地面通過天線發(fā)射器發(fā)至地下,經(jīng)地下目標(biāo)體或地層的界面反射后返回地面,被雷達(dá)天線接收器所接收,通過對所接收的雷達(dá)信號進(jìn)行處理和圖像解譯,探測隱蔽介質(zhì)的分布和特征。地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射天線向隧道壁發(fā)射高頻寬帶短脈沖電磁波,遇到相對介電常數(shù)差異較大的介質(zhì)(如空洞、襯砌界面等)就會產(chǎn)生反射波,接收天線接收反射回來的電磁波并記錄其反射時間。根據(jù)電磁波在介質(zhì)中的電磁波速(v)和雙程旅行時間(t)可以計(jì)算襯砌厚度。當(dāng)天線沿隧道壁移動時就能得到襯砌內(nèi)部電磁波走時圖像(見圖1-1)。電磁波由空氣進(jìn)入二襯的混凝土層,會出現(xiàn)強(qiáng)反射;同樣,當(dāng)電磁波由二襯傳播至初襯繼而由初襯傳播到巖層時,如果二襯和初襯接合不良,或存在空隙,亦會導(dǎo)致雷達(dá)剖面相位和幅度發(fā)生變化,由此可確定襯砌厚度和發(fā)現(xiàn)施工缺陷。電磁波遇到以傳導(dǎo)電流為主的介質(zhì),比如襯砌中存在的鋼筋,會出現(xiàn)強(qiáng)反射,在雷達(dá)剖面上呈現(xiàn)明顯異常,以此可確定鋼筋分布情況。由于地質(zhì)雷達(dá)方法在其探測深度范圍內(nèi)具有工作效率高、高分辨率和異常圖像直觀等優(yōu)點(diǎn),因此,該方法廣泛應(yīng)用于工程質(zhì)量檢測領(lǐng)域。
在隧道襯砌厚度的檢測中,主要涉及到媒質(zhì)有:混凝土、鋼筋、空氣、水和圍巖,其物性差異如下表1-1:
從表中可以看出,隧道內(nèi)所涉及到的這幾種媒質(zhì)物性差異較大,會形成較強(qiáng)反射。比如當(dāng)襯砌內(nèi)有脫空或鋼筋(鋼拱架)都會產(chǎn)生十分強(qiáng)烈的反射,物性的明顯差異正是地質(zhì)雷達(dá)法檢測隧道襯砌質(zhì)量和鋼筋數(shù)量的前提條件。
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。
2、采用的儀器設(shè)備
本次檢測采用美國勞雷公司生產(chǎn)的SIR-3000型地質(zhì)雷達(dá)儀(見圖1-2),它是目前世界上最先進(jìn)的地質(zhì)雷達(dá)之一,該雷達(dá)用于本工程隧道檢測的基本配置(見表1-2)。
3、數(shù)據(jù)采集
a、里程標(biāo)記
a、 為了確保時間剖面上各點(diǎn)位置與實(shí)際位置檢測里程相對應(yīng),在隧道邊墻上,每10米作一個標(biāo)記,每20m標(biāo)注里程,保證清晰可見,以供核對。
b、天線的選擇
襯砌檢測中,由于隧道內(nèi)存在臺車、機(jī)械等鐵磁性物品,需要采用屏蔽天線。用于隧道襯砌檢測常用的天線,其頻率為200~1000MHz。頻率高的天線,精度較高,能量衰減較快,探測深度較淺;頻率低的天線,精度相對較低,能力衰減較慢,探測深度較深。
c、時窗的選擇
時窗選擇主要取決于最大探測深度d(單位:cm)與混凝土的電磁波速度V(單位:cm/ns)。時窗W(單位:ns)可由下式結(jié)算:
W=2d/V
實(shí)際工作中,時窗的選用值要增加50%,作為混凝土速度與目的層深度變化所留出的余量,一般將主要目的層的反射相位放在圖像上方三分之一的部位。確定時窗后,根據(jù)時窗大小調(diào)節(jié)采用率(或采用間隔)和采樣點(diǎn)數(shù)。
d、采樣率、采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)的選擇
采樣率是記錄的反射波采樣點(diǎn)之間的時間間隔。采樣抽取的原則應(yīng)滿足尼奎斯特(Nyquist)采樣定律,即采樣頻率應(yīng)大于信號頻率的兩倍。
以混凝土為例,假定電磁波速度為12cm/ns,如果存在縱向6cm空隙,那么信號頻率2GHz,要求采樣頻率大于(或等于)4GHz,此時的采樣率應(yīng)小于(或等于)0.25ns。如果時間窗口為100ns,那么采樣點(diǎn)數(shù)應(yīng)不小于400點(diǎn)。
e、增益點(diǎn)數(shù)的選擇
增益點(diǎn)的作用是使記錄線上的不同時段有不同放大倍數(shù),使各段的信號都能清楚的顯現(xiàn)出來,其位置最好是在反射信號出現(xiàn)的時段附近。時窗短時選2點(diǎn)增益,時窗長時選4或5。點(diǎn)之間的增益是線性變化的,增益的變化是平滑的。增益大小的調(diào)節(jié)是使多數(shù)反射信號強(qiáng)度達(dá)到滿度的60%~70%,增益太大將造成削頂,增益太小將丟失弱小信號。
f、濾波設(shè)置
目的是為了改善記錄質(zhì)量。濾波分垂向?yàn)V波和水平濾波,垂向?yàn)V波又分高通和低通,高通頻率選為天線頻率的1/6,高于這個頻率的信號順利通過,相當(dāng)于帶通濾波器里的低截頻率。垂向低通頻率選為天線頻率的2倍。低于該頻率的波順利通過,相當(dāng)于帶通濾波器熙的高截頻率。水平濾波分水平平滑和背景剔除。以消除儀器和環(huán)境的背景干擾。水平平滑通常取3道平滑,背景剔除功能只在回放時起作用。
g、天線的取向
天線的取向要保證電場的極化方向平行于目標(biāo)體的長軸或行進(jìn)方向(天線上已經(jīng)用箭頭標(biāo)出)。
三、 數(shù)據(jù)處理及資料判釋
3、襯砌背后回填密實(shí)度判定方法
a、密實(shí):信號幅度較弱,甚至沒有界面反射信號;
b、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;
c、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。
四、測線的布置
對于雙線隧道,按照《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程》(TB10223-2004),需在隧道中共布置7條測線,其中拱頂位置一條,左右拱腰、左右邊墻各一條及仰拱兩條(圖1-3)。其中左右拱腰測線在兩邊起拱線以上1m左右,左右邊墻測線在兩邊水溝蓋板以上1.5m左右,仰拱測線布置為左右線路中心線。
五、現(xiàn)場準(zhǔn)備工作
1、工作布線
每個隧道進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測,分別檢測隧道的拱頂、左右拱腰、左右邊墻以及仰拱鋪底(線路中心處,單線一條,雙線兩條),共6或7條測線。
2、準(zhǔn)備工作
a、要求各標(biāo)段施工單位自制檢測架,檢測架搭于汽車或運(yùn)輸車上,分2層平臺,從上至下第一層距拱
b、復(fù)印隧道典型斷面設(shè)計(jì)圖一份,頂2m左右,第二層于拱腰處,搭設(shè)的平臺兩側(cè)距襯砌面應(yīng)留有空隙,檢測架應(yīng)安全,適用,并應(yīng)得到檢測人員的認(rèn)可,杜絕因檢測車引起的安全事故。
c、各施工單位需派4-6人配合檢測。
d、應(yīng)對被檢測隧道進(jìn)行清理,確保車輛平穩(wěn)通過,以便連續(xù)檢測,應(yīng)避免仰拱測線處有水,并將仰拱測線打掃干凈。
e、在被檢隧道的左右邊墻上每10m作一普通豎向標(biāo)記(用紅油漆),整20m作里程標(biāo)記。并填寫好檢測單位所提供的隧道無損檢測現(xiàn)場記錄表
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