浅谈隧道钢筋混凝土衬砌检测方法
摘要：进行衬砌检测，为消除隐患提供支撑，探地雷达在实际工程中起着不可或缺的作用。
本文通过介绍探地雷达的原理与方法，并以实际工程中的检测分析为例，详细说明了其在隧道混凝土衬砌检测中应用。
关键词：探地雷达；隧道；衬砌检测；应用
中图分类号：u459.2 文献标识码：a 文章编号：1671-3362（2013）04-0057-02
引言
地质雷达检测是应用于隧道检测的一项新的物理探测技术，它能够快速、精确、实时地用波形图像显示隧道衬砌的结构剖面，能够让探测人员直观的分析和判断结构缺陷，大大提高了检测效率。
目前最为广泛的应用就是使用地质雷达对隧道混凝土衬砌结构进行
检测，通过对其直观的剖面图像和数据的分析，为检查和施工提供数据支持，无论是在初期探测，中期施工还是后期验收都能起到极大的支持作用，因此地质雷达检测已经成为隧道工程质量保证中不可或缺的工具。
1.探地雷达检测目的与方法
地质雷达检测隧道衬砌目的在于发现和解决施工缺陷，进而保证隧道安全。
隧道衬砌的质量检测主要包括如下内容：隧道衬砌厚度、混凝土回填密实度、衬砌背后未回填空区、复合式衬砌中衬砌间隙、围岩中地下水向隧道渗透位置。
混凝土衬砌检测目前常采用回弹仪法、超声结合回弹法、瑞利面波波速法等。
地质雷达使用高频频带和纳米级短脉冲，实际探测中，综合考虑介质属性、深度要求、杂乱回波的抑制、发射功率的有效作用后，依照要求操作，便可得到检测数据。
得到数据后，更关键的便是对数据处理和图像的地质解释这两方面内容，数字处理主要是对所记录的波形进行处理。
尽可能控制和减少随机噪声干扰，回波干扰，有效优化数据频度，最大可能还原原始数据，减少实测数据与真实数据的差异。
图像解释第一步便是识别异常，基于地质雷达图像的正演结果，图像与正常图像的区别，进而找出异常区域，进而进行地质解释，图像的异常识别是一项系统的工程，需要专门的研究团队对各种实际工程的标准模板进行测试和记录，得出其标准图像，另外图像解释需要测试人员丰富的操作与实践经验，能够准确的判断异常，保证测试结果与实际情况没有出入，否则测试便是失败的。
2.博泰克risk2探地雷达性能与检测原理
实际检测中我们使用的是意大利ids-risk2探地雷达，这种雷达具有一些十分明显的优点，如：（1）轻质便携，操作简单；（2）极高的发射速率和扫描速度；（3）天线屏蔽好，频带宽，信号稳定性强，分辨率最高的天线阵，高灵敏度；（4）直接连接gps，探测结果自动生成gis格式文件，便于信息化管理；（5）可精确定位与测量，良好的性能将为用户提供更精确、更全面的数据与图像。
探地雷达检测原理是根据电磁波在有损介质中的传播特性，检测
时雷达向介质发射高频电磁波，电磁波遇到不均匀介质时会发生部分反射，而反射系数是由具体介质的相对介电常数决定的，雷达接收反射回来的电磁波，用脉冲的形式进行数据处理和图像解释，从而识别隐蔽目标物特性。
我们知道电磁波在特定介质中的传播速度v是不变的，因此目标层厚度h可由（1）式得出
h=v*δt/2 （1）
h：目标层厚度；δt：地面反射波与地下反射波的时间差；v：电磁波在介质中的传播速度；其中v的大小由（2）得出
v=c/ε（2）
c：电磁波在大气中的传播速度，约为3×10m/s；ε：相对介电常数；
雷达发射的电磁波反射信号的振幅与反射系数成正比，低损介质一般以位移电流计算，反射系数r可表示为（3）；折射系数表示为（4）
r：界面的电磁波反射系数；t：界面的电磁波折射系数；
电磁波反射信号的强度与两层介质的电性差异成正比，雷达波的穿透深度与介质的电性和中心频率成反比。
探地雷达反射探测原理在实际得到的数据与图像还要受到诸多客观因素的影响，下面我们将用实际得到的数据进行分析。
3.实际工程中检测分析
雷达检测时，需将接收和发射天线紧贴隧道衬砌表面，因此需要在卡车车厢上或铁路平板车上用钢管和木板铺设成工作平台。
然后
雷达沿检测线滑动，为保证效率，天线沿测线应以5km/h 左右的速度滑动。
雷达仪主机高速发射雷达脉冲，便可进快速连续采集数据。
采集数据后通过数据处理可以得到脉冲图像。
对于数据和图像的判识和计算：
衬砌界面：在探地雷达图像的上部，波形振幅较强，同轴同相比较连续的第一组波形为衬砌界面反射信号。
界面判识后如要计算衬砌厚度值，输入正常的介电常数值即可，计算机可自动得出数值，厚度的计算公式为：
衬砌混凝土缺陷及位置：由于混凝土衬砌与空气的相对介电常数的差异很大，所以探地雷达图像中反射信号波形表现为振幅活动较强，呈现多次波现象，根据波动原理，混凝土中的钢筋和拱架也会产生反射，波从混凝土进入钢筋时，在图像上界面处会先叠加为正波；波从混凝土进入空气时，在上界面处会先叠加为负波，可在雷达图像中准确拾取界面反射的双程旅时，根据公式求得缺陷的位置；此外衬砌不密实可能是由于混凝土离析振捣造成的，从波形特征与空洞的反射相似，有强烈的多次反射，但反射很弱。
实际工程中通过检测得到雷达图像，通过同相轴追踪识别有效信号，再全面地分析雷达反射波的波形、相位及振幅特征，进而对比各种雷达信号相应波形特征，检测人员根据数据和经验，确定波形对应的地质特征，如下是对一些常见图像的分析。
（1）衬砌围岩分界线：由于混凝土衬砌与围岩或者间隙的介电常数不同，因此在波形图上便存在差异性，产生分界。
雷达发射的
直达波周期长，图像呈现为水平同相轴，目标反射波与直达波叠加呈现图像却是上下起伏，故而衬砌与围岩在图像上有明显分界，同理，一旦喷射的混凝土与衬砌之间存在间隙，也必然会在图像上反应出来。
如图（1）
（3）混凝土填充缺陷：由于爆破或围岩本身特征，再有回填不完美，在衬砌与围岩之间会形成不密实区域，雷达波形图像就会显现出频率和波幅变化范围大，波形杂乱的图像特征。
进而可推断出结构不稳定或者混凝土回填不密存在间隙。
如图（3）
图（3）结构不稳定或混凝土回填缺陷图
（4）除了根据图像分析出一些质量缺陷，我们还可以计算出一些工程数据，如混凝土衬砌厚度，拱架与钢筋网分布位置，背水保护层厚度，围岩不稳定区域等，进而为工程施工和质量保证提供有效支持。
4.结束语
通过上文分析，首先我们必须肯定探地雷达在隧道混凝土衬砌检测中所起到的重要作用，它帮助我们能够高效快捷的获得工程地质数据，且能有效保证工程质量；其次对于地质雷达图像识别和数据处理决定着检测成功与否，正确的使用雷达，熟练的掌握各种地质图像特征，具有丰富的经验和细心的操作这几个方面都不可或缺。
总之，地质雷达的使用仅仅是我们达到检测目标的手段，更重要的是我们的工作人员负责任的态度，只有端正的态度加上先进的技术，我们的工程质量将会得到最大程度的保障。
参考文献
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