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地质雷达在隧道工程检测中的运用

发布时间:2021-05-04 09:17人气:

地质雷达是目前我国各个隧道工程中用于检测的主要设备,因此,对地质雷达具体工作原理与工作方式进行分析,对地质雷达的具体应用形式展开讨论,并针对具体案例的分析进一步了解地质雷达的作用及应用,并得出结论:地质雷达能够对隧道工程的混凝土厚度、胶结度以及钢筋使用情况等进行准确检测,并在保证隧道工程混凝土结构整体性的同时做出科学检测。

关键词:隧道工程;地质雷达;工程检测

1地质雷达工作原理

地质雷达是指利用电磁波发射及折回对地下电性界面进行探测、观察的重要设备。在对地下进行探测时,地质雷达通过发射高频电磁波对周围环境进行勘查,而由于地下各处石质、土质横截面不同,且能够折射电波的能力也存在差异,因此在不同形态地质情况中折回的电波频率也不尽相同,而通过对折回电磁波、地质雷达发出电磁波以及折回时间等相关数据的分析与计算,通过最终处理得到地下勘测数据。而后,利用地质雷达探测结果结合施工现场施工地质情况以及相关地质勘查资料等,最终对地下地质情况、空间位置、内部环境以及构造等做出判断。

2隧道工程检测中地质雷达的工作步骤

2.1预先准备

首先,在对隧道工程进行探测前,相关技术人员需要对地质雷达进行探测前检验与评估,确保该地质雷达设备能够正常使用,避免在探测时出现设备损坏等情况;其次,应当对地质雷达传输数据的标准参数进行确定与对比,并且在探测前做好地质雷达检测工作,且将不同数据进行标注,通过重复检测、多向检测对地质雷达进行检验,提升地质雷达探测数据的准确性。

2.2地质雷测线布置

首先,在对地质雷达投入使用前,需要根据隧道走向、面积、地质情况等,利用科学计算等形式初步设定地质雷达分布的线路,确保将地质雷达的作用充分发挥。而在具体确定线路时,由于布置工作较为方便且快速,存在较高灵活度,因此在进行线路布置时只需要根据具体探测内容和探测目的进行雷达测线布置;其次,通常来讲,地质雷达测线布置方式包括检测点布置、网格路线布置以及检测线路布置等,而在具体探测工作中,施工单位应当根据自身工程情况选择最为适合的布置方式。

2.3探测数据整理与采集

首先,在利用地质雷达进行探测时,相关人员需要将雷达的天线兆数调低,并需要利用连续探测的方式,保证在15~30min内持续对隧道内部以及混凝土结构进行准确探测;其次,由于不同隧道工程对混凝土质量及隧道整体水平的要求不同,因此需要根据实际情况利用地质雷达针对不同部位进行探测。而在探测时,相关人员应密切关注地质雷达传回来的影像图与相关数据,并进行采集,确保将所有数据全都统计,并结合地质雷达探测原理对其初始数据进行采集与校正,提高检测准确度。

2.4地质数据分析以及数据解释

在实际地质勘察中,地质雷达勘测需要将勘察数据资料详细记录,将其中的数据进行全面解释,利用数据分析的方式分析出其中的地质特点以及属性,地质雷达勘察中主要包含隧道中的掌子面检测、地质属性等方面的勘察等,利用综合手段对其进行全面分析,结合数据检测做出正确的判断。

2.5探测验收工作

第一,应在地质雷达探测工作完毕后,进入隧道施工范围对地质雷达探测到的结果及时发送到施工现场的计算机接收终端,而相关人员则需要对数据、图像等进行计算与分析,并针对探测结果对隧道工程做出相应调整,并最终能够对施工进行验收与评估;第二,在检测后需要将检测数据进行收集并作为资料保存下来,并对设备进行妥善保管,确保下一次能够顺利进入检测工作中。

3隧道质量检测中地质雷达的具体应用

3.1对衬砌混凝土厚度的检测

在传统检测方法中,我国大部分施工单位普遍采用钻心法来对衬砌混凝土的厚度进行检测,但由于此方法对衬砌混凝土的整体性破坏较大,且对工程质量产生一定影响,同时该检测结果也不具代表性,因此,近年来我国多数施工单位已经改为采用地质雷达检测法对衬砌混凝土的厚度进行评估,不仅能够保证混凝土整体性不被破坏,同时也因雷达检测的持续性较强而将检测结果的准确性大幅度增加,因此,自90年代起,地质雷达已逐渐成为我国重要检测方法之一。

3.2对衬砌混凝土内部胶结度的探测

部分施工单位在进行混凝土材料配比时,由于搅拌过程存在问题或者配比材料自身质量较低,而该混凝土材料在浇筑时则出现浇筑不均匀、气泡过大过多以及缺少规则性等,但采用传统检测方法无法对这些情况及时进行检测,因而出现之后胶结度较低的情况。而使用地质雷达对衬砌混凝土进行检测,则能偶在检测时通过发射高频电磁波的方式对混凝土整体内部结果进行探测,并结合相关数据处理软件等,一旦发现胶结度较低的部位,则能够通过信号传播、发送等将即使图像输送到计算机接收终端,将检测结果直观地呈现出来。例如,当地质雷达在探测时接收到波动较大的反射波,且呈现畸形、振幅明显增强等形式,则说明在混凝土内部出现了大范围局部变化,如果波形出现凌乱形式,则证明该处衬砌混凝土的胶结度较低,密实度较差。

4地质雷达在某隧道工程检测中的应用实例

4.1隧道工程概况

某隧道属于双线分离式隧道,且左右分布共四条车道,整个隧道包含入口、出口,且在施工时采用两侧相向同时施工方法,隧道长度共计5527m。该隧道在入口处包括较多废弃煤矿等,由于这些煤矿经过长期过度开采已成为多个煤矿采空区,因而在具体施工时,无法对这些煤矿采空区内部空间大小及延展形式进行准确测量。而在具体施工过程中,为了提高隧道施工质量、提升隧道施工安全系数,本次施工采用地质雷达检测法对隧道衬砌质量进行探测。此次地质雷达预报设备为RAMAC/CUIII型探地雷达,选用大小为100MHz的屏蔽天线。采用点测法进行数据采集,采样频率1196MHz,采样点数512;叠加次数128次,测点间距0.1m,采样时窗620ns。衬砌质量检测采用800MHz屏蔽天线,沿侧线使用连续剖面扫描法,采样点数512,采样时窗50ns。

4.2对混凝土喷层厚度的检测

首先,由于隧道内部围岩存在一定压迫性,因此在进行衬砌混凝土施工时需要针对围岩自身存在压迫度等进行全面检查与分析,同时根据科学计算方法对衬砌混凝土的厚度进行计算,确保能够利用衬砌混凝土的厚度对围岩进行支撑。利用衬砌混凝土的承载力将围岩的挤压值降低到最小化。而根据我国《隧道施工技术规范》中的指示,在对混凝土喷层的平均厚度进行确定及检测时,当其厚度的90%大于设计厚度时才算作标准,且其厚度也应当是设计厚度的1.5倍。而为了能够在不损害衬砌混凝土的前提下,利用地质雷达对其喷层厚度进行检测,通过对检测图的分析,最终得出结论:该墙壁的检测点厚度与最小厚度均已达到标准水平。

4.3对混凝土缺陷情况的检测

在我国隧道工程中,由于混凝土质量低下等存在问题,衬砌混凝土主要存在密实度底、脱空面积大以及出现空洞三种缺陷形式。则有可能在隧道爆破施工过程中,例如,隧道工程单位在进行二次衬砌时,如果一旦出现防水板铺挂不当、封顶混凝土不均以及混凝土自身收缩等情况,则容易导致混凝土发生缺陷。如果利用爆破技术对该混凝土进行检测,由于爆破人员自身技术不够熟练、混凝土质量不达标等情况存在,因此在爆破后会出现爆破程度过大、爆破程度不够以及爆破表面凹凸不平等情况。因此,本次检测采用地质雷达对混凝土缺陷情况进行检测。该隧道的空洞中常含有空气,混凝土空洞中电磁波从衬砌经过空气时,介电常数相差较大,产生一条反射波,在空气中电磁波衰减较小,因此在空洞中易产生较强的多次反射,形成带状或三角状波形,同相轴呈弧形且与相邻轴不连续。隧道混凝土不密实、脱空、空洞所对应的地质雷达图像的波形特征见表1。

4.4钢支撑位置及数量

在对施工混凝土内部钢筋分布支撑位置、钢筋数量等情况进行检测时,可采用地质雷达检测方式。其原理为:钢筋自身存在较高密度,而地质雷达在勘测时所发出的电磁波遇到钢筋时会形成折回波,而该过程则能够通过数据计算软件等立即形成反射图像,例如,当混凝土中存在钢筋时,电磁波遇到钢筋会呈现出较为强烈的月牙形绕射信号,而每一个绕射信号都代表其中一钢筋及其位置。通过利用地质雷达对钢筋位置和数量进行检测,判断该位置的施工是否符合施工要求,提高施工质量检测率。

5结语

结合实例分析后我们可以知道,地质雷达不仅能够提高工程检测整体性与科学性,同时也具有较高的科学性、全面性,是目前我国普遍投入施工检测工程中的主要检测方法之一。而在具体应用过程中,为了进一步提升地质雷达勘测准确率,不仅需要对设备自身数据进行调试,同时也要提升技术人员与接收设备的整体水平,通过对检测结果的准确分析与详细计算等,确保隧道工程中混凝土整体质量,提升隧道工程的使用寿命和安全系数,为将来的隧道施工工程提供参考依据。

 

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