公路隧道衬砌结构雷达检测结果解译方法探讨

第43卷第5期 2 0 1 7 年 2 月

山 西建筑 SHANXI ARCHITECTURE

Vd.43No.5Feb. 2017

文章编号：1009-6825 (2017) 05-0192-03

公路隧道衬砌结构雷达检测结果解译方法探讨

赵文村秦峰王连成

(招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆

400067)

摘要:介绍了地质雷达检测衬砌的原理与检测数据的处理流程，从二次衬砌结构厚度、钢筋分布、密实情况三方面，探讨了公路

隧道衬砌结构雷达检测结果的解译方法，有效提高了地质雷达检测结果的直观性和准确性。

关键词：隧道衬砌，地质雷达，解译方法，钢筋

中图分类号:U455.91

。引g

随着我国公路事业的快速发展,公路隧道衬砌病害问题也随 之而来。地质雷达无损检测也被广泛的应用到隧道建设运营过 程中去，如隧道运营中二次衬砲空洞造成的渗漏水、衬砲密实情 况和钢筋分布情况的检测验收等等，并且随着地质雷达无损检 测方法的日趋成熟，该项方法也已经被列人规范中去。但是地 质雷达作为一种方法，检测结果提供的是一种数据，提供的是雷 达图像，数据经过处理后很多病害问题需要有经验并且了解隧 道衬砲结构的人员进行解释、解译。怎样尽量将大量的检测数 据和图像呈现出来，指导隧道衬砲病害的处置及设计是非常重 要的。本文将探讨公路隧道衬砌结构病害的地质雷达检测结果 的解译方法。

1地质雷达检测衬砌原理及应用情况

地质雷达法通常是一种甚高频至微波段电磁波反射探测法， 它利用发射器通过发射天线向隧道衬砌与中定向发射电磁波，工 作时天线密贴在衬砲表面，仪器与工作人员均在高空作业车上或 汽车内，共同随汽车的匀速行驶向前移动。传播的电磁波当遇到 有电性差异的界面时即发生反射，通过反射情况计算深度，再根 据反射波的形状、线度及其在横向和纵向上的组合特征和变化情 况，结合检测对象的结构特征，判断目标性质即进行目标识别，进 行地质解释，如衬砲厚度、空洞和钢筋分布等（见图1)。

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主机

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衬砌

图像

图1地质雷达检测衬砌原理图

根据雷达电磁波传播原理，可导出地质雷达方程为：

_P,G1QVV2 4aR

其中，A为接收机接收到的功率，W;P,为发射机发射功率，

W;fl为天线到目标的距离,m;

4为天线有效面积,m2 ;C为天线

增益，dB;(?为目标截面面积，m2;A为空气中的雷达波波长，m;/ 为雷达中心工作频率，Hz;c为真空中的雷达波速度（光速），3 x108 m/s〇

地下介质一般为非强磁性非导体介质，即满足条件=M。=收稿日期

:2016-12-05

作者简介:赵文轲（

1984-),男，硕士,工程师

文献标识码:A

12.57 x 10_7 H/m,位移电流比传导电流更加占优势（即 1),所以电磁波速度为〃=|=+,可简化为：

« vV

其中，a> 分别为角频率、电导率、介电常数、相对

介电常数、磁导率、介质的雷达波传播速度。再通过速度和传播

时间计算深度。

对于病害公路隧道，采用地质雷达检测，可充分利用地质雷 达的特点，通过电磁波在介质中的传播特性，了解衬砌内部的结 构组成，找出结构缺陷及病害位置。一般选取中心频率为

400 MHz ~900 MHz的雷达天线，可检测隧道二次衬砌、初期支护 及背后围岩内部结构及密实情况等。

隧道衬砲现场检测时，由于隧道结构的特殊性，一般布置3

条~9条纵向测线（特殊情况下布置环形测线），检测时，利用检

测车或门式脚手架以3 km/h ~ 5 km/h的车速进行检测。雷达现 场检测方式与测线布置示意图见图2,图3。

图2雷达现场检测方式示意图图3雷达现场检测测线布置示意图

2地质雷达检测数据处理流程

地质雷达检测数据，通常的处理步骤有:截取直达波(地面调

整）、滤波、增益调整、编辑剪切、距离归一化、里程调整、反褶积、

偏移归位、希尔伯特变换、傅里叶变换等，如图4所示。地质雷达 检测结果的解释，最终都以数据或者图形的形式呈现。

地面调整滤波

反褶积I

增益调整滤波

编辑剪切

校正及修正添加里程偏移归位傅里叶变换

解释

希尔伯特变换

图4地质雷达数据处理流程图

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赵文轲等:公路隧道衬硇结构雷达检测结果解译方法探讨

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3检测结果解译方法探讨

公路隧道衬砌常见的结构病害有:二次衬砌厚度不足，二次

量问题的病害。地质雷达检测能有效的判定隧道衬砌结构中不 密实脱空的分布情况，但是由于雷达检测方法的局限性,往往只 能提供纵向测线范围内脱空的长度分布，不能提供脱空范围的环 向分布范围，所以针对一些特殊情况，应增加环向地质雷达测线， 充分判定空洞的分布范围。另外隧道衬砌结构复杂情况下，检测 人员在判读解释时，应充分了解衬砌结构的设计情况和施工资 料，避免将结构预埋件等判读为不密实情况(见图8)。

衬砌不密实，二次衬砌钢筋缺失、初期支护钢架缺失等等。针对 这些常见病害，该如何解译，将检测结果有效并且直观呈现出来， 是下面讨论的主要内容。主要从二次衬砲厚度、钢筋分布和密实 情况来讨论。

3.1 二次衬彻结构厚度

通常情况下二次衬砌厚度检测结果都是以数字结果呈现，相 关规范也要求了按一定间距进行检测并提供厚度值，但对于公路 病害隧道，衬砲结构在处置前的地质雷达检测需要提供大量更详 尽的数据，且要将这些数据更直观的呈现在报告中。为此，通过 大量的实践，我们通常将二次衬砌厚度结果呈现为除数据之外的 另外两种形式:二次衬砌厚度曲线图和二次衬砌厚度等值线图。

3.1.1二次衬砲厚度曲线图

将地质雷达判读的二次衬砌厚度和设计厚度同时绘制在图 表中，如图5所示。这种图表能直接准确的将雷达测线范围内检 测到的衬砌厚度值和设计厚度值对比，直观判断衬砌欠厚的段 落、范围和程度，给病害处置设计和施工提供更直观的结果。衬 砌厚度曲线图理论上需要更详尽的检测厚度数据，根据测线里 程，数据间隔越小，曲线越平滑，但这又受限于雷达的扫描速率和 数据的处理工作量，通常我们建议按〇.〇5 m~ 0.5 m的里程间距 厚度值进行绘制厚度曲线图，尽量不要超过〇. 5 m,避免检测厚度 曲线图出现锯齿状和失真。

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桩号

图5某隧道边墙 测线厚度曲线图

3.1.2二次衬砲厚度等值线图

二次衬砌厚度等值线图则是更进一步将雷达检测的多条纵 向测线的二次衬砌厚度值综合起来绘制成一副平面的等值线图 (见图6),类似于地面高程的等值线，其中采用了一些插值计算 的方法，如克里格插值计算等。二次衬砌厚度等值线图更加直观 的将整个隧道衬砌厚度缺陷情况呈现出来，采用不同的等值间隔 和色彩绘制，让处置设计和施工者从宏观上了解隧道衬砌的欠厚 段落和欠厚位置，利用颜色区分衬砲的欠厚严重程度等。绘制厚 度等值线图是一种根据有限的数据插值运算得到的结果，为了保 证图像结果的准确度，就要尽可能的加密测线，一般情况我们建 议测线数大于7条，单条测线按不大于0.5 m提供判读厚度，这样 才能保证厚度等值线图有参考价值。

3.2二次衬彻钢筋分布

目前的地质雷达检测技术已经能有效的检测二次衬砲钢筋 的分布情况，钢筋的数量和内部位置等。采用成熟的解译软件， 通过数据处理解释可直接将二次衬砲钢筋的分布情况标注在雷 达解释图谱上。病害检测报告根据数据解译情况提供二次衬砌 钢筋数量、分布、位置情况及雷达解释图谱(见图7)。

3.3二次衬砌密实情况

衬砌脱空是公路隧道最常见的病害，也是最容易引起衬砌质

里程桩号/m

0.00「

91 9.000 91 966.000 91 968.000

91 970.000

~ 0.50

-------------------------1

$眯 1.00

1.50

2.00 0.00

0.50

1.00

图7

某隧道拱腰测线二次衬砌钢筋分布及钢筋保护层厚度解释图

里程桩号/m〇452.00

.〇〇^^

456.00 460.00

4.00

0.50 ►

吋砌预埋件

1.00

图8

某隧道拱顶测线二次衬砌预埋件雷达图

4结语

本文针对公路隧道衬砌结构病害的地质雷达检测结果解译

方法进行了探讨，提出了雷达数据结果解译时的一些方法，这些 方法能有效的提高地质雷达检测结果的直观性和准确性。1)采

用二次衬砌厚度曲线图和二次衬砌厚度等值线图的雷达结果解 释方法，能使检测结果更直观的展示给使用者，减少错误解读和 使用效率;2)二次衬砲钢筋检测结果，对位置、间距和数量的直观 图谱呈现，能更准确的提供给结构分析和受力计算者详尽的参数 依据;3)二次衬砌密实情况的判读解释应尽量建立在更详尽的检 测数据和对衬砌结构充分了解的基础上。参考文献：

[1]粟毅，黄春琳•探地雷达与应用[M]•北京：科学出版社，

2006.[2]

金一庆.数值方法[M].北京:机器工业出版社,2002.

[3]JTG F60—2009

,公路隧道施工技术规范[S ].

[4]

重庆市交通委员会工程质量安全监督局.重庆公路隧道地 质雷达检测技术指南[Z]. 2015.

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SHANXI ARCHITECTURE

山西建筑

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文章编号：1009-6825 (2017) 05-0194-02

三维TSP在浦泥隧道空腔及松散体探测中的应用

(云南省公路科学技术研究院，云南昆明650051)

摘要:介绍了三维TSP探测技术的原理，采用该技术探测了杨林隧道突水、涌泥的基本情况，并简述了探测系统的布设方法，将 探测预报成果与实际开挖现状作了对比，为隧道施工中地质灾害的治理提供了依据。

关键词:三维TSP探测技术，險道，突水，涌泥中图分类号:U456.3

高速公路隧道施工过程中，涌水突泥事故是隧道工程施工中 涌泥发生段，通常在隧道周边形成较大的空腔和松散堆积体，为 减少工程隐患、确保工程质量，通常要采用泵送混凝土回填和注 浆固结等工程措施进行处治。而治理的前提是探明空腔的区域 位置，为制定处治方案、降低处治安全风险、确保处治效果提供了 基础地质资料，因此发生涌泥后所形成空腔的大小及区域位置一 直都是各方迫切需要了解的焦点问题。目前在隧道超前地质预报 中运用三维技术已有一些研究[3_5]，但面对涌泥等形成的特殊工作 环境，难以满足其适用条件。本文以云南昆明绕城高速公路东南段 杨林隧道ZK21 +788 ~ZK21 +816涌水突泥的治理为例，着重阐述 了三维TSP在涌泥发生后空腔和松散体区域探测的成功应用，该 技术的推广应用将为类似地质灾害的治理提供更精确更直观的基 础地质资料，为避免在涌泥事故处治中盲目注浆提供了新的依据。

①

杨绪祥罗建杰

文献标识码:A

过Amberg TSP Plus软件进行处理，获得P波的深度偏移三维图、

岩石物理及力学参数和岩石参数表等成果。最严重的地质灾害之一，严重影响隧道施工安全和结构安全[1’2]， 速度剖面三维图、

2三维TSP技术在涌泥空腔探测中的应用实例

突水、涌泥点地质情况

杨林隧道出口左洞ZK21 +788处围岩由全风化~强风化泥

2.1

质白云岩、页岩、泥质夹砂岩组成，呈镶嵌破碎结构,地下水丰富，

富水性强。详细地质构造见图2。

1三维TSP探测技术的原理

图2地质构造示意图

根据地质勘察报告杨林隧道区域构造示意图（如图2所示）， 发生突水、涌泥区域有一性质不明断层。围岩主要为中风化泥质 白云岩、白云岩、砂岩、粉砂岩、页岩等。薄层状~中厚层状，产状 320°乙28° ,271°乙29° ,节理裂隙较发育，岩体较破碎。地下水较 丰富，富水性较强，主要为基岩裂隙水，局部可能富存岩溶水。2.2杨林隧道突水、涌泥基本情况

杨林隧道左幅掘进至ZK21 +788处时，突然发生较大突水、

三维TSP探测技术在采集数据时与常规二维一致，方法是在

涌泥，首次涌泥量4 000余立方米。ZK21 + 800 ~ ZK21 + 788段上 台阶基本被泥沙填满，并在24 h内连续发生不同规模的涌泥两 次，最终涌泥量达8 000余立方米，将21{21 +800 ~21(21+816段 全部淤塞。

隧道左边墙或右边墙布设至少18个炮点，用少量炸药激发地震 波。地震波在岩石中以球面波形式传播，当遇到岩石物性界面 (即波阻抗差异界面，例如断层、岩石破碎带和岩性变化等）时，一 部分地震信号反射回来，一部分信号折射进人前方介质（如图 1所示）。反射回来的那部分将由高灵敏度的地震检波器接收。

接收的这部分信号就是TSP野外采集的原始数据，数据采集后，通

2.3探测系统布设

此次预报的设备为Amberg Measuring Technique公司生产的

TSP203型三维地质超前预报仪。探测系统是在隧道一侧布设一

Abstract： This paper introduced the geological radar detection lining principle and the treatment process of detection data, from the secondary

lining structure thickness, reinforcement distribution, density situation three aspects, discussed the interpretation method of highway tunnel lining structure radar detection results, effectively improved the intuitiveness and accuracy of geological radar detection results.

Zhao Wenke Qin Feng Wang Liancheng

(China Merchants Chongqing Communications Research & Design Institute Co. , Ltd, Chongqing 400067, China)

Discussion on interpreting method of detection results of lining structure radar in highway tunnel

Key words： tunnel lining, geological radar, interpretation method, reinforcement

收稿日期=2016-12-07

作者简介:杨绪祥（1984-),男，硕士,工程师