隧道初衬背后空洞地质雷达探测研究.pdf

公路?2009年12月?第12期 HIGHWAY?Dec?2009?No?12 ?文章编号:0451-0712(2009)12-0189-03????中图分类号:U452?11????文献标识码:B 隧道初衬背后空洞地质雷达探测研究雷?鸣 1,2,龚书林 3 (1?广东云梧高速公路有限公司?云浮市?527300;2?广东省长大公路工程有限公司?广州市?510620; 3?湖南省高速公路管理局?长沙市?410001) 摘?要:探地雷达是岩土工程检测中较为经济、高效的检测工具之一,可以对初衬喷射混凝土的厚度、背后空洞及超挖回填密实情况进行探测。关键词:地质雷达;隧道;初衬;背后空洞??探地雷达以其经济、无损、快速而直观的特点成为了近年来岩土工程检测最主要的工具之一。雷达波频率高、波长短、分辨率高,可实现连续性测量,是目前钢筋数量、混凝土厚度、质量和围岩状态探测的首选方法之一。探地雷达类似于探空雷达,他是利用高频电磁波束的反射来探测地下目标体。由于我国近年来经济的发展,基础设施建设的增多,使得探地雷达技术在工程方面的应用越来越广泛。近年来,该技术已被广泛应用于工程地质勘查、土木工程检测、矿产资源勘查、水文与生态环境调查、地质灾害预测、地下掩埋物体的探测等众多领域,特别是在混凝土无损捡测,确定钢筋位置和数量、衬砌与围岩之间的空洞、喷射混凝土的厚度等方面发挥着越来越大的作用。 1?地质雷达探测工作方法 1?1?地质雷达工作原理地质雷达(简称GPR)剖面测量与声纳、地震反射法类似,采用的是时间域脉冲雷达,将宽频带的脉冲电磁波发射到介质中,通过接受反射信号达到探测目标体的目的,雷达系统向被探测物发射电磁波脉冲,电磁脉冲穿过介质表面,碰到目标物或不同介质的界面被反射回来,根据电磁波的双程走时,分析确定探测目标的形态及结构特性,其探测原理如图 1所示。通过对GPR时域波形的采集、处理和分析,可确定地下界面或地质体的空间位置及结构。因此, ??在发射和接收天线同步移动,进行地质雷达剖面测量时,通过测量地下介质中的雷达波传播速度、振幅、相位就可以确定反射体的深度等参数。从方法原理来看,要获得有效的反射波,必须存在有电性差异的界面。图1?地质雷达探测原理 1?2?天线频率选择 GPR探测深度随着天线频率的不同而不同, 一般为0?5~80m。总地来说,频率越低,探测深度越大,与此相对,频率越高,探测深度越浅。对初衬喷射混凝土背后空洞及超挖回填密实情况进行探测一般选用400M~1?5G的天线,不同天线频率的适用范围见表1。本文选用900M天线作为实测研究。表1?天线频率与分辨率、最大测深及盲区天线频率/MHz 分辨率/m 最大测深/m 盲区/m 2000 0?04~0?08 1?5~2?0 - 900 0?2 3~5 0?08 500 0?5 7~10 0?25~0?5 300 1?0 7~10 0?5~1?0 150 1?5 10~15 1?0 收稿日期:2009-11-05 1?3?介质的介电常数相对于探地雷达所用的高频电磁脉冲而言,工程勘探和检测中通常所遇到的介质都是以位移电流为主的低损耗介质。在这类介质中,反射系数和波速主要取决于介电常数[1]。?= ? 1- ? 2 ? 1+ ? 2 v= c?式中:?为反射系数;v为速度;?为介质的相对介电常数;c为电磁波在空气中的