地质雷达法检测隧道衬砌施工质量技术总结(6)

2019-01-07 12:51

图6-8 仰拱中存在不密实情况的雷达图像

(2)底板无钢筋或钢筋间距偏大

图6-9为底板中钢筋间距偏大雷达图像,设计底板厚度30cm,钢筋间距为20cm,实测最大钢筋间距45cm,最小钢筋间距30cm(实测钢筋间距为5m平均值)。

图6-9 底板中钢筋间距偏大雷达图像

6.2影响雷达测试精度的因素

地质雷达是依据发射和接收宽频带、短脉冲的电磁波来进行检测,其精度的影响因素主要表现在一下几个方面。

6.2.1高频特性

雷达发射电磁波的主频越高,其波长越短,因此它的空间分辨率越高。列如:采用500MH主频的天线进行探测,如果电磁波在某介质中的传播速度为10cm/ns,其波长为20cm,若取波长的八分之一作为其分辨率,那么从理论上说主频500MHz电磁波的分辨率为2.5cm。同样如果采用1000MHz主频的天线进行

探测,它的理论分辨率可以达到1.25cm。

6.2.2宽频特性

雷达发射电磁波的主频越宽,它的空间分辨率越高。在实际工作中,希望在空间域和时间域上,能够发射和接收单一脉冲的电磁波信号,从信号分析的理论可以知道,频率越宽,相应的空间和时间域上的信号越窄,越窄的信号具有越强的空间和时间上的分辨率。单一频率信号在空间和时间上表现为一种该频率的正旋或余旋等振幅的振荡信号,其在空间和时间上的分辨率几乎为零。

6.2.3雷达测试的干扰因素

从上面分析可以知道,电磁波在介质中传播呈指数规律衰减。因此,电磁波在介质中传播时,能量损耗很大。尤其深部反射的有效信号微弱,微弱的信号极易受到干扰信号的影响。

雷达设备接收到的干扰信号主要有仪器内部干扰和外界干扰两种。 仪器内部干扰主要表现为天线盒震荡信号干扰、天线控制电路之间干扰、发射与接收天线的直接耦合干扰等。

仪器内部干扰相对稳定,但是当气候发生变化时,其内部干扰也会产生不稳定的变化。首先主要表现为天线与发射器、接收器的阻抗的不匹配,在此进行能量的反射,这种能量的发射不仅减小了天线的发射功率,同时在此产生的振荡信号对有效波也是一种很大的干扰。其次表现为天线尾部端的反射振荡干扰。

仪器的外界干扰主要有电线杆与电缆线干扰、通讯设施、人型机械设备启动干扰、天线在测量过程中的抖动干扰等等。

6.2.4能量衰退

电磁波在介质中的传播过程是极其复杂的。这种高频、宽频信号在介质中的传播史一种有损耗的传播过程,它的反射、透射等现象不仅与介质的导电率有关、还和介质的介电常数相关。

从电磁场理论可以知道,当电磁波在无限线性变化的导电介质中传播时,在电磁场的作用下,使导电介质中的自由电荷作宏观移动,激起传导电流,必然有一部分电磁能转换为焦耳热能,还与电磁波的频率有密切关系。损耗使电磁场随传播距离衰减,使得离探测点远的目标引起的散射场很小,所以远处目标体散射的细节信息损失较大,这就影响了对细节的分辨效果。

6.2.5合成波速度带来的误差

高频。宽频信号在导电介质传播过程中存在频散现象,即不同频率成分的波,其传播速度不一样,因此深部的雷达反射信号不能凭借单一的频率信号进行描述,必须用合成波波速度来描述,单这样做必然影响深部距离的判别精度。

七、目前地质雷达法检测应用现状及存在的问题

地质雷达法可以对隧道衬砌混凝土厚度、密实性、脱空、钢筋钢架等进行快速检测,使隧道缺陷和病害能够提前发现并得到治理。它不仅克服了传统上以点盖面的只靠目测和打孔抽查来对隧道质量进行不全面检测的缺点,而且是一种采用高科技手段,以其高分辨率和高准确率、能快速、高效的进行无损检测的方法。虽然地质雷达法在隧道工程质量检测中得到了广泛的应用,并起到了积极的作用,但地质雷达法作为一种无损检测方法,仍存在一些缺点和不足。

7.1地质雷达本身存在的问题

地质雷达法是一种物探手段,是间接的对隧道衬砌进行检测,因此地质雷达本身就显得尤为重要,目前地质雷达存在以下一些问题:

7.1.1雷达天线高频特性能较好,低频性能差一些;

7.1.2发射功率较小,探测深度不足,尤为表现在对仰拱的检测中; 7.1.3雷达系统本身噪音较大,影响探测能力;

7.1.4有些雷达整体性差,接线太多,有的雷达采用笔记本作为记录器,现场检测不方便;雷达处理软件发展落后于硬件,对于缺陷的准确定位、标准图谱库的建立、检测结果的快速及可视化等有待进一步得到解决。

7.1.5雷达检测易受到外界的干扰,如大型机械设备、隧道电缆线、通讯设备、衬砌表面以及隧道空气中水分等。对于这些干扰,目前研究的不多,较难从有效信号中分离,这给检测数据的判释带来了一定的不确定性。

7.2检测技术人员存在的问题

目前铁路检测行业检测技术人员素质良莠不齐,尤其是隧道检测人员,很多检测人员缺乏专业的技术培训和考核,对地质雷达检测认识不够深入,尤为严重的是对于检测数据的处理和分析,不同技术人员往往有不同的见解,这给地质雷达检测带来了很大的不确定性。

7.3地质雷达法在铁路建设应用中存在的问题

7.3.1广泛应用,但不是万能灵药

目前各在建铁路均采用了地质雷达进行隧道衬砌检测,但在采用的同时有过于依靠无损检测手段而忽视破损检测的现象。在检测中应当以地质雷达法为主,辅助采用其他检测手段,如目测、钻孔检验、采用钢筋检测仪等。

7.3.2相关规范、技术标准的滞后

利用地质雷达法检测隧道衬砌质量,起始于上世界90年代末,近年来大量的运用于隧道检测中,但目前仅铁路行业推出的《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》(TB10223-2004)对地质雷达法检测做了相应的规定,这远远赶不上地质雷达法检测应用的发展。

7.3.3检测中不确定因素的影响

地质雷达法检测隧道衬砌,在检测中存在较多的不确定因素,主要有: a.电磁波波速标定:依据规程每座隧道电磁波波速标定不少于1处,当隧道长度大于3km、衬砌材料或含水量变化较大时,应适当增加标定点数。我们知道混凝土材料的不同,龄期的不同,含水量的不同,对电磁波波速影响较大,因此在实际检测中,电磁波波速的标定远不能满足要求,造成衬砌厚度或空洞深度的判释存在较大的误差。

b.测线的不确定性:地质雷达检测是一种以线代面的检测,在某种程度来说仍是一种抽检,因此测线如何布置布置在哪里就尤为重要。虽然规范规定了隧道检测纵向布线的位置和数量,但是由于检测时检测台车和检测人员的因素影响,无法保证同一测线总是在同一位置。这给衬砌厚度、衬砌空洞及脱空程度检测带来了不确定性。

c.检测台车和检测人员的不确定因素

目前行业内检测台车大多采用在汽车、装载机等上焊接钢管架结构、采用路灯检修车或采用可升降的支架等,此类方法均存在一定的安全隐患,且由于隧道内部路面不平整,高低起伏,检测台架在行走过程中容易晃动,且检测台车宜受到隧道内摆放的各种设备和机械的阻碍。雷达天线主要依靠人工将其与衬砌表面密贴,由于检测台车的晃动、人员无法长时间用力等原因,造成雷达天线不能一直有效的与衬砌表面密贴。

7.3.4检测市场的不规范

随着铁路建设的发展,越来越多的检测单位、检测人员参与到隧道衬砌质量检测中,检测行业竞争越来越激烈,检测单价低,检测人员素质良莠不齐,因此有必要对隧道检测市场进行规范,引导其良性发展。


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