维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第１９期 西 建 筑 Ｖｏ１．３３ ＮＯ．１９ ・３３２・ ２ ０ ０ ７年７月 山 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵ础 Ｊｕ１．２００７ 文章编号：１００９—６８２５（２００７）１９—０３３２—０２ 地质雷达在隧道工程无损检测中的应用 李 伟 摘要：以云南省某高速公路隧道建设为例，通过对地质雷达基本原理的论述，详细介绍了地质雷达在隧道质量检测中 的成功应用，重点分析了应用地质雷达检测隧道的初期支护厚度、二衬厚度以及衬砌背后脱空等的情况，可为类似的高 速公路隧道衬砌质量检测提供参考。 关键词：地质雷达，隧道，衬砌检测，波形分析 中图分类号：Ｕ４５２．１ 文献标识码：Ａ 隧道施工中受诸多因素影响，衬砌混凝土可能会出现不够密 脚及左右边墙共布置了五条测线。 实、不够厚度、脱空等工程质量问题，为及时发现衬砌混凝土的质 ２．１．３检测参数 量问题，需采用一种全面快速的检测方法来解决。传统的检测手 本次检测使用瑞典ＲＡＭＡＣ／￣型地质雷达，选用５００ ＭＨｚ屏 段所进行的目测、钻孔取芯、压水测试和钻孔声波等方法已不能 蔽天线。测试参数如下：采样频率：７ ００５Ⅲｚ；采样点数：４８３点； 满足实际工程的需要…１，地质雷达作为一种新的无损检测方法， 叠加次数：８次；窗口时间：６５ ｎｓ；触发方式：时间触发。 以其操作简便、高分辨率在近年来的隧道工程质量检测中得到了 ２．２地质雷达资料处理 广泛的应用。 原始的雷达检测资料在未经过任何变化、滤波的情况下，是 １检测原理 无法得出隧道衬砌情况的，只有在使用相应的地质雷达资料处理 ＧＰＲ（Ｇｒｏｕｎｄ Ｐｅｎｅｔｒａｉｎｇ Ｒａｄａｒ）方法是一种用于确定地下介 软件，进行资料处理。资料处理主要是对波形作处理，包括增强 质分布的电磁波法，其方法原理类似于反射地震勘探技术，是一 有效信号、抑制随机噪声、压制非异常体的杂乱回波、提高图像的 种高分辨率探测方法。ＧＰＲ方法是利用高频电磁波（１ ＭＩ－Ｉｚ～ 信噪比和分辨率等。图像判释主要是依据地质雷达图像的正演 １ ＧＨｚ）以脉冲形式通过发射天线被定向地向地下发射。电磁波 成果和已知的地质、钻探资料，分析所要探测目标可能引起异常 在地下介质中传播，当遇到存在电性差异介质的界面时，电磁波 的大小和形态，对获得的雷达剖面进行合理的地质解释，最终得 便发生反射，返回地面后由接收天线接收，并由采集系统（主机） 到各测线的成果图，以此对隧道施工质量进行分析评价工作。 以数字形式记录下来。 ２．２．１初期支护厚度 采集的数据通过处理，可以获得耐间或深度剖面。分析接收 一般情况下，雷达波经天线发射后，最先到达接收天线的雷 的地下界面反射回来的电磁波时间、频率和振幅等特征，就可以 达为空气直达波，紧接着为表面直达波，再为混凝土和围岩胶结 推断地下介质的空间位置、结构性质及几何形态，从而达到对地 面的反射波。反射波能量与围岩和喷混凝土之间的物性差异有 层或地下目标体的探测。 关，两者物性差异越大，反射波能量越强，反之，其能量就越弱。 利用ＧＰＲ方法对隧道进行超前地质预报，采用ＳＩＲ－２０００型 在地质雷达图像中振幅较强、同相轴比较连续的波就是喷射混凝 探地雷达、１００Ⅷｚ的雷达天线（发射和接收置于一体），在隧道 土和围岩界面的反射信号，在该界面上读取的即喷射混凝土厚 工作面布设测线进行探测。采用专用的ＲＡＤＡＮ软件对数据进 度，如图１所示。从图中波形可知，喷射混凝土与围岩明显分为 行处理。 两层，这是由混凝土与围岩间的物性差异而反映出来的。 探测结果可以反映工作面前方围岩的工程地质和水文地质情 Ｄｉｓｔａｎｃｅ／ｍ ０ ２ ４ ６ ８ １０ １２ １４ １６ ｌ８ 况，如岩层的均一性、节理裂隙发育情况、岩层破碎和含水性等。 Ｏ 目前，地质雷达的使用已经相对较为广泛，其具体原理可参 兽 考文献［１］～［４］。 ｉ ２工程实例 ２０ ２．１检测实例 图１ 喷射混凝土厚度示意图 ２．１．１ 项目介绍 ２．２．２ 二次衬砌？昆凝土厚度检测 云南某高速公路隧道总长约９．８ ｋｍ，共计１２座，均按新奥法 二次衬砌、一次衬砌与围岩之间由于物质成分及物理性质存 原理设计施工，采用复合式衬砌形式。为及时发现施工中存在的 在着很大的差别，介电常数差异明显，特别是衬砌与围岩之间，电 问题，保证施工质量，受业主委托，对全线隧道喷射｝昆凝土厚度、 磁波从混凝土进入围岩时，反射波形振幅显著增大，视频率降低。 钢构架规格和分布、初期支护挂网钢筋和二次衬砌钢筋分布、二 隧道结构层混凝土的厚度是根据电磁脉冲在各结构层交界 次衬砌厚度以及隧道衬砌背后的脱空区等项目进行了质量抽测， 面的反射时间和各结构层中电磁波的传播速度计算得到的，厚度 并对隧道施工质量进行分析评价。 检测的关键是确定电磁波在隧道各结构层中的传播时间，然后根 ２．１．２ 测线布置 据电磁波在混凝土中的传播速度计算出结构层的厚度。当一次衬 为较全面了解隧道各位置的施工质量，在隧道拱顶、左右拱 砌和二次衬砌存在间隙时，在该界面上读取的就是二次衬砌的厚 收稿日期：２００７—０３—１０ 作者简介：李伟（１９７０一），女，工程师，浙江天阳置业有限公司，浙江杭州３１００００ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第１９期 ２ ０ ０ ７年７月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥ ｎ珉Ｅ ０ ２ ４ ６ ８ ０ ２Ｖ０１．３３ Ｎｏ．１９ Ｊ ｕ１．２００７ ・３３３・ 文章编号：１００９—６８２５（２００７）１９—０３３３ ０３ 金沙江大桥横向稳定性有限元分析 陶洪波 摘要：综合考虑了几何非线性和材料非线性对混凝土拱桥稳定性的影响，并结合金沙江大桥的实例分析，对拱箱吊装 合拢时的最不利阶段及成桥状态下的稳定性进行了分析，得到在计算拱桥的稳定性时，可不考虑几何非线性的影响，但 材料非线性的影响不能忽略的结论。 关键词：大跨度拱桥，稳定性分析，有限元法，面外侧倾 中图分类号：Ｕ４４１ 文献标识码：Ａ 而我国公路桥涵设计规范中关于偏心受压柱和钢筋混凝土拱的 引言 随着桥跨的长大化和柔性结构的应用，桥梁结构的受力状态 随结构的变形而发生明显的改变。结构平衡方程的建立，必须考 虑结构变形的影响和材料弹塑性的影响，要真正把握桥梁结构的 稳定计算仍停留在弹性计算阶段＿ｌ Ｊ。拱桥由于跨径较大，宽跨比 较小，其失稳形态～般是面外半波失稳，因此面外稳定性一直以 来是桥梁工程师所关注的问题。目前对混凝土拱桥的稳定性研 受力状态和破坏机理，就必须对结构进行非线性分析。目前国内 究，以施工过程中拱圈劲性骨架的稳定分析和施工控制分析为 主，对整桥的稳定分析以弹性理论为主，取用较大的稳定安全系 外在结构几何材料非线性方面做了不少工作，例如德国规范计算 数进行验算【 。混凝土拱桥的侧倾失稳大部分是发生在弹塑性 钢筋混凝土拱桥的极限承载能力就是按弹塑性分析方法进行的。 度。但在实际探测中，发现衬砌混凝土和喷射混凝土之间的分界 象。从电磁波理论可以知道，金属材料对雷达波具有很强的反射 面有时并不清晰，这是由于二者都是混凝土，本身电磁参数差异 能力，在混凝土中存在钢筋时，将产生连续点状强烈反射信号；当 小，在结合良好的条件下不存在反射界所致。 ２．２．３脱空区检测 混凝土中有钢拱时，将出现特别强的月牙形的反射信号，每一信 号表示有一钢拱，如图２所示，通过实测的钢拱、钢筋数目并结合 当衬砌混凝土背后回填不密实，混凝土与围岩之间有空隙 设计可得出钢拱钢筋用量是否满足设计要求。时，由于空气与混凝土介电常数差别较大，电磁波在混凝土与空 ３结语 气之间将产生强反射信号。在脱空比较大时，围岩界面清晰可 １）地质雷达技术检测速度快、效率高，适合现场的大面积快 见，在地质雷达剖面图上主要表现为在混凝土层以下出现多次反 速检测，能够实现对隧道衬砌结构的准确检测。２）利用地质雷达 射波，同相轴呈弧形，并与相邻道之间发生相位错位，且其能量明 技术检测技术缺陷时，可根据需要选择相合适的频率天线，探测 显增强。同时也可根据雷达波在洞内走时及介电常数算出脱空 结果显示，项目选用５００ ＭＨｚ屏蔽天线能较准确地对衬砌厚度、 大小，根据水平距离确定出脱空的范围。 Ｄｉｓｔａｎｃｅ／ｍ １ｎ １２ １４ 钢拱架与钢筋网分布、脱空不密实等情况做出判别。３）地质雷达 探测精度与所取波速有关，而混凝土、钢筋以及脱空区对电磁波 都有一定的离散性，另外电磁波速也受探测环境的影响，因此目 ０ 前地质雷达探测还存在一定的误差，这些是地质雷达探测方法本 乓 。 善 身存在的问题，需进一步完善。 参考文献： ［Ｉ］李大心．探地雷达方法及应用［Ｍ］．北京：地质出版社，１９９４． ［２］邓昌宁，刘 洋．探地雷达在公路无损检测中的典型应用［Ｊ］． 图２钢拱架波形图 东北公路，２００２，２５（４）：５１—５３． ２．２．４钢拱架规格与分布 雷达波（即电磁波）能量，以波的形式传播出去。隧道衬砌结 ［３］张玉海．探地雷达在工程检测中的应用［Ｊ］，混凝土，２００３（１）： ３１—３２． 构所使用的钢支撑及钢筋网均属于良性导体，当雷达波从介质入 ［４］叶健，陈松．雷达法检测技术［Ｊ］．混凝土无损检测技术手 射到导体表面时，由于存在较大的电磁性差异，必然产生反射现 册．２００３．２８０—３１１． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｒａｄａｒ ｉｎ．ｎｏｎ－ｄａｍａｇｅ‘ｃｈｅａｋｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌ ｐｒｏｊ ｅｃｔ ＬＩ Ｗｅｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｒａｄａｒ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒｃｉｔｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｈｉｇｈ ｅｘｐｒｅｓｓ ｉｎ Ｙｕｎｎａｎ ｐｒｏｖｉｎｃｅａｓ ａｎ ｅｘａｒａｌｅ，ｔｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｐｒｅｃｉｓｅｌｙｔｈｅ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｒａｄａｒｏｎｑｕａｌｉｔｙ ｃｈｅｃｋｗｉｔｈｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆ ｓｈｏｔｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｓｅｃ￣ｄａｒｙ ，ａｎｄｆｉｎａｌｌｙｔｈｅｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｖｉｔｙ ｂｅｈｉｎｄｔｕｎｎｄｌｉｎｉｎｇ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｉｍｓｔＯ ｐｒｏ￣ｄｅ ｒｅｆｅｒｅ／ｌｃｅｆｏｒｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｈｅｃｋ ｏｆｍｎｎｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＧＰＲ，ｔｔｍｎｅｌ，ｌｉｎｉｎｇ，ｗａｖｅｆｏｒｒａ ａｎａｌｙｓｉｓ 收稿日期：２００７．０３．ｉｉ 作者简介：陶洪波（１９８０．），男，助理工程师，广东省路桥规划勘察中心，广东广州５１０６３５
