郑一峰,等:地质雷达在公路隧道衬砌检测中的应用研究 地质雷达在公路隧道衬砌检测中的应用研究 郑一峰 ,李忠 (1.吉林大学建设工程学院,长春130021;2.长春市市政工程研究院,长春130033) 摘要:为提高地质雷达检测隧道衬砌的精度,在分析实测过程的各个环节时,要尽量减少检测过 程对结果的影响。以长坂坡隧道衬砌检测为研究对象,在不用测量轮的情况下,通过缩小内插桩号间 距,减少人工移动天线速度不均造成的误差,提高检测数据在轴向的精度。通过计算已知厚度端的衬砌 混凝土电磁波速度,采用其均值作为相应村砌段的混凝土电磁波速度,反算出混凝土厚度,避免了直接 采用介电常数计算造成的误差,并把误差控制在厘米级,提高了检测精度。 关键词:地质雷达;衬砌检测;检测精度;厘米级 中图分类号:U451 .5 文献标志码:A 文章编号:1003—8825(2011)04—0147—03 0引言 二次衬砌厚度是否符合要求;喷射混凝土与围岩间是 随着我国公路建设的大规模开展,隧道工程之多 否有空洞或脱空;二衬与初衬之间是否有脱空。 前所未有。能在隧道建设初期就发现和处理好隧道内 1.2检测设备及参数选择 的安全隐患,保证隧道的安全性和耐久性,这具有重 监测使用美国SIR一3000型探地雷达,500 MHz屏 要的社会和经济效益。地质雷达是目前常用的一种无 蔽天线,参数如表1。 损检测技术 一 ,在隧道衬砌检测中具有非常重要的 表1雷达检测参数 作用,它是基于电磁波在不同介质中存在电性差异, 在交界面反射的基本原理进行检测的。 目前雷达在衬砌检测中的应用,主要集中在提高 解译结果的精度和减小误差方面 。针对这种问题, 检测中布置了三条测线,分别为左、右边墙测线 需要全过程分析误差形成的因素,选择合理的采集参 和拱顶测线(图1、图2),拱顶测线为拱顶中线左 数和合适的处理参数” 。但对检测过程中减少误差 1.0 m的位置,左、右边墙测线高度距排水沟底1.3~ 的措施比较简略。本文以长坂坡隧道衬砌检测为例, 1.5 111左右位置。检测数据采用连续采集方式,边墙测 分析如何在检测过程中减少数据在轴向和环向误差, 线由人工推动天线匀速前进,拱顶测线由钩机或推土 提高检测精度。 机载人推动前行。 1工程概况 1.1长坂坡隧道 营城子~松江河高速公路长坂坡隧道位于吉林省 靖宇县二道湖乡燕平村东侧,隧道走向西东,为双线 分离式隧道。隧道左线长2 975 m,起止桩号为ZK246 +065~ZK249+040;右线长2 940 m,起止桩号为 YK246+050~YK249+990。检测里程桩号左幅为K246 +090~+210,K248+820~K249+000,右幅K246+ 075~+185,K248+840~+960。隧道为在建项目,尚 未贯通,这次检测为初期无损检测,主要查看衬砌质 量合格与否,及早发现潜在问题。检测的主要目的: 图1拱顶测线检测 收稿日期:2010—07—01 作者简介:郑一峰(1966一),男,吉林长春人。教授,博士,主要 为减少轴向里程定位误差,可采取每5 m打一个 从事隧道衬砌病害处治与研究。E-mai1: izhong1986 标记来记录里程 ,@rip.qq.com。 人工推动天线以大约1 m/s的速 ・l48・ 路基工程 Subgrade Engineering 2011年第4期(总第157期) 图2测线布置 度匀速检测;其中左洞在ZK246+183~ZK249+196, 右洞在YK246+147~YK249+160等处堆有水泥、土工 布等建筑用材,由于行走不便,可采取每2 m一个标 记来消除内插产生的误差。 1.3衬砌混凝土中电磁波速度 由于雷达天线间距未知和查表取用介电常数占会 存在较大误差,钟世航等提出采用“视速度”法计算 混凝土中的电磁波速度 。建设初期,混凝土在集料、 配合比方面存在差异性,同时不同龄期混凝土含水性 存在较大差异,使混凝土中电磁波的速度也存在差异。 为此采用分段计算,以进一步减小计算误差。在每一 测试段采集两个测试数据,用其均值作为该段的电波 速度。 对四个测试段分别选取标准点,量测衬砌厚度, 用雷达扫描采集数据并计算其速度 ,对其取均值作 为混凝土的速度 , 及 计算式如式(1)、式 (2),计算结果见表2。 L : =2h/t (1) 式中h为混凝土的厚度;t为电磁波走时。 =∑ /n (2) 式中n为计算叠加值数目。 表2二衬混凝土速度参数 位置 桩号 量 度电 时i十算值 校核值 混凝土介电常数通常为6一l8,根据电磁波计算 公式计算 l,:c (3) 式中c为光速, 为介质介电常数。 则V=3×10。 ~3×10 / ̄/1 一0.071~0.122 m/ns,通常把精度控制在0.01 m/ns,这样计算得到 的衬砌厚度精度为厘米,则电磁波的速度通常为 0.07~0.12 m/ns,由上述方法可把检测结果精度提 高在0.01 m。 2检测结果分析 2.1轴向误差 由于检测结果中在两标记桩号间的里程是通过内 插而得,内插桩号的精度一方面取决于人工推动速度 的均匀与否,另一方面还与两内插数据差值的大小相 关。所以缩小两标记桩号的间距,减小内插数据差值 的大小会使结果相对精确。衬砌中管道、消防箱、控 电箱等预留空间在检测的时候会对测量造成干扰,但 在试验中可作为标志性里程点,对检测轴向的里程精 度作为参考校正。 图3是长坂坡隧道左幅ZK246+090~+210段左 边墙测线的部分数据,在衬砌中有图示两道环向管 道,管道中线的实际桩号和内插桩号如表3。由表3 看出,通过较小的内插间距可使误差存在于较小的范 m\一\m = lI一n如 『J: Il二 ll 一:一m 如 围内,这使检测结果具有较高的准确性,对检测出的 异常定位就相对可靠,且对后期的处理提供比较精确 的资料。 图3左幅左边墙测线部分原始数据 表3管道里程 通过如此处理可使内插值存在一个更为合理的误 差范围,结合其他几个测试端的定位结果,基本上能 把误差控制在±10 cm的范围内,故在二衬数据的轴 向里程定位中可精确到0.1 m。 2.2二衬厚度 根据表2中计算得到的混凝土速度,由式(4) 计算二衬混凝土的厚度。 h = t/2 (4) 郑一峰,等:地质雷达在公路隧道衬砌检测中的应用研究 ・149・ 式中h测为混凝土衬砌的检测厚度;其它各项意义 同上。 墙二衬有四段未达到设计厚度,拱顶有五段未达到设 计厚度,见表4。其中最长段为拱顶ZK248+896.3~ 检测结果计算取每2.5m为一个计算点,对有特 殊变化的地段则单独加点计算。图4为左幅ZK248 +860~ZK249+000二衬厚度,由结果可知该段左边 +870.4,长25.9 m,最薄处比设计厚度少2 cm;最 薄段为左边墙ZK248+907.2一ZK249+913.6,比设 计厚度少6 cm。 皇 图4左幅ZK248+860一ZK249+000二衬厚度 表4左幅zK248+860一ZK249+000未达设计厚度地段统计 2008(2):157—158. [4]曾昭发,刘四新,王者江,薛建.探地雷达方法原理及应用[M].北 京:科学出版社,2006. [5]李大心.探地雷达方法与应用[M].北京:地质出版社,1994. [6]Davis J L,Annan A P.Hish resolution sounding using ground probing radar [M].Geoscicnce,Canada:1986. [7]刘胜峰.地质雷达应用予公路隧道衬砌无损检测的实验研究[D].长 沙理工大学硕士学位论文,2007. [8]钟世航,王荣.探地雷达检测隧道衬砌中的几个问题[J].物探与化 探,2002,26(5):403—406. [9]陈礼伟.地质雷达检测隧道衬砌质量中的问题研究[J].岩土力学, 2003(24增):146—149. [10]王红良,张运良,安永林,彭立敏.地质雷达无损检测在隧道二次衬 砌中的应用[J].铁道工程学报,2008(11):73—76. [11]杨健,张毅,陈建勋.地质雷达在隧道工程质量检测中的应用[J]. 公路,2001(3):62—64. [12]倪修勤,王云泉,王国群.地质雷达方法检测隧道村砌厚度研究 [J].现代交通技术,2006(3):50—53. 3结语 [13]熊昌盛.衬砌检测中探测精度的方法[J].铁道建筑,2008(1):61 —(1)以长坂坡隧道衬砌检测为研究对象,在条 63. 件比较复杂、无法使用测量轮的情况下,通过缩小内 插间距避免了内插区间较大、天线移动速度存在较大 差异性,减小由于天线移动速度不均而造成的误差, 提高了检测数据在轴向的精度。 (2)避开直接采用介电常数 造成的误差,采 用视速度均值作为二衬混凝土中的电磁波速度,反算 二衬混凝土的厚度,通过这一方法使测量值更加接近 真实值,提高了检测精度。 [14]贺学海,王卓,隋景峰.探地雷达检测隧道衬砌质量的误差分析 [J].勘察科学技术,2003(5):56—59. [15] -D.Friebel,Dr.一lng.J.Krieger.Quality Assuraneeand Assessing the State of Road Tunnels using non-destructive Test Methods[M].Quality Assurance.2000:31—34. [16]M.N.Soutos,J.H.Bungsey,S.G.Millard,M.R.Shaw,A.Patterson. Dielectirc properties of concrete and their influence on radar testing[J] .NDT&EInternational,2001.34(6):419—425. [17]S.G.Millard,LL AI—Qadi.Coaxial trnsamission Lines:Development of test procedures for concrete[J].Journal of materilas in civil engineerine, 2001:202—208. [18]Paris P C.Analytical modeling of the dielectric properties of concrete for 参考文献: [1]张蓓,申付全,王复明.探地雷达在隧道初支背后空洞检测的应用 [J].路基工程,2009(3):10—11. [2]闫楠,吕建兴.地质雷达在莲花山隧道质量检测中的应用[J].路基 工程,2008(5):126—127. subsurface radar applications[J].Construction and Building Materilas。 1997,11(3):149—161. [19]Hlong C.Rhin ̄Electromagnetic Properties of Concrete at Microwave Frequency Range[J].ACIMaterials Journal,1998,95(3):262—271. [3]王宁.地质雷达检测强夯块石墩深度的应用研究[J].路基工程, (下转第152页) ・l52・ 路基工程 Subgrade Engineering 2011年第4期(总第157期) 面层和基层之间加铺玻纤格栅,有助于减缓或抑制反 射裂缝,延长沥青路面的使用寿命。 参考文献: 【1 j李芸,许长青.钢渣在道路建设中的应用与分析[J].路基 工程,2008(4):52~53. f6]王一于.玻纤格栅在道路工程建设中的应用[J].科技资讯, 2008(11):57—58. f7]王雪峰,陈闯,常东辉.玻纤格栅在城市道路改造中的应用 [J].城市道桥与防洪,2007(1):110~113. [8]宋鸿山,孙俊周,董贺梅.玻纤格栅在防治反射裂缝中的应 用【J].科技信息,2008(25):142. [9]张金荣,刘琦,赵飞.玻纤格栅在防治半刚性基层反射裂缝 [2 l郑传峰,宋振丰,王立峰.基层结构特性对沥青路面裂缝的 影响分析[J].路基工程,2010(1):99—101. 中的应用[J].公路与汽运,2007(6):89—91. [1O]中华人民共和国行业标准.JTG F40—2004,公路沥青路面 施工技术规范[s】.北京:人民交通出版社,2004. [3]胡启青.沥青混凝土路面常见缺陷处理技术[J],路基工程, 2007(6):135—136. [4]张文远,王高鹏.玻纤格栅处理沥青路面半刚性基层裂缝的 应用[J】.广东建材,2005(5),18—20. [5]张艇,刘惠文.玻纤格栅在处治二灰碎石基层裂缝中的应用 [11]中华人民共和国行业标准.JTJ034—2000,公路路面基层施 工技术规范[s].北京:人民交通出版社,2000. [12]中华人民共和国行业标准.JTC E60—2008,公路路基路面现 场测试规程[s].北京:人民交通出版社,2008. [J].常州工学院学报,2008,21(5):14—15. Application Study of Glass Fiber Grid in Semi-rigid Pavement Base LI Yun ,YUAN Hai.dong ,XU Chang.qing。 (1.School of Civil Engineering,Sanjing College,Nanjing 210012,China; 2・Jiangsu Dongnan Traffic Engineering Consulting&Supervision Co.Ltd.,Nanjing 210018,China; ,3.Institute of International Auditors,Nanjing Audit University,Nanjing 210029,China) Abstract:In order to improve the service performance of asphalt pavementcombined with the practical ,engineering of Jianghai Highway,the mechanism of glass fiber grid to prevent reflection crack using its characteristics is analyzed according to the results of deflection test and wheel rutting testIt is shown that glass ifber grid overlay between the surface and base of asphalt concrete pavement can effectively slow down .reflection crack and prolong the service life of the pavement. Key words:glass fiber grid;asphalt concrete pavement;reflection crack ’i…“I’ I。“III 。¨¨l。“hI ’l¨h1 。¨¨l‘ l・’‘…I I‘一一’II¨¨ _l¨} ‘ql…-・ I。…一_III l ¨¨ ‘|l¨ ‘“ilid。 。。“blh q’。¨IIl-。“II…t。¨¨l-一。qll -“"II —.nilI…‘.1¨‘ -IIII (上接第149页) Application Study of Geological Radar in Highway Tunnel Lining Detection ZHENG Yi-feng ,LI Zhong (1-School of Architectural Engineering,Jilin University,Changchun 1 3002 1,China: 2.Changchun Municipal Engineering Design&Research InstituteChangchun 130033,China) ,Abstract:In order to improve the detection accuracy of geological radar in tunnel liningthe resuIts shall n0t .be affected by detection when analyzing all aspects of measurementTaking Changbanpo Tunne1 lining as the .object,in case of no meter wheel,the space between internal pitching piles can be narrowed to reduce the error due to uneven speed of artiicifal mobile antenna and thus to improve the accuracy of detection data jn axial direction.Through calculation of the velocity of electromagnetic wave of lining concrete in the end with thickness already known,the equalizing value is used as the velocity of concrete wave in the corresponding lining section and then concrete thickness can be inversed,which avoids calculation errors caused by directly using dielectric constant and controls error within centimeter to improve detection accuracy. Key words:geological radar;lining detection;detection accuracy;centimeter—class