探地雷達(ground penetrating radar, 簡稱GPR)是(shì)一(yī)種利用高頻電磁波(bō)的(de)反射原理探測目標體(tǐ)的一種高頻(pín)脈衝的(de)電磁方(fāng)法。探地雷達技術是一種無損檢測技術, 廣泛地應用於岩土工程勘察和工程質量檢測之中[1, 2, 3, 4]。福建省物探工程勘察院采用美國GSSI公司的SIR-10H型探地雷達, 開展了(le)福建公路、鐵路的隧(suì)道襯砌質量檢測(cè), 路麵、路基工程的質量檢測, 二襯(chèn)厚度的質量檢測, 鋼筋和鋼架分(fèn)布情況的檢測及襯砌體與圍岩結合情況的檢測等, 取(qǔ)得了較好的應用(yòng)效果。
工作參數包括天線中(zhōng)心頻(pín)率(lǜ)、時窗、測點點距等。
天線中心頻(pín)率選擇應兼顧目(mù)標體(tǐ)尺寸大小和(hé)天線尺(chǐ)寸是否(fǒu)符合現場場所的需要。根據經驗, 一般情況下, 若(ruò)襯(chèn)砌(qì)厚度小於30 cm時宜(yí)采用900 MHz天線, 襯砌厚度30 cm~100 cm時可采用400 MHz或500 MHz天線, 襯砌厚度大於100 cm應考慮250 MHz或更加低頻率的天線。襯砌檢測中, 由於隧道內存在台車、機(jī)械等各種(zhǒng)幹擾(rǎo), 應盡可能采用屏蔽天線。
時窗的選擇要根據最大探測深度與電磁波的(de)傳播速度(dù)來決定。通常時窗的大小要比計(jì)算值增加1/3, 這樣能將主要目(mù)標層(céng)的反射波圖放在圖幅的中間位置[2]。
進行現場數據采集時, 按設計的測點進行測量, 連續測量(liàng)時需在不同的測點位(wèi)置打(裏程)標記。
圖1為隧道二襯界麵雷達(dá)反射圖像, 襯砌混凝土由於介質比較均勻, 反映為(wéi)反射波較為單一(yī)、界麵起伏不定(dìng); 圖中二襯混凝土(tǔ)界麵較為清晰。圖2在中間一帶隧道欠挖, 厚度(dù)明顯不足, 二(èr)襯界麵反射(shè)明顯。根據雷達反(fǎn)射波形可識別出混凝土襯砌界麵, 並利用電磁波(bō)在不同(tóng)介質中的傳播時間和傳播速度, 可以計算得出混凝土襯砌厚度, 為隧道工程的質量驗收提供數(shù)據。
隧道襯砌在噴射混凝土或澆注混凝土施(shī)工中, 由於各種(zhǒng)不可預料的原因, 常常在隧道襯砌內部或襯砌與圍岩結合部形成脫(tuō)空、回填不密實或排水不利(lì)形成(chéng)局部水囊等質量缺陷, 這些缺陷降低了隧道襯砌的承載能力, 並可能對(duì)襯砌(qì)造成破壞, 直接(jiē)影響隧道的使用壽命[3, 4,5]。
圖3是(shì)DK500+055~500+070測線拱頂脫空的(de)雷達圖像, 圖中襯砌混凝土與空洞中的空氣為兩(liǎng)種不同的介質, 其相對(duì)介電常數(shù)的差(chà)異較大, 形成了較強的反射波。
圖4是YDK512+689~512+693測線左拱腰二襯30~40 cm後混凝土不密實雷達反射剖麵。圖中雷達波反(fǎn)射較淩亂, 波幅較大, 同相軸變化較大, 反(fǎn)映出回填不(bú)密實。
目前隧道主要采用模(mó)板泵送混凝土施工技術進行二次襯砌施工, 這種施工工藝(yì)若方法不當, 容易在拱頂施工接縫處出(chū)現呈三角(jiǎo)形的空洞。圖5為DK490+294~490+295測線拱頂(右)脫空雷達反射剖麵, 反映出(chū)(拱頂施工縫)拱頂(dǐng)三角形施工空(kōng)洞。
圖6是鋼筋混凝土襯砌的雷達圖像。圖像左側襯砌混凝土中由於存在鋼筋造成反射強烈, 信號(hào)反映明顯。圖像右側為混(hún)凝土襯砌(設計厚度為40 cm)的反映。圖像左右兩側不同襯砌的分(fèn)界麵在雷達圖像上反映較為(wéi)明(míng)顯。
圖7是二襯中鋼筋雷達圖(tú)像, 鋼筋反(fǎn)射(shè)表現為比較尖銳的拋物(wù)線形態, 反射信號強度較(jiào)大, 可以直觀地數(shù)出鋼筋(jīn)數量, 從而比(bǐ)較精確計算(suàn)出鋼筋間距。圖中二襯鋼筋在模板施工縫處鋼筋缺失。
圖8是(shì)型鋼鋼架雷達檢測圖像。鋼架間距 1.5 m, 排列整(zhěng)齊, 表現為(wéi)拋(pāo)物線形式。圖像(xiàng)中襯(chèn)砌混凝土厚度可根據安放混凝土後的鋼架埋深來(lái)間接計算。