地质雷达检测技术在铁路建设项目中的应用研究
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摘 要：本文主要结合铁路建设项目，对地质雷达检测技术在铁路建设项目中的应用进行探索。首先介绍地质雷达检测技术的主要原理，然后简述该技术运用的工程概况，最后分析检测所获数据，评定工程项目的缺陷等级，并总结在铁路建设项目中运用地质雷达法检测技术的具体要求。
关键词：铁路建设项目;地质雷达检测技术;衬砌
中图分类号：U452.11 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）02-0100-03
Application of Geological Radar Detection Technology in Railway Construction Projects
Abstract： This paper mainly explored the application of ground penetrating radar （GPR） detection technology in railway construction projects in combination with railway construction projects. Firstly， this paper introduced the main principle of the detection technology of ground penetrating radar （GPR）， then briefly described the general situation of the engineering application of the technology， finally analysed the data obtained from the detection， evaluated the defect grade of the engineering project， and summarized the specific requirements of the application of the detection technology of ground penetrating radar （GPR） in Railway construction projects.
Keywords： railway construction project;ground penetrating radar detection technology;lining
地质雷达检测技术是一种基于电磁波反射原理，用于浅层地质构造探测和工程质量检测的地球物理方法。相较于其他物理探测技术，地质雷达技术具备无损、快速、精准度较高的优势[1]。本文主要探索地质雷达检测技术应用于铁路建设中衬砌缺陷的检测，阐明该技术的运用对铁路建设项目检测的可靠性及运用价值。
1 地质雷达检测技术的原理
地质雷达检测技术的原理：通过地质雷达发射天线向隧道壁发射高频宽带短脉冲电磁波，遇到相对介电常数差异较大的介質，如空洞、衬砌界面等情况则会产生反射波，接收天线接收反射回来的电磁波并记录反射时间[2]。电磁脉冲遇到不同电性介质的分界面时即产生反射或散射，地质雷达接受并记录这些信号，参照深度公式（1）：
[D=VDt2=CDt2εr] （1）
式中，[C]表示空气中电磁波的传播速度;[Dt]表示衬砌介质中电磁波双程时间;[εr]表示混凝土相对节点常数。假若交界部位并未贴合好，势必会存在缝隙，那么展开雷达检测也会得到相应体现[3]，从而精准判断施工衬砌厚度及缺陷。在电磁波作用于衬砌中的钢筋时，会完全反射，同时产生极为强烈的接收能量，进而在雷达剖面上表现出强异常，使相关人员了解钢筋的具体分布情况。通过处理信号获得反射信号的具体相位、振幅以及具体频率，即可获得被测量目标体的分布形态及具体结构。
2 工程概况
本次工程项目选自新建武汉至十堰铁路孝感至十堰段位于湖北中部至西北部。线路自汉孝城际铁路孝感东站引出西行，经孝感市、云梦县、安陆市、随州市、随县、枣阳市、襄阳市、谷城县、丹江口市至十堰市，线路全长399.005km。桥梁共计202.723km/233座，占线路全长的50.8%;隧道共计70.331km/42座，占线路全长的17.6%;桥隧总长273.054km，桥隧比68.4%;路基125.951km，占线路全长的31.6%。中铁十一局集团第二工程有限公司承建新建武汉至十堰铁路孝感至十堰段HSSG-4标项目经理部五分部，沿线经过茅箭区、丹江口市、郧阳区、张湾区四个行政区，起止里程为DK428+180～DK445+725，线路长17.545km。设计时速350km/h，CRTSⅠ型双块式无砟轨道与有砟轨道相结合，设计工期为48个月，全线主要工程有：路基工程、桥梁工程、涵洞工程、隧道工程。余家山隧道进口位于十堰市茅箭区秦家坡附近，出口位于茅箭区周家院附近。为开辟施工工作面，加快施工进度，本隧道设置2处斜井。利用地质雷达法检测技术进行检测，主要包括对本项目的隧道仰拱以及衬砌厚度、背部回填密实具体情况以及钢筋和钢架的具体分布进行检测。
3 隧道衬砌现场检测
3.1 检测仪器
本项目采用SIR-3000型便携式探地雷达（美国GSSI公司），该仪器运用范围较广，能应用于高速公路快速检测，钢筋、混凝土缺陷检测，深层地质水文探测，市政管线及地下空洞调查及隧道衬砌及超前预报探测等。
3.2 布置测线
根据《铁路隧道衬砌质量无损检测规定》，并结合工程项目的实际作业条件，本次检测沿隧道纵向连续检测，共布设7条测线，其中左右边墙距离水沟电缆槽顶端1.5～2.0m各布置一条侧线，左右侧拱腰处各布置一条线，拱顶布置一条线，左右底板两侧距中心水沟约1.5m各布置一条检测线。 3.3 检测步骤
①天线选择需要结合本工程项目的实际隧道衬砌检测具体情况，综合衡量分辨力及穿透力，运用400MHz天线;②标定现场衬砌混凝土的介电相关参数，并确定其他参数，包括时间窗、扫描样点数;③确保天线能够紧贴隧道的衬砌表面，并沿测线连续滑动;④检测天线滑行应当移动平稳，移动速度控制在3～5km/h;⑤每隔10m打一个标记，每隔50m打双标;⑥随时记录可能对检测结果产生影响的物体及其位置，包括电缆、渗水、铁架等。
4 检测数据处理分析
4.1 处理数据流程
通过运用RADAN专用数据处理软件对本次工程项目的雷达检测所获数据进行处理，具体的数据处理流程见图1。
4.2 数据分析解释
①判断衬砌背后的密实度及空洞。密实度：运用雷达检测法时，反射的信号幅度明显较弱，甚至并不会产生反射界面的具体信号;衬砌界面的强反射信号比较分散，成不连续的弧形反射。空洞：衬砌界面反射信号强，存在比较明显的三振相，在其下部存在强反射界面信号，两组信号时程差较大（见图2）。
②衬砌内部的钢筋、钢架具体分布及数量的判定依据。钢筋：雷达检测呈连续性双曲线较强的反射信号;钢架：分散的月牙形强反射信号。
③衬砌厚度的确定。准确读取雷达记录的探测时间，依照公式（2）确定衬砌厚度：
[h=12v×Δt×10-9] （2）
式中：[h]表示衬砌厚度;[v]表示雷达波速;[Δt]表示电磁波的双程旅行时长。
4.3 缺陷等级评定及检测结果
4.3.1 缺陷等級。参照《铁路运营隧道衬砌安全等级评定规定》评定依据。第一，隧道衬砌存在病害或缺陷时，划分隧道的衬砌缺陷等级，主要包括四个等级，分别为轻微（1级）、比较严重（2级）、严重（3级）以及十分严重（4级）。第二，对于隧道衬砌厚度及混凝土强度缺陷问题，参照检测量化标准规定指标。第三，对于隧道的衬砌背后存在回填并不密实或是空洞的情况，参照规定完成评定。在衬砌的背后并未回填，直径、深度超出10cm，即有空洞;衬砌背后有空洞或回填不密实，当位于1m范围内时，其缺陷等级应提升1级。
4.3.2 检测结果。隧道的雷达具体扫描图像对照衬
砌设计相关参数表，根据相关分析数据，本次工程项目完成了1140雷达测线长度，表示140成洞米。其中，发现存在5处空洞以及回填不密实的情况，衬砌的厚度与工程设计要求相符，但仍然存在6处钢筋数量不足的问题。具体检测缺陷等级见表1、表2。
5 结论
将地质雷达检测技术运用于铁路建设项目，能实现对隧道施工整体质量的严格控制，尽早发现隧道内潜在的危害，从而及时制定处理措施，消除铁路建设的隐患。在运用地质雷达检测技术进行检测的过程中，要与工程实际相结合，从而确保最终检测结果的科学性和准确性。
参考文献：
[1]王亮，王绪本，李正文.地质雷达方法检测隧道衬砌质量研究[J].物探化探计算技术，2017（6）：516-519.
[2]高至飞，侯长兵.地质雷达法检测高速铁路隧道常见质量缺陷及图像解释[J].铁道建筑，2014（11）：94-97.
[3]赵国启.隧道实体质量检测技术在九景衢铁路工程中的应用[J].江西建材，2016（11）：157-158.
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