6隧道衬砌测试作业指导书

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作业指导书(隧道混凝土衬砌质量检测)
编写:李江林
审核:周建胜
批准:钟聪达
版号:第1版
文件编号:HDJC/SG-06-2002
生效日期:2003年1月1日
目录
1适用范围 (1)
2检测依据及标准 (1)
3检测目的和内容 (1)
4检测的基本方法及基本原理 (1)
5主要检测步骤 (2)
5.1检测系统检查 (2)
5.2仪器参数选择 (2)
5.3现场数据采集 (3)
6资料解释 (4)
7报告编写 (4)
8仪器的保养 (4)
1 适用范围
本规程适用于隧道衬砌厚度及胶结质量的检测。

主要设备有RAMAC/GPR探地雷达仪器及其配套测试天线。

2 检测依据及标准
(1)《公路隧道施工技术规程》(JTJ042-94);
(2)《公路隧道设计规范》(JTJ001-97);
(3)《探地雷达使用规程》(HDJC/FB-01-2002)(非标方法)。

3 检测目的和内容
隧道混凝土衬砌是隧道防水工程最重要也是最后一道防线。

隧道混凝土衬砌质量的好坏对隧道使用的稳定性和安全性至关重要。

隧道混凝土衬砌的质量检测是质量控制与质量验收的重要环节。

目前对隧道混凝土衬砌质量检测的主要内容有:
(1)隧道混凝土衬砌厚度的检测。

(2)衬砌混凝土强度的检测。

(3)衬砌混凝土裂缝检测。

(4)衬砌混凝土内部缺陷的检测。

探地雷达检测法主要针对隧道混凝土衬砌厚度、衬砌混凝土裂缝和混凝土内部缺陷检测。

4 检测的基本方法及基本原理
目前国内隧道混凝土衬砌的检测方法有:超声波测试法、回弹法钻芯法和探地雷达检测法。

高频探地雷达与超声波测试同时采用、有机结合,无疑更显现其快速、简便、精度高、局限性小等检测优点。

根据不同的检测内容和要求可采用不同的检测方法。

探地雷达是利用向地下发射超高频窄脉冲电磁波(106~109HZ),根据波在地下传播所遵循的反射、折射、透射与衰变等特点,收集波所返回的信息,经过数理计算
和拟合,展现地下介质波谱特征图像的设备。

探地雷达所采用的超高频电磁波与常规的地震波相比,具有很高的分辨率。

特别是进行隧道衬砌厚度检测选用1000MHz以上的高频天线,其分辨精度更高。

当天线以一定角度向隧道衬砌侧壁发射高频脉冲波时,波的一部分在衬砌表面反射,另一部分向下透射。

由于空气的介电常数(ξ)为1,而衬砌混凝土的介电常数为4~11, 因此一部分能量被吸收,同时一部分能量产生折射,而且折射角小于入射角。

当遇到下一个界面(衬砌与围岩的分界面)时,波的一部分产生反射,回到了空气,被雷达的接收天线接收下来。

通过对接收到的波形记录进行数据处理、图像分析,并结合已知资料,可对所测衬体的厚度、胶结质量作出判断和评价。

探地雷达仪器测试系统主要部件有:采集主机,发射、接收天线,连接电缆,通讯光缆,分析软件和电脑系统。

5 主要检测步骤
5.1检测系统检查
(1)出工前后都应对雷达仪器进行检查:包括电池充电状况及设备完好情况等。

(2)将数据采集主机分别与电脑和发射、接收天线连接,打开主机及发射、接收天线电源开关,启动GPR程序,检查系统工作情况是否处于正常状态。

5.2仪器参数选择
仪器参数的选择根据不同的仪器厂家和型号略有不同。

但基本参数主要有:天线工作频率和记录时间(长度)。

(1)天线工作频率的选择
天线的工作频率是指天线的发射频率。

目前探地雷达的天线工作频率通常为15MHz~2.5GHz多种。

天线工作频率的选择应根据探测目的、探测深度、分辨率以及介质特性来选择。

在相同的介质条件下,选用天线发射频率愈高,探测深度愈浅,其分辨率愈高。

天线发射频率愈低,探测深度愈深,其分辨率愈低。

针对隧道衬砌厚度检测,探测深度考虑在一米以内,可选用1GHz的高频发射天线。

天线工作频率的选择还应考虑对探测目标的分辨率,即可以度量探测目标的最小尺度。

分辨率分为纵向
分辨率和横向分辨率。

纵向分辨率可用R F=λ/2=(v/f)/2来估算(即为波长的一半)。

但实际雷达波的波长还与传播介质的介电常数(ξ)有关。

介电常数愈高其波长愈低,则分辨率愈高。

横向分辨率即为可以度量探测目标水平方向的最小尺度。

可用以下表达式来计算:
R F =(λh+1/4λ2)1/2-------(1)
式中:R F为横向分辨率,λ为波长,h为目标深度。

R F大约为目标深度的5%~10%。

(2)记录时间(长度)的选择
雷达记录长度(时间窗)的选择与探测深度有关,探测深度越深,所需时间窗越长,反之越短。

可用下列公式来估算:
T=2h√ξ/ c -------(2)
式中:T为记录长度(时间窗),h为目标深度,ξ为介质的介电常数,c为空气的电磁波速度值。

由于隧道衬砌厚度是在一米以内检测,我们将h=1, ξ=5 (混凝土), c=0.29979m/ns 代入得:T=15ns。

一般选择20 ns可满足要求。

选择记录时间窗时既要考虑目标体的深度,又要考虑分辨精度,两者应当兼顾。

5.3 现场数据采集
(1)根据测试任务和目的,现场布设测线。

(2)连接采集主机、电脑及发射接收天线。

(3)开机对仪器,启动GPR程序,打开仪器设置框,依次设置采样点、采样频率、叠加次数、触发方式、采样间距等参数。

确认仪器工作正常。

(4)实施测量,测量时确保测量轮保持匀速转动,并在每测试一定间隔(50m 或100m)时在雷达图像上打上标记,以纠正测量误差。

在有钻孔的测点位置也应打标记,以便校准电磁波波速。

(5)工作结束后依次关闭工作电源。

取下连接线及光缆,数据已全部自动保存在便携电脑中。

6 资料解释
探地雷达的资料解释包括两部分,一为数据处理,二为图像解释。

数据处理包括直流滤波、频率滤波、增益恢复、反褶积滤波、道间均衡等。

图像解释首先为识别异常体,然后结合地质或钻孔资料进行合理解释。

7 报告编写
根据资料解释结果对所测隧道衬体作出合理解释与评价,并提供处理后的雷达图像和解释成果。

8 仪器的保养
(1)每次工作完毕应将采集机和天线等处理干净放回仪器箱,并确认主机处于关机状态。

(2)搬运和使用时应轻拿轻放,避免传感器受冲击而损坏。

(3)取出采集机内的电池,防止电池漏液而腐蚀仪器。

华东院工程检测研究中心隧道混凝土衬砌质量检测作业指导书
附件1:
华东勘测设计研究院工程检测中心探地雷达检测记录表
工程名称:_________探测方法:________天气:______仪器型号:_________采集日期:________
操作者:记录者:校核者:
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