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地质雷达应用于公路隧道衬砌无损检测的实验研究

刘胜峰  
【摘要】: 随着我国公路工程的发展,地质雷达在公路隧道衬砌检测中获得了广泛的应用。作为一种高效、先进的无损检测方法,地质雷达法能够对隧道衬砌实施连续扫描,获得形象直观的探测图像。然而,由于地质雷达在我国的应用时间还非常短暂,在实践的过程中还存在许多问题,如地质雷达的探测精度和雷达图像的判释依据等,这些问题在很大程度上影响了地质雷达探测结果的准确性。 地质雷达的发展和成熟是建立在电磁理论基础上的,电磁波理论及电磁波的传播规律是地质雷达技术的基础。正确认识电磁波的基本理论和地质雷达的工作原理,为实验数据分析提供理论指导;合理设置雷达检测参数,为科学采集实验数据做好准备;熟练掌握数字滤波技术和雷达图像波形特征,为分析和处理实验数据提供依据。本文就上述内容作了简要的介绍。 目前,在公路隧道衬砌的雷达无损检测中,雷达波速选取的准确与否直接关系到衬砌厚度的探测精度,而衬砌相对介电常数决定了雷达波速。本文通过精心设计,实验模拟隧道衬砌结构,在其不同深度埋设了钢筋,基于钢筋对雷达波的全反射原理,利用钢筋客观上给试件分层,用RAMAC/GPR地质雷达对不同深度的钢筋进行探测,从而得出不同钢筋埋深处的衬砌的厚度;同时分析混凝土龄期对雷达波波速的影响,最后定性分析了相对介电常数与实验试件厚度之间的关系。通过实验,可得出以下结论:雷达波速随着混凝土龄期的增长而增长;在同一龄期条件下,雷达波波速随着试件厚度的递增而递减;相对介电常数随着试件厚度的递增而相应递增,大致呈线性关系,这是在同一龄期条件下,雷达波波速随着试件厚度的递增而递减的内在原因。由此提出,在进行衬砌厚度的雷达探测时,根据衬砌厚度对雷达波速进行分级,这样在现有的雷达探测条件下,可以提高衬砌厚度探测的精度。 对隧道衬砌脱空和空洞的尺寸探测与形状判别一直是雷达无损检测的难点,本文以此为切入点,设置衬砌不等间脱空高度和圆台形与方形两种规则体空洞,通过雷达探测实验,探讨了雷达在公路隧道衬砌无损检测中的探测潜力。通过实验分析,得出以下研究成果:800MHz雷达天线可准确识别混凝土衬砌与喷射混凝土,但用于探测防水层的脱落仍不可行;当衬砌脱空高度大于5㎝时,800MHz雷达天线可准确地识别脱空体的上下界面,获得比较理想的探测结果;雷达对空洞水平尺寸的探测效果良好,但对空洞垂直大小的探测精度稍逊;实现了对圆台形与方形两种规则体空洞的雷达剖面形状判别。


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