地質(zhì)雷達(dá)在軌道交通建設(shè)中的應(yīng)用與探討

1、地質(zhì)雷達(dá)在軌道交通建設(shè)中的應(yīng)用與探討交流匯報： UCD 目 錄CONTENTS01單位簡介02地質(zhì)雷達(dá)工作原理及應(yīng)用03地質(zhì)調(diào)查、勘察中的應(yīng)用04路面空洞探測、埋藏物探測的應(yīng)用05隧道超前預(yù)報的應(yīng)用06隧道內(nèi)無損檢測的應(yīng)用01單位簡介UCD 單位簡介01 創(chuàng)建于1958年，是新中國成立后最早的甲級巖土工程勘察、測繪單位之一，是全國第一家從事地下鐵道勘察、測繪的大型企業(yè)，可承接軌道交通、市政、鐵路、工民建的設(shè)計咨詢、勘察、測繪、監(jiān)測檢測、監(jiān)理、地質(zhì)災(zāi)害危險性評估、巖土工程設(shè)計與施工等任務(wù)。近十幾年來，我院致力于地下水研究、工程咨詢、智慧城市、自動化監(jiān)測、各類檢測等方面的研究和探索。02地質(zhì)雷達(dá)工

2、作原理及應(yīng)用工作原理、儀器設(shè)備、主要應(yīng)用工作原理、儀器設(shè)備、主要應(yīng)用UCD 工作原理01儀器設(shè)備主要應(yīng)用0302 02地質(zhì)雷達(dá)是一種電磁探測技術(shù)，原理是利用介質(zhì)對電磁波的反射特性，對介質(zhì)內(nèi)部的構(gòu)造和缺陷（或其他不均勻體）進(jìn)行探測。該方法的工作過程是：由發(fā)射天線向探測對象中發(fā)射高頻電磁波，當(dāng)其在傳播過程中遇到不同的目標(biāo)體（巖石、土體、混凝土、空洞等）的介電性差異界面時，就有部分電磁波反射回來被接收天線接收并由主機(jī)記錄，從而得到自發(fā)射天線經(jīng)介電性差異界面反射回到接收天線的電磁波雙程走時。當(dāng)介質(zhì)中的電磁波速已知時，可根據(jù)測得的走時求得目標(biāo)體的位置和埋深。介質(zhì)電導(dǎo)率S/m相對介電常數(shù)速度(m/s)空氣

3、01300干瀝青0.01-0.12-4212-150濕粘土0.1-15-40134-47干混凝土0.001-0.014-40150-47淡水10-0.018133干沙10-0.0012-6212-122工作原理01儀器設(shè)備主要應(yīng)用030201GR便攜式地質(zhì)雷達(dá)主機(jī)、400MHz屏蔽天線工作原理01儀器設(shè)備主要應(yīng)用030201我院使用的是中國電波傳播研究所生產(chǎn)的GR便攜式地質(zhì)雷達(dá)及200MHz、400MHz、900MHz天線。此雷達(dá)主機(jī)具有輕便、自動化程度高、信號穩(wěn)定、效率高、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)；可連接使用多種頻率的天線，支持同時連接兩個天線，實(shí)時顯示檢測剖面；Windows視窗平臺作業(yè)，操作界面友

4、好。GR便攜式地質(zhì)雷達(dá)主機(jī)、400MHz屏蔽天線地貌特征01場地環(huán)境條件主要應(yīng)用0302010302目前地質(zhì)雷達(dá)在軌道交通建設(shè)中的主要應(yīng)用有： 路面空洞探測、埋藏物探測的應(yīng)用路面空洞探測軌道道床檢測地下管線探測地下埋藏物探測地質(zhì)調(diào)查、勘察基巖面、基巖裂隙探測湖底淤泥、湖底探測溶洞、不良地質(zhì)體探測隧道內(nèi)無損檢測盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測襯砌厚度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測鋼筋和鋼架分布情況檢測隧道超前預(yù)報隧道超前地質(zhì)預(yù)報03地質(zhì)調(diào)查、勘察中的應(yīng)用基巖面、基巖裂隙探測、湖底淤泥、湖底探測、溶洞探測UCD 基巖面、裂隙探測01湖底淤泥、湖底探測溶洞探測0302010102采用100兆不屏蔽天線，天線間距

5、1米、疊加64次，用RAMAC/GPR采集軟件成圖?；鶐r面在1621米處?；鶐r面、裂隙探測01湖底淤泥、湖底探測溶洞探測0302010302采用50兆天線，在廣西軌道交通1號線探測。從結(jié)果看，在該剖面位置裂隙較發(fā)育。基巖面、裂隙探測01湖底淤泥、湖底探測溶洞探測0302010301采用100兆不屏蔽天線，在錢塘江做水底形態(tài)調(diào)查。從剖面中水底形態(tài)清晰可見?；鶐r面、裂隙探測01湖底淤泥、湖底探測溶洞探測03020103010203 采用50兆天線在四川某地勘察的實(shí)例。圖中可以看到裂隙和溶洞，地質(zhì)條件為灰?guī)r。 從圖中可見,在500ns即80米處仍可探出地下溶洞。04地面空洞探測、埋藏物探測的應(yīng)用路面

6、空洞探測、軌道道床檢測、地下管線探測UCD 路面空洞探測路面空洞探測01軌道道床檢測02010102 由于盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地面沉降，尤其位于老城區(qū)的線路，人工填土厚、地下管線復(fù)雜，老舊，前期的忽視和僥幸心理會往往會引起路面塌陷，甚至塌方，造成非常嚴(yán)重的后果和不良社會影響。路面空洞探測路面空洞探測01軌道道床檢測02010102 我院于2018年對鄭州某地鐵站進(jìn)行了路面空洞探測工作，發(fā)現(xiàn)缺陷、空洞非常嚴(yán)重，路面下存在兩處明顯的空洞，及時提醒了施工單位?？斩绰访婵斩刺綔y路面空洞探測01軌道道床檢測02010102在注漿處理之后，我院又重新進(jìn)場進(jìn)行了路面空洞檢測，檢測結(jié)果顯示注漿處理的效果良好。路面空

7、洞探測路面空洞探測01軌道道床檢測020101022019年10月，我院全程參與洛陽某線突發(fā)路道路塌陷應(yīng)急搶險工作，并體現(xiàn)了空洞探測的重要作用。路面空洞探測路面空洞探測01軌道道床檢測02010102路面空洞探測路面空洞探測01軌道道床檢測02010101勘察揭露在u型槽和高架變換部位分布有巨厚層雜填土，最大深度為14m。2018年，我院對鄭州某運(yùn)營地鐵的區(qū)間道床進(jìn)行了空洞雷達(dá)探測。u型槽和高架變換部位，U型槽段采用cfg樁復(fù)合地基，高架段采用樁基礎(chǔ)路面空洞探測路面空洞探測01軌道道床檢測02010101軌道道床底板下方1.2m2.6m土體有明顯沉降截止至今，該部位軌面累計最大沉降21mm，嚴(yán)

8、重影響運(yùn)營安全，現(xiàn)已制定了專項(xiàng)處理方案，正在處理我院選用頻率為200MHz（加強(qiáng)型）屏蔽天線，根據(jù)現(xiàn)場條件，沿地鐵軌道道心分別在左、右線各布置1條測線。路面空洞探測路面空洞探測01地下管線探測地下管線探測02010101路面分層和地下管線探測混凝土層混凝土層土壤土壤管線管線05隧道超前地質(zhì)預(yù)報隧道超前地質(zhì)預(yù)報隧道超前地質(zhì)預(yù)報UCD 隧道超前地質(zhì)預(yù)報01 適用于暗挖法施工，對掌子面前方的地質(zhì)情況進(jìn)行超前預(yù)報，對于砂層中可能存在的空洞、水囊，基巖地層中的裂隙、空腔、溶洞，軟硬地層有很明顯的效果，指導(dǎo)施工，驗(yàn)證圍巖等級。06隧道無損檢測盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測、襯砌厚度檢測、襯砌脫空和密實(shí)度檢盾構(gòu)

9、管片背后注漿密實(shí)度檢測、襯砌厚度檢測、襯砌脫空和密實(shí)度檢測、鋼筋和鋼架分布情況檢測測、鋼筋和鋼架分布情況檢測UCD 盾構(gòu)管片背后注漿盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測密實(shí)度檢測01襯砌厚度檢測襯砌厚度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測0302010102 必要性：盾構(gòu)法施工技術(shù)是軟土層中施工隧道的一種主要手段，但是在軟土和砂卵石地層中施工引起的后期沉降控制常常會導(dǎo)致周圍地層發(fā)生過大變形，影響周邊構(gòu)筑物的安全。 盾構(gòu)引起的沉降分為5個部分，盾構(gòu)到達(dá)前、盾構(gòu)到達(dá)時、盾構(gòu)通過時、管片變形、地表后期固結(jié)沉降，其中盾構(gòu)通過時引起的沉降占總沉降量的20-100%，是影響的最主要因素。 原因是盾構(gòu)機(jī)外徑大

10、于管片外徑，盾尾過后其中的空隙就需要及時填充。但往往由于沒能及時填充或注漿不當(dāng)，盾尾空隙中的漿液厚度環(huán)向分布不均（拱頂?。涮畈粚?shí)，未能形成環(huán)箍，進(jìn)而軟土在不能形成有效承載情況下自行填入盾尾空隙，土層應(yīng)力釋放，造成盾尾地層下沉。 管片背后注漿由于漿液的流動性，滲透性，穩(wěn)定性等，以及隧道所處地層的特性，漿液在管片背后的分布形態(tài)不均勻，且極易沿著某些溢漿通道流失，導(dǎo)致注漿量大，注漿壓力不夠。因此盾構(gòu)管片背后注漿效果進(jìn)行檢測是必要的。04鋼筋和鋼架分布情況檢測鋼筋和鋼架分布情況檢測盾構(gòu)管片背后注漿盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測密實(shí)度檢測01襯砌厚度檢測襯砌厚度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢

11、測0302010102 目的：對注漿層厚度和注漿層缺陷進(jìn)行的檢測，對于控制地層沉降、保護(hù)管片結(jié)構(gòu)有重要意義，并可為二次注漿的提供依據(jù)。針對盾構(gòu)隧道的施工工藝和管片防水性，目前使用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行測試是現(xiàn)行較為有效的手段。 探測可行性： 根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的電磁波原理，探測目標(biāo)體（水泥砂漿凝固體）與管片、圍巖層介電常數(shù)差異較大，雷達(dá)信號在界面處會存在較強(qiáng)的反射，用來分析注漿體厚度分布和缺陷。04鋼筋和鋼架分布情況檢測鋼筋和鋼架分布情況檢測盾構(gòu)管片背后注漿盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測密實(shí)度檢測01襯砌厚度檢測襯砌厚度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測0302010102 04鋼筋和鋼架分布情況檢測鋼

12、筋和鋼架分布情況檢測盾構(gòu)管片背后注漿盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測密實(shí)度檢測01襯砌厚度檢測襯砌厚度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測0302010102 04鋼筋和鋼架分布情況檢測鋼筋和鋼架分布情況檢測盾構(gòu)管片背后注漿盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測密實(shí)度檢測01襯砌厚度檢測襯砌厚度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測0302010102 04鋼筋和鋼架分布情況檢測鋼筋和鋼架分布情況檢測盾構(gòu)管片背后注漿盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測密實(shí)度檢測01襯砌厚度檢測襯砌厚度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測0302010102 測線布置：對地鐵隧道拱頂、左右拱腰、左右邊墻、仰拱（隧底）

13、的管片背后密實(shí)度、基底密實(shí)度等進(jìn)行一次無損檢測。04鋼筋和鋼架分布情況檢測鋼筋和鋼架分布情況檢測另外，測線布置還應(yīng)符合下列要求：1) 測線主要沿線路走向布置，重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行局部加密并布置交叉測線，測線布置在通道表面障礙物較少的區(qū)域。2) 當(dāng)測區(qū)邊界附近發(fā)現(xiàn)重要異常時，應(yīng)進(jìn)行網(wǎng)格式加密檢測。盾構(gòu)管片背后注漿盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測密實(shí)度檢測01襯砌厚度檢測襯砌厚度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測0302010102 現(xiàn)場檢測：（1） 測線位置與標(biāo)記 本工程測線的位置在現(xiàn)場選定檢測起點(diǎn)后，嚴(yán)格將測線位置進(jìn)行實(shí)地測量，每隔10m做一個標(biāo)記，記錄每條測線的起訖位置。應(yīng)用手持測距輪及皮尺等輔

14、助工具進(jìn)行距離標(biāo)識，以保證檢測位置的準(zhǔn)確性。（2）現(xiàn)場記錄 現(xiàn)場記錄很重要，它是資料解釋的基礎(chǔ)。除了記錄測線的起訖點(diǎn)、檢測位置、文件號外，還需要對環(huán)境干擾信號進(jìn)行記錄，如電線反射、側(cè)面墻反射、金屬物品反射等，如不參考現(xiàn)場記錄很容易將干擾信號錯判為異常體?，F(xiàn)場記錄的要點(diǎn)是把可能產(chǎn)生反射干擾的干擾源都記錄下來，注明它們的性質(zhì)、與測線的距離、位置關(guān)系等。（3）檢測速度 雷達(dá)檢測速度不宜太快，一般在35km/h。04鋼筋和鋼架分布情況檢測鋼筋和鋼架分布情況檢測盾構(gòu)管片背后注漿盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測密實(shí)度檢測01襯砌厚度檢測襯砌厚度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測0302010102 數(shù)

15、據(jù)處理：04鋼筋和鋼架分布情況檢測鋼筋和鋼架分布情況檢測 地質(zhì)雷達(dá)在檢測過程中，由于受周圍環(huán)境電磁信號、儀器本身的噪聲和地下介質(zhì)的復(fù)雜性等因素的影響，記錄的信號會受許多干擾因素的影響。這些干擾因素掩蓋了真實(shí)異常并且經(jīng)常產(chǎn)生假異常，使檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，因此在進(jìn)行檢測結(jié)果解釋之前，需要進(jìn)行數(shù)字處理來壓制干擾波，提高信號的信噪比，同時還需要結(jié)合地質(zhì)、構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)等信息和現(xiàn)場記錄，盡量剔除假異常，得到真正的目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息，使雷達(dá)檢測信息和目標(biāo)體真實(shí)情況相對應(yīng)，獲取真正的異常信息，并對異常信息進(jìn)行綜合解釋。盾構(gòu)管片背后注漿盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測密實(shí)度檢測01襯砌厚度檢測襯砌厚度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測襯砌

16、脫空和密實(shí)度檢測030201010104鋼筋和鋼架分布情況檢測鋼筋和鋼架分布情況檢測 襯砌厚度盾構(gòu)管片背后注漿盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測密實(shí)度檢測01襯砌厚度檢測襯砌厚度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測030201010104鋼筋和鋼架分布情況檢測鋼筋和鋼架分布情況檢測 二襯欠厚6-16cm我院于2011年對某隧道進(jìn)行了隧道襯砌無傷檢測。盾構(gòu)管片背后注漿盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測密實(shí)度檢測01襯砌厚度檢測襯砌厚度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測030201010104鋼筋和鋼架分布情況檢測鋼筋和鋼架分布情況檢測測量雙程走時t測量墻體厚度h由實(shí)際測得的t0和h0計算電磁波

17、在襯砌混凝土中傳播速度 v =2*h0/t0 （cm/ns）由速度可以根據(jù)走時t確定后續(xù)襯砌檢測厚度h盾構(gòu)管片背后注漿盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測密實(shí)度檢測01襯砌厚度檢測襯砌厚度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測0302010204鋼筋和鋼架分布情況檢測鋼筋和鋼架分布情況檢測03驗(yàn)證情況：最薄處厚度8cm，最大脫空44cm。注漿約8方驗(yàn)證：最薄處7cm，最大脫空60cm，注漿約6方盾構(gòu)管片背后注漿盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測密實(shí)度檢測01襯砌厚度檢測襯砌厚度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測0302010204鋼筋和鋼架分布情況檢測鋼筋和鋼架分布情況檢測04設(shè)計鋼筋間距20c

18、m，實(shí)測間距約40cm盾構(gòu)管片背后注漿盾構(gòu)管片背后注漿密實(shí)度檢測密實(shí)度檢測01襯砌厚度檢測襯砌厚度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測襯砌脫空和密實(shí)度檢測0302010204鋼筋和鋼架分布情況檢測鋼筋和鋼架分布情況檢測04很清晰明顯的看到鋼筋的分布、間距，并得到了驗(yàn)證。結(jié)束語 此外，基于地質(zhì)雷達(dá)的無損檢測方法，同時對于地形地貌要求較低，目前在軌道交通、橋梁檢測、房屋檢測、地下水研究、斷裂帶、考古等領(lǐng)域也有非常廣泛的應(yīng)用。 但是，由于探測環(huán)境影響，導(dǎo)致天線與探測面有耦合不好的情況，再加上物探方法技術(shù)本身的局限性、多解性和地下隱蔽工程的復(fù)雜性以及工作中實(shí)測剖面位置的電性參數(shù)與標(biāo)定位置的參數(shù)有可能存在差別，這些

19、因素都會造成探測的誤差。010000010100000000010001000101001000000001000101010101010101010100101010101010111101001010100101001000000010101010100100010010111011000101000101010000100100000101000000000100010001010010000000010001010101010101010101001010101010101111010010101001010010000000101010101001000100101110110001

20、010001010100001010100001011011010100010101000100100100100100100000001001001010000100000100111001010010000010100000000010001000101001000000001000101010101010101010100101101000010110110101000101010001001001001001001000000010010010100001000001001110010100100000101000000000100010001010010000000010001010

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22、000000010010010100001000001001110010100100000101000000000100010001010010000000010001010101010101010101001010101010101111010010101001010010000000101010101001000100101110110001010010011100101001000001010000000001000100010100100000000100010101010101010101010010101010101011110100101010010100100000001010

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