燕岛隧道检测报告

第29届奥运会青岛国际帆船中心

陆域隧道衬砌质量检测报告

中国电波传播研究所

20__年6月20日

项目名称：第29届奥运会青岛国际帆船中心陆域隧道检测

检测人员：

报告编写：

报告审核：

检测单位：中国电波传播研究所

检测日期：（签字）（签字）（签字）20__年6月19日～20__年6月20日

1工程概况

燕岛隧道位于青岛市XX，是第29届奥运会青岛国际帆船中心重要的配套工程，整个工程包括整个场区的市政管网、道路、泵站及隧道等项目。经过近7个月的紧张施工，隧道主体工程已于20__年5月顺利完成，为确保奥运工程的施工质量，我所受业主的委托，利用探地雷达对隧道衬砌质量进行了全面检测。

2检测目的

燕岛隧道设计全长70米，复合衬砌结构形式，四心圆结构。由于燕岛隧道围岩多是强风化破碎岩石，加之隧道本身施工难度大的原因，隧道的初衬和岩石层之间、初衬和二衬之间，如果施工控制不当，容易出现空隙，钢筋的分布也会出现与设计不符的问题，这将直接影响到隧道施工质量和运营过程中的安全性，因此对隧道衬砌施工质量进行检测很有必要。本次对燕岛隧道进行质量检测，主要目的是：

(1)检验隧道不规则岩面和初衬之间、初衬和二衬之间是否存在空洞或空隙；

(2)初衬和二衬的衬砌厚度是否符合设计要求；

(3)钢骨架和钢筋的分布是否符合设计要求。

3检测依据

本次检测严格按照以下规范进行，资料完整可靠：

(1)陆域隧道工程项目《施工图设计》（隧道部分）；

(2)交通部JTT042-94《隧道施工技术规范》；

(3)交通部颁JTGF80/1-2004《公路工程质量检验评定标准》(隧道工程部分)。4检测方法和原理

现场检测采用LTD-2000探地雷达和GC900M、GC500M天线进行。探地雷达由一体化主机、天线及相关配件组成（图1）。雷达工作时，向地下介质发射一

定强度的高频电磁脉冲（几十兆赫兹至上千兆赫兹），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，探地雷达接收并记录这些信号，再通过进一步的信号处理和解释即可了解地下介质的情况（图2）。

图2LTD探地雷达探测隧道时的工作原理LTD-2000探地雷达主机LTD-2000配套屏蔽天线图1LTD-2000探地雷达系统的组成

相对于探地雷达所用的高频电磁脉冲而言，通常工程勘探和检测中所遇到的介质都是以位移电流为主的低损耗介质。在这类介质中，反射系数和波速主要取决于介电常数

式中：“Υ”为反射系数，“ν”为速度，“ε”为相对介电常数，“с”为光速，下角标“1、2”分别表示上、下介质。电磁波由空气进入二衬的混凝土层，会出现强反射（对应地面，并且由于空气中电磁波传播速度较快，这时的地面对应的是负相位）；同样，当电磁波由二衬传播至初衬，继而由初衬传播到岩层时，如果交界处贴合不好，或存在空隙，亦会导致雷达剖面相位和幅度发生变化，由此可确定衬砌厚度和发现施工缺陷。电磁波遇到以传导电流为主的介质，比如衬砌中存在的钢筋，会出现全反射，接收到的能量非常强，在雷达剖面上显示强异常，以此可确定钢筋分布情况。

5现场检测

20__年6月19日至20__年6月20日，在业主、监理、公路工程质量监督站和施工部门的协助下，我所利用LTD-2000探地雷达，配置900M和500M天线对燕岛隧道的衬砌质量进行了检测。

图3LTD探地雷达检测隧道时的检测场景综合控制电缆距离标记线

GC500天线LTD-2000雷达主机

现场检测采用中国电波传播研究所研制的LTD-2000型探地雷达（见图1），所用天线为地面耦合式一体化天线。雷达检测时，发射和接收天线与隧道衬砌表面密贴，沿测线滑动，由雷达主机高速发射雷达脉冲，进行快速连续采集。雷达每秒发射64个脉冲，每米测线约有测点40~60个。

雷达时间剖面上各测点的位置和隧道里程相联系，为保证点位的准确，在隧道壁上每1m作一标志，标上里程。当天线对齐一标记时，由仪器操作员向仪器输入信号，在雷达记录中每1m作一小标记，10米的整数桩号打一个大标。内业整理资料时，根据标记和记录的首、末标及工作中间核查的里程，在雷达的时间剖面图上标明里程桩号。

现场测试的具体步骤如下：

(1)天线选型

针对本次隧道衬砌检测的具体情况，主要从分辨率、穿透力和稳定性三个方面综合衡量，我们选择了500MHz和900MHz天线。900MHz天线分辨率较高，能够发现二衬间存在的缺陷，确定钢筋分布，估计二衬厚度；500MHz天线虽然分辨率较900MHz天线低一些，但穿透深度较大，可以检测不规则岩面和初衬之间是否存在空洞或空隙，并可对初衬和二衬之间900M的检测结果进行对比。

(2)记录参数的确定

在选定测量天线后，进行了记录参数选取试验。根据现场调试分析结果，确定主要参数如下：

a)检测速度控制在5km/h左右；

b)每道（即每个地面采样点）包括512个时间采样点；

c)900M天线的时间窗（记录长度）为20ns，500M天线的时间窗为50ns；d)采用9点分段增益，由浅至深线性增益；

e)采用连续检测方式，每隔1米打一个标记，每10米打双标。

(3)检测测线布置

检测时，沿洞的走向设置5条测线（详见测线布置示意图4），起拱线对应测

线1和5设置在离底部1.2米，拱腰测线2和4设置在离底部2.0米处，拱顶测线3布置在隧道的中轴线。

图4LTD探地雷达检测隧道时的测线布置

野外采集的连续雷达扫描图象，经室内计算机处理后，绘制成彩色探地雷达时间剖面图。对于异常部位，进行反复测量与加密测量，所有剖面测线记录独立编写文件，采用边采集数据边实时显示监控，遇随机情况影响探测效果的均在现场进行复测，确保全部数据均为有效记录（记录文件见表1）。测线1测线3

测线26探地雷达测试数据的处理和解释

6.1数据处理

雷达数据的采集是分析解释的基础，数据处理则是提高信噪比，将异常突出化的过程。将野外采集的探地雷达数据传输至计算机中，应用配套的探地雷达处理软件进行处理。首先进行预处理，即定标点的编辑、文件头参数设定及距离均一化。进行定标点的编辑主要是将漏打的定标点补上，多余的删除，使隧洞内所标桩号与雷达图像上的定标点对应起来，在此基础上编辑文件头，设定适当的参数，并进行距离均一化。

表1青岛帆船中心陆域隧道检测现场记录

经过预处理后，还要进行一系列的数字化信号处理，通常的信号分析处理模块有：振幅谱分析、功率谱分析、相位谱分析、滑动平均谱分析、二维谱分析；常规信号处理模块有：漂移去除、零线设定、背景去噪、增益、谱值平衡、一维滤波、二维滤波、希尔伯特变换、反褶积、小波变换；运算模块有：道间平衡加强、滑动平均、文件叠加、文件拼接、混波处理、单道漂移去除、数学运算、积分运算、微分运算；图形编辑模块有：图形的放大、缩小、压缩、截取等。

经过上述数字信号处理后，可以有效地压制干扰信号的能量，提高雷达信号的信噪比，使雷达图象更易于识别地质信息，清晰的反映地质现象，从而提供更准确的解释结果。数据处理采用中国电波传播研究所自行开发的IDSP5.0探地雷达处理解释软件。处理过程包括预处理（步骤：①修改文件头参数；②标记和桩号校正；③剖面翻转和道标准化；④添加标题、标识等）和处理分析（包括①浏览整个剖面，查找明显的异常；②频谱分析；③滤波去噪；④振幅增强；⑤异常特征和面层对应相位分析；⑥剖面修饰等）。

经过处理后的检测剖面中不同的颜色对应不同的幅度强度，横轴代表桩号（单位为m），纵轴表示电磁波传播的双程走时（单

位为ns）。从剖面上可直观地看到钢筋分布（见附图，

钢筋呈连续的亮点反映，反射强度/幅度发生明显变

化）、施工孔附近的空隙（见附图，呈锲形异常，幅

度和相位均有明显变化）和空洞反映（见附图，呈典型双曲线反映，幅度和相位均有明显变化，并且从上而下的双曲线幅度逐渐减弱）。

6.2资料解释

探地雷达图象的分析有定性和定量两种，定性分析主要表现在对空洞、脱空规模大小、产状的判断上，定量分析主要在衬砌层厚度的判定上。衬砌层厚度的判定主要是界面的追踪及电磁波的速度的确定，混凝土与围岩界面主要按照相位及振幅进行追踪，由于界面两侧的介质存在一定的电性差异，特别是有空洞存在时，砼、空气与围岩三者之间存在较大差异，在该界面位置出现强反射，电磁波能量显著增强，形成强反射界面，但当砼内有钢筋时该界面将变得不十分清晰；电磁波波速则是根据混凝土的潮湿程度及凝期等因素，确定电磁波在混凝土中的相对介电常数εr，混凝土的相对介电常数一般为6.4，然后利用公式(1)、(2)即可

计算出衬砌层厚度。

对于衬砌层与围岩的接触情况，这主要根据电磁波波形、振幅大小及电磁波同相轴连续性的好坏来进行判断。当衬砌层内胶结良好，或衬砌层与围岩之间接触良好，无脱空时，雷达图像上表现为雷达波同相轴连续性较好。反之在雷达图像上会表现为反射能量强、同相轴连续性较差，甚至产生双曲线形态等异常现象。

6.3典型图象分析

本次燕岛隧道检测的探地雷达野外采集数据经专业处理软件进行一系列的数字化模块处理、分析后，结果与原设计资料进行对比发现，燕岛隧道衬砌厚度基本达到设计要求，未发现明显的脱空异常区存在。下面就本次检测中的典型雷达图象进行说明：

图5色标：从左往右的颜色表示由强至弱的幅度大小

(1)正常情况（见图6）：表现为同相轴连续性较好，图像上看不到明显的异常反映，二衬、初衬、围岩之间的分界界面清晰。

图6正常的探地雷达检测数据处理后的图象

(2)虚假异常（见图7圈定位置）：这种异常主要是因为洞壁上的配电箱、消防设备洞、电源电缆、伸缩缝等引起的异常反映，该类异常主要表现为同相轴连续性中断，从上至下雷达波形同步错乱，这种异常不作为判断衬砌层内部质量的依据。在野外实际施工中，在经过上述部位时，记录里程位置和雷达测量文件的道数，在数据处理分析过程中，可避免将上述异常判定为隧道质量异常。

图7虚假的探地雷达异常信号

(3)砼胶结稍差引起的异常（见图8圈定位置）：这种异常主要是因为衬砌层内部胶结稍差引起，异常主要表现为同相轴连续性局部中断，雷达波形局部错乱，但异常形态规模较小，并未呈现明显的双曲线形态特征。

图8砼胶结稍差产生的探地雷达异常信号

燕岛隧道应用探地雷达检测隧洞共5条纵断面，经雷达扫描图像分析，检测结果如下：

（1）隧道衬砌厚度及衬砌质量检测结果：

左壁测线衬砌检测结果表

本次探地雷达检测结果表明，燕岛隧道衬砌层厚度均符合设计要求（详见各

测线“探地雷达解释剖面图”）；

（2）衬砌层与围岩之间、初期支护与二衬之间接触紧密，未发现脱空异常区存在。

（3）通过对各测线探地雷达剖面分析，该隧道衬砌层砼胶结总体优良，个别部位砼胶结稍差(洞顶K0+67.5处位置)，推测为砼胶结稍差，雷达图象表现为同相轴突然中断，但异常范围小，对隧道总体质量无大的影响。

图9燕岛隧道顶部钢筋分布检测剖面（LTD-2000雷达配置900M天线）

图10燕岛隧道顶部局部脱空检测剖面（LTD-2000雷达配置500M天线）