地质雷达在高铁检测中的应用.docx
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地质雷达在高铁检测中的应用
地质雷达在高铁检测中的应用
自21世纪以来，中国高铁的现代化建设加快推进取得了举世瞩目的成就，目前已经拥有全世界最大规模以及最高运营速度的高速铁路网。
根据中国中长期铁路网规划方案，至2012年年底，中国将建成42条高速铁路客运专线，基本建成以“四纵四横”为骨架的全国快速客运网，总里程1.3万公里。
我国高速铁路取得了飞跃式发展，但同时高铁是否安全也成为人们关注的焦点。
目前，高速铁路客运专线正式投运时间尚短，相关病害（缺陷）检测工作开展相对滞后，随着高速铁路的运营，病害也相继发生。
病害的发展是有一个过程的，如果能在病害恶化之前发现，并及时采取整治措施，则可为高铁的维护、维修与管理决策提供依据和指导，大大提高铁路运营的安全性。
因此为了确保高速铁路的安全运行，做到安全可控，对高速铁路病害进行无损检测十分必要。
一、隧道检测：
隧道病害主要表现为衬砌背后有空洞，隧道衬砌厚度不足，衬砌表面裂缝，渗漏水等。
表1高速铁路隧道主要病害类型及其原因
序号
病害部位
病害类型
可能原因
发展结果
1
隧道衬砌
厚度不足
施工质量等
空洞，掉块
2
隧道衬砌
不密实、空隙、空洞
施工工艺，质量等（尤其衬砌模板台车交界处，注浆成型过程中难以到达，常见1～2米大小空洞，如下图）
空洞，掉块
3
隧道衬砌
混凝土裂缝
混凝土质量等
渗漏水，掉块
图1：
隧道拱顶空洞照片（模版台车交界处，注浆不充分造成的空洞）
隧道检测主要采用地质雷达法和现场调查法相结合。
地质雷达方法通过地质雷达发射天线向地下连续发射脉冲式高频电磁波，当遇到有电性差异的界面或目标体（介电常数和电导率不同）时即发生反射波和透射波。
接收天线接收反射波并经电缆传递给主机，在主机显示屏上形成实时的时间剖面。
根据记录到的反射波的到达时间和求得的电磁波在介质中的传播速度，确定界面或目标体的深度；同时根据反射波的形态、强弱及其变化等因素来判定目标体的性质。
主要仪器：
美国劳雷公司地质雷达仪（Sir-20型主机，配备400M天线）。
隧道地质雷达无损检测，一般在拱部布置4条测线，分别为拱顶下行外侧、下行内侧、上行内侧、上行外侧位置，详细见下面示意图。
图2：
隧道拱部地质雷达检测测线布置示意图
基于多条运营高铁隧道衬砌检测的基础上，我们最后总结采用适当改装的供电梯车进行检测。
此方法能最大限度的减少检测盲区。
（之前利用轨道车进行检测，因检测设备不能触碰接触网等设备，在轨道车行进过程中，会产生在接触网立柱前后5～8m的检测盲区）。
我们采用改装后的梯车平台进行检测，只在接触网立柱处存在1～2m的检测盲区。
此盲区可采用小锤敲击进行检查，亦可发现空洞较严重的病害。
现场进行地质雷达无损检测时，将地质雷达配置的400MHZ天线紧贴隧道表面，以供电梯车车载方式，利用杠杆原理，以3km/h速度匀速移动天线，采用人工触发方式，每25米打一个标记，进行连续测量。
现场检测工作照片如下：
图3：
高铁隧道现场检测
图4：
地质雷达设备SIR20系列
图5：
地质雷达检测结果无病害典型图
图6：
隧道衬砌质量检测不密实及钢筋图像
二、路基轨道板检测
路基轨道板病害主要表现为无砟道床板于支撑层之间出现缝隙，道床板裂缝等病害。
表2高速铁路无砟轨道中的主要病害类型及其原因
序号
病害部位
病害类型
可能原因
发展结果
1
道床板表面
裂缝
设计配筋与施工质量等
上下贯穿裂缝
2
道床板内部
不密实、空隙、空洞
施工捣固等
承载力过低、道床板破裂
3
道床板内部
钢筋异常
配筋大小不一或错位
道床板承载力不均、破损
4
道床板与支撑层间
空隙、脱空
凿毛、去渣，干缩，道床板裂缝等
承载力过低、道床板破裂、支承层破裂
5
道床板与支撑层间
抗剪销钉缺失
未做抗剪销钉
道床板挠曲变形、层间空隙，道床板破裂
6
支撑层表层
空隙、起伏
找平或道床板下部破坏摩擦引发
道床板、支撑层整体破损、破裂
7
支撑层内部
空隙、不密实、破裂
捣固不均，异物掺杂等
支撑层破损、破裂
8
级配碎石
下沉
地基下沉等
道床整体下沉、破损等
9
双块轨枕周边
空隙、裂缝
捣固、干缩等
道床板裂缝等
图7：
道床板于支撑层之间空隙病害图8：
轨枕块裂缝病害
无砟轨道路基检测主要采用地质雷达法。
主要设备仪器：
美国劳雷公司地质雷达仪（Sir-20型主机，配备900M天线）。
正常的无砟轨道，钢筋混凝土道床板（轨道板）、素混凝土支撑层（CA砂浆层）与级配碎石（路基基床表层）分层性特征明显，层间特征反射面光滑、平整；道床板内部钢筋反应清晰明显，钢筋粗细及位置均一，表现在地质雷达图像上为形态相似的强反射区点。
各结构层内除钢筋强反射外，无强烈反射位置，表征层内密实程度较好，无不密实、空隙及空洞存在；各层间反射同相轴较均一，未见强烈反射，表征道床板与支撑层，支撑层与级配碎石层间接触良好，无空隙或破损起伏。
图9：
无砟轨道现场检测
图10：
正常的无砟轨道典型检测图像
图11：
道床板与支撑层间的空隙及支撑层起伏
图12：
道床板内部空隙或不密实探测典型图像
三、挡墙检测
通过开展挡土墙的检测工作，掌握挡墙的质量现状，对其稳定性进行综合评估，并根据综合评估结果对有安全隐患的挡土墙提出整治建议方案。
高速铁路挡墙检测主要采用地质雷达法和地质素描法。
表1：
检测方法表
序号
方法
原理和检测内容
1
地质素描法
1.观察墙体，量测墙体片石尺寸，利用摄像、照片等方法，记录挡墙现状；
2.检查泄水孔等检验反滤层和墙体厚度，观察排水情况；
3.分析挡墙现阶段地质条件和历史维护记录；
4.评价挡墙质量。
2
地质雷达法
通过分析电磁波在介质中的传播规律，确定介质的内部结构。
检测墙体砌筑质量，主要是墙体厚度、内部空洞等。
地质素描：
专人负责地质素描工作，观察墙体是否变形、开裂和现场的地质地貌条件，采用摄像、照相、量测等方法描述挡土墙整体质量。
照片要反映挡墙全貌、起点和终点位置以及缺陷的局部图象，照片上里程要明确。
地质雷达挡墙检测：
地质雷达测线沿挡墙线横向和纵向两个方向布置。
沿墙体横向布设一条测线，高度自墙底向上1.5～2.0m位置，高度大于10.0米的挡墙增设一条横测线，该测线原则上设置在下部横测线上方5m位置；每5m间隔布置一条纵向测线，纵向测线由下向上测量，纵向测线长度一般与墙高一致，测线布置如图13。
现场检测时通过人工手持天线和使用绳索拖拽天线实现挡墙横测线和纵测线的检测。
每处挡墙检测前先核对并记录里程，对挡墙进行长度测量，每5米用喷漆打点一个。
检测挡墙横测线时，作业人员全部在挡墙下方，手持发射天线的人员沿挡墙方向匀速行走，保持发射天线均匀接触挡墙表面。
如遇需要进行多条横测线的挡墙时，根据现场实际要求，如使用加长杠将天线架高检测等。
纵测线检测前，观察挡墙顶端安全条件。
满足检测要求的，检测人员登墙，通过挡墙顶端作业人员收、放绳索完成纵测线检测。
随机对检测范围内挡墙进行地质雷达法复测，必要情况下进行破检，验证检测成果。
图13：
挡土墙检测测线示意图
图14：
挡墙检测现场工作照
四、高铁检测主要业绩一览
项目名称
工作量
新建南宁至广州铁路第三方隧道无损、挡墙检测
693284米
武广客运专线隧道衬砌无损检测
709860米
长吉城际铁路隧道衬砌无损检测
14880米
合武高铁隧道衬砌检测
136959米
沪宁城际铁路隧道衬砌质量无损检测
16926米
合宁高铁隧道衬砌检测
12030米
广珠城际铁路隧道衬砌无损检测
16688米
石武客运专线（湖北段）隧道衬砌无损检测
225947米
新建昌九城际及武九联隧道及挡墙第三方无损检测
52190米
沪宁城际铁路路基注浆无损检测
14384米
成灌铁路路基注浆无损检测
13267米
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