工 技术 地质雷达技术在隧道工程无损检测中的应用 李艺 中铁隧道股份有限公司 河南郑州４５０００１ 【摘要ｌ在隧道施工中，对于工程质量问题需要进行快速全面的检 时，可以发现反射波的振幅出现了明显增大的现象，同时视频率出现了 测，地质雷达作为一个无损检测方法，具有简便方便的特点，因此在隧道 降低。 工程的检测中广泛应用。本文将结合具体的隧道工程实例，简要介绍地质 电磁脉冲在各结构层的界面会出现反射，同时在不同的结构层中电 雷达无损检测技术的应用。 磁脉冲的速度有所不同，根据反射时间和速度，通过一定的公式计算可 【关键词】地质雷达；隧道工程；无损检测；雷达技术 以求出隧道结构层混凝土的厚度。电磁脉冲在混凝土中的速度是可以 预先知道的，因此在进行混凝土的厚度检测中，最为关键的是准确的确 定电磁脉冲在隧道各结构层的反射时间。根据反射时间和传播速度，即 １ 引言 在隧道工程的施工中，会出现各种各样的工程质量问题，比如衬砌 可计算出结构层的厚度。在一次衬砌和二次衬砌之间往往存在缝隙，在 不够密实、脱空等，因此为了及时发现隧道工程中的质量问题，应采取 地质雷达的图像上即可读取出二次衬砌的厚度。但是在实际的地质雷达 种快速全面的检测方式进行检测，并及时对质量问题进行处理。随着 检测中，往往会出现衬砌混凝土与喷射混凝土之间的分界面在图像中不 一隧道工程的发展，传统的检测技术如钻孔取芯、压水测试等方法已经无 能清楚的表现出来，这是因为这两种结构的物质都是混凝土，因此本身 法达到工程检测的要求。地质雷达作为一种新型的无损检测技术，操作 之间的物性差异很小，当衬砌混凝土和喷射混凝土之间结合情况较好 简单易懂，设备轻便，同时具有高分辨率的特点，因此在隧道工程的质 时，在电磁脉冲的传播过程经过两种结构的分界面时基本不会出现反 量检测中广泛应用。 射的现象，这表现在图像中就是分界面不清晰的问题。 ２ 工程概况 ４．３脱空区检测 本工程为某市一长约９．８ｋｍ的高速公路隧道，一共的１２座，隧道的 空气与混凝土是这两种截然不同的物质，两者之间存在很大的物 设计施工均是依据新奥法的原理，采用复合衬砌的形式。在本工程的隧 性差异，因此两者物质之间的介电常数差别较大，在隧道工程的施工 道施工中，为了能够及时发现施工中存在的问题，本工程采用了地质雷 中，如果衬砌混凝土背后回填时其密实度没有达到要求的话，在混凝土 达无损检测技术对施工中的一些项目进行质量抽检，并对施工质量进行 与围岩之间存在缝隙的情况下，电磁波在经过空气与混凝土的界面时， 分析。以下将对初期支护厚度、二次衬砌混凝土厚度、脱空区检测以及 会出现很强的反射信号。脱空区越大的话，在图像中围岩的界面就越清 钢供架规格与分布的检测过程进行简要的探讨和分析。 晰。在地质雷达的图像中可以看到形状为弧形的反射波多次出现，并且 ３ 测线布置与检测参数 具有同相轴的特点，其出现的位置通常是在混凝土层以下，随着时间的 在隧道工程施工质量检测中，应做好测线布置工作，本工程对具体 变化，弧形反射波的能力出现明显增大的趋势。对于脱空区大小的计算 情况进行分析，决定在隧道拱顶、左右拱脚及左右边墙共布置了五条测 主要是根据雷达波在洞内的行走速度和介电常数两个参数，同时根据 线，这样可以较为全部的检测隧道的施工质量问题。 水平距离也可以求出脱空区的范围。 本工程中用于检测的地质雷达为ＲＡＭＡＣ／ＧＰＲ型，选用５００ＭＨｚ ４．４钢拱规格与分布 屏蔽天线。本隧道工程施工质量检测中需要进行控制的参数有以下几 由雷达发射出来的电磁波在传播过程中，存在在能量的传递。根 点：采样的频率设置为７００５ＭＨｚ，采样点数为４８３点，叠加次数为８次， 据电磁波理论，良性导体比如金属材料，在电磁波入射到其上时会产生 窗口时间为６５ｎｓ，触发采用时间触发的方式。 很强的反射现象，因此从中可以知道当电磁波在传播过程中，如果入射 ４ 地质雷达检测应用 在本隧道工程施工质量检测中，会得到原始的地质雷达检测数据。 到良性导体的表面时，会出现很强的反射现象，这是因为导体的存在会 有较大的电磁性差异。在隧道衬砌的施工中，通常会涉及到钢支撑和钢 这些原始的检测数据如果没有进行任何的处理，是无法仅凭原始数据 筋网的使用，这两种结构均是良性导体的金属材料。在隧道工程的地 得出隧道衬砌的具体情况的，因此需要采用专门的地质雷达资料处理 质雷达检测中，当电磁波入射到混凝士中时，如果混凝土中存在钢筋的 数据，对原始的雷达检测数据进行一定的变化和滤波处理。对原始数据 话，在雷达图像中会出现强烈的、明显的反射信号，呈现连续点状；如果 的处理主要是对波形进行处理。波形的处理方式主要有增强有效信号， 混凝土中存在钢拱的话，在雷达图像中会出现强烈的月牙形发射信号， 过滤无效信号，抑制随机噪音，提高图像的信噪比和分辨率等，经过波 并且每一个钢拱在图像中都能出现一个信号。根据检测所得到的雷达图 形处理之后的原始检测数据才可进行使用。其中还涉及到图像判释这一 像，可以求出钢拱和钢筋的数目，根据信号的形状，可以知道钢拱的分 重要环节。图像判释的依据是地址雷达图像的正演成果和地质勘探资 布情况，同时结合设计的话，可以判定钢拱和钢筋的用量是否符合设计 料，在这些资料的基础上可以对所获得的雷达图像上的一些现象进行 和规范要求。 合理的阐释，并且判断所测量的对象是否有异常的问题，最终将各测线 ５ 结语 的图释结果汇总到成果图上。根据最后的成果图，就可以从中对隧道施 为了及时发现隧道工程中的质量问题，应采取一种快速全面的检 工的质量问题进行分析和判断。 测方式进行检测，并及时对质量问题进行处理。随着隧道工程的发展， ４．１初期支护厚度检测 传统的检测技术如钻孔取芯、压水测试等方法已经无法达到工程检测 通常情况下，在天线发射出来的雷达波中，速度最快，最先达到接 的要求。通过采用地质雷达检测的方法可以对隧道衬砌混凝土的厚度、 收天线的应为空气直达波，而稍晚一点接收到的将为表面直达波，最后 初期支护厚度等进行检测，具有精度高、快速、无损检测等优点。文章 才是混凝土和围岩胶结面的反射波。围岩与混凝土之间的物性差异直 通过结合工程实例，应用雷达检测实施，总结探地雷达的应用效果。从ｌ 接影响到反射波的能量，两者之间的物性差异与反射波的能力成正相 效果来看，雷达检测其操作简单易懂，设备轻便，同时具有高分辨率的 关关系。雷达波经由混凝土和围岩界面反射到地质雷达中的反射信号表 特点，因此在隧道工程的质量检测中广泛应用。 现在图像中则为较强的振幅和较为连续的同相轴，根据这一特点，即可 在读取出混凝土的厚度。 参考文献 ４．２二次衬砌混凝土厚度检测 【１］董树国，白红英，王领．探地雷达在承朝高速公路东营予隧道质量检 围岩与一次、二次衬砌之后是存在着很多的区别，主要体现在物质 测中的应用［Ｊ］．公路交通科技（应用技术版），２０１５，（Ｏ４）：３０－５１． 成分和物理性质上，这些方面的区别导致了这三者之间的介电常数存在 ［２］王慧鑫．地质雷达在隧道检测应用中的多次反射分析［Ｊ】．山西交通科 着很明显的不同，特别是在衬砌和围岩之间。当电磁波从衬砌进行围岩 技，２０１Ｏ，（０７）２８－５４．
