地質(zhì)雷達(dá)無損探測技術(shù)在隧道檢測中的應(yīng)用研究

王智博

雷達(dá)檢測技術(shù)的使用大大節(jié)約了隧道質(zhì)量檢測的時間，雷達(dá)檢測技術(shù)是一種物理探測方法，通過對數(shù)據(jù)的采集來分析隧道中存在的一些問題。通常情況下，隧道工程在運(yùn)營一定的時間后會出現(xiàn)各種各樣的問題，比如表面出現(xiàn)裂紋、滲漏等一些問題，這樣會給鐵路運(yùn)行的安全帶來隱患，因此，施工人員要定期對隧道進(jìn)行檢測維護(hù)，保證鐵路安全的運(yùn)營。

1、地質(zhì)雷達(dá)無損探測技術(shù)的概述

據(jù)近幾年我國的交通建設(shè)發(fā)展迅猛，公路、鐵路等各種設(shè)施的數(shù)量增加速度也非?？欤谒淼澜ㄔO(shè)的過程中，不容忽視的問題就是其質(zhì)量的問題。傳統(tǒng)的隧道開發(fā)模式通常采用直接爆破，這樣給隧道后期的建設(shè)帶來了極大的不便，在襯砌層內(nèi)往往會形成較大的空洞，造成內(nèi)側(cè)的厚度不達(dá)標(biāo)，為隧道的安全帶來了隱患。

1.1地質(zhì)雷達(dá)檢測的基本原理

地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射和接收是需要通過高頻電磁波來實(shí)現(xiàn)的，目前隧道施工的工藝有了很大的改進(jìn)，采取光面爆破的技術(shù)，在這種灌木爆破技術(shù)的運(yùn)用下大大提高了開發(fā)隧道的質(zhì)量，有效的改善了隧道后期加工的環(huán)境。由于復(fù)雜地理環(huán)境的原因，施工后的隧道仍然存在著許多問題，這就需要用地質(zhì)雷達(dá)來進(jìn)行高效、全面的檢測，為隧道后期的加工提供有效的數(shù)據(jù)。地質(zhì)雷達(dá)主要是由控制主機(jī)和天線兩部分組成，主機(jī)主要的任務(wù)是提供控制的信號，天線則負(fù)責(zé)高頻電磁波的發(fā)射與接收。當(dāng)天線發(fā)出電磁波后，在隧道內(nèi)壁的襯砌和圍巖內(nèi)進(jìn)行傳播，當(dāng)遇到襯砌邊界、內(nèi)部空洞等這些界面時會發(fā)生反射，天線再負(fù)責(zé)將這些反射的信號接收回來，記錄全程的信號波段，主機(jī)通過記錄這些反射回來波段的數(shù)據(jù)，判斷隧道內(nèi)壁是否存在安全隱患。

1.2地質(zhì)雷達(dá)檢測方法的概述及物理?xiàng)l件

在地質(zhì)雷達(dá)無損探測的過程中，天線發(fā)出的信號在隧道的時間越長，接受反射回來的信號也就需要很長的時間，當(dāng)信號在隧道里沒有遇到隧道內(nèi)壁出現(xiàn)的裂紋、空洞等邊界時，反射回來的信號就比較強(qiáng)，通過這些反射回來信號強(qiáng)弱等一些數(shù)據(jù)，工作人員可以對隧道內(nèi)壁的情況進(jìn)行判斷，了解隧道襯砌中是否存在安全隱患，根據(jù)隧道內(nèi)部相應(yīng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)來判斷出現(xiàn)缺陷的大體位置，從而實(shí)現(xiàn)了檢測無損的目的。有實(shí)驗(yàn)證明雷達(dá)發(fā)出的電磁波在不同的介質(zhì)中傳播的速度也會發(fā)生改變，介質(zhì)常數(shù)不僅與本身的屬性有關(guān)，重要的是含水量的大小對介質(zhì)常數(shù)影響非常大，運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)無損探測的技術(shù)能夠有效的改善物質(zhì)檢測的靈敏度，解決了傳統(tǒng)檢測方式收集信號不明顯的問題，有效的提高了物質(zhì)檢測的靈敏度，能夠清晰的將不同的物質(zhì)分辨開來，避免受到介質(zhì)影響的干擾。

2、地質(zhì)雷達(dá)無損檢測技術(shù)在隧道檢測中的應(yīng)用

上文就地質(zhì)雷達(dá)無損檢測技術(shù)在隧道檢測中的方法進(jìn)行了簡單的介紹，通過分析我們可以看出地質(zhì)雷達(dá)檢測的基本原理是靠電磁波的發(fā)射與接收來判斷隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的狀況，地質(zhì)雷達(dá)無損技術(shù)的開發(fā)有效的提高了檢測的質(zhì)量，改善了傳統(tǒng)檢測方法上的不足，提供了高效全方位的檢測手段，為工作人員開展隧道檢測的進(jìn)程提供了更直觀的數(shù)據(jù)資料，高效完成檢測任務(wù)。

2.1地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)儀器設(shè)備及檢測過程

在地質(zhì)雷達(dá)檢測的設(shè)備選擇上通常采用常見的野外生產(chǎn)的地質(zhì)雷達(dá)，主要有加拿大的EKKO系列和美國的SIR系列的儀器，根據(jù)隧道檢測的環(huán)境不同，選擇的雷達(dá)型號也不一樣。早在1990年開始，我國就率先采用了先進(jìn)的加拿大和美國不同型號的地質(zhì)雷達(dá)對公路、鐵路等各種隧道進(jìn)行檢測工作，儀器的控制器是當(dāng)時較為先進(jìn)的設(shè)備之一，在數(shù)字軟件的處理上更快速高效，不僅讓施工取得了良好的效果，同時也提高了工作人員隧道檢測的效率。在地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)檢測隧道的過程中，主要的項(xiàng)目有隧道襯砌層厚度的檢測、襯砌層與圍巖之間的密實(shí)程度以及巖體之間存在的電性，通過這些項(xiàng)目的檢測，來取得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，利用計算機(jī)分析這些數(shù)據(jù)，通過對隧道內(nèi)不同區(qū)段的水含量等因素的綜合考慮，從而計算出相應(yīng)的電磁波傳播速度，進(jìn)而分析隧道存在的問題。

2.2地質(zhì)雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)收集

在隧道內(nèi)使用地質(zhì)雷達(dá)無損探測技術(shù)時通常工作人員會考慮天線發(fā)射信號與隧道的襯砌密切結(jié)合的程度，要嚴(yán)格的執(zhí)行檢測標(biāo)準(zhǔn)，沿著檢測的路線進(jìn)行滑動。而雷達(dá)的發(fā)射主機(jī)要向隧道內(nèi)發(fā)射高頻的雷達(dá)脈沖，之后要密切的關(guān)注隧道內(nèi)信號數(shù)據(jù)的收集。通常情況下雷達(dá)的主機(jī)會每秒發(fā)出64個脈沖信號，在每發(fā)射一個脈沖的信號就會在其發(fā)射的區(qū)域獲得45到60個監(jiān)測點(diǎn)。工作人員要保障隧道檢測的無損性和位置的準(zhǔn)確性就要在隧道內(nèi)壁上一定的距離做標(biāo)記，這樣，相關(guān)的工作人員就可以使用儀器輸入信號，收集準(zhǔn)確的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.3地質(zhì)雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)的處理與資料解釋

數(shù)據(jù)接收完畢后需要有專業(yè)的人員來對檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，數(shù)據(jù)與資料的處理可以分為兩個環(huán)節(jié)，首先需要將收集到的隧道信息數(shù)據(jù)在計算機(jī)上進(jìn)行回放顯示，通過系統(tǒng)的分析解讀出數(shù)據(jù)中所含有的信息，判斷標(biāo)志層與異常，然后要考慮地下不同電性界面對數(shù)據(jù)的干擾，通過雷達(dá)透視掃描觀察其電磁波的強(qiáng)弱變化，依據(jù)圖像中的不同頻率等特征，判斷隧道內(nèi)壁是否存在安全隱患。其次，是使用雷達(dá)專用軟件對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行正式的處理。探地雷達(dá)接收的反射波是不一樣的，這些反射波是從不同電性界面收集到的。電性界面中包括兩種界面類型，一種是地質(zhì)層界面，另一種是有限目的體的界面。探地雷達(dá)通過對地下電性界面的透視掃描能提供一個二維的彩色掃描圖像，這個掃描圖像中的顏色是有變化的，代表著不同強(qiáng)度的反射波，進(jìn)而能反映出不同介質(zhì)的電性差異。對探地雷達(dá)掃描圖像進(jìn)行解釋是有一定的前提條件的，即需要保證參數(shù)的合理性和數(shù)據(jù)處理方法的適當(dāng)性。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程中，可以根據(jù)圖像中相位、頻率等特征的不同對雷達(dá)圖像進(jìn)行判別。此外，還需要通過與已知資料的比對，找出不同界面和地質(zhì)條件的反射波特征，進(jìn)而對隧道混凝土厚度、基巖裂縫帶等信息進(jìn)行判斷。

3、總結(jié)

運(yùn)營隧道的結(jié)構(gòu)狀態(tài)直接影響著行車的安全，在我國鐵路建設(shè)飛速發(fā)展的時期，我國應(yīng)該具有先進(jìn)的發(fā)展思路，同時也要注意保證鐵路建設(shè)質(zhì)量的安全。隨著鐵路速度的提升，國家對鐵路隧道建設(shè)的質(zhì)量也提出了新的要求，對于隧道結(jié)構(gòu)檢測方面，需要工作人員使用快速、安全、有效的方法來完成隧道工程無損的檢測。地質(zhì)雷達(dá)無損探測技術(shù)的運(yùn)用為我國隧道建設(shè)提供了安全的保障，不僅大大降低了隧道檢測技術(shù)的難度，還有效的提高了隧道工程施工的質(zhì)量，更好的解決實(shí)際問題。

（作者單位：中鐵九局集團(tuán)工程檢測試驗(yàn)有限公司）