易俊松

本文以某公路隧道建設(shè)工程為例，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用原理，充分闡述了地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在公路隧道檢測(cè)中應(yīng)用情況。通過技術(shù)路線分析可知，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)不僅能夠準(zhǔn)確的判斷出公路隧道中的縫隙位置，同時(shí)，還能有效的識(shí)別出公路隧道建設(shè)過程中可能存在的安全隱患，因此這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)公路隧道建設(shè)質(zhì)量有著非常重要的意義。

近幾年來(lái)，我國(guó)高速公路隧道工程的建設(shè)越來(lái)越多，但由于隧道建設(shè)普遍施工周期長(zhǎng)、成本也較高、承載交通運(yùn)營(yíng)又大，而且使用年限也比較長(zhǎng)，因而對(duì)其質(zhì)量要求也非常高。然而在實(shí)際工程中，我國(guó)現(xiàn)階段公路隧道建設(shè)中質(zhì)量問題依舊十分嚴(yán)重。在隧道初砌質(zhì)量的檢查中，通常都是釆用鉆探取芯、開挖抽樣等方法，這種方法的使用不僅增加了工人的工作量、降低了工作效率、成本也相對(duì)較高，而且對(duì)隧道結(jié)構(gòu)可能造成破壞，尤其是隧道中的防水層破壞給公路隧道留下不可預(yù)知的安全隱患。地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)是近年來(lái)我國(guó)應(yīng)用于公路隧道檢測(cè)中的一種新型手段。由于它在檢測(cè)中具有對(duì)工程無(wú)損、工作效率高、精準(zhǔn)度高并且可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)檢測(cè)等優(yōu)勢(shì)，目前被廣泛用于公路隧道檢測(cè)中。

一、地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)運(yùn)行原理

1.工作原理

地質(zhì)雷達(dá)主要是電磁技術(shù)，能夠?qū)﹄[藏地下物體進(jìn)行檢測(cè)，在實(shí)際使用過程中可以借助高頻電磁波通過脈沖的方式，在檢測(cè)位置上發(fā)射，由天線發(fā)出并通過地下物體反射出來(lái)，利用天線進(jìn)行反射信號(hào)的接收，結(jié)合高頻電磁波的理論知識(shí)，當(dāng)電磁波穿過不同地質(zhì)時(shí)，由于上下地質(zhì)的電磁特性的不同，會(huì)產(chǎn)生出不同的折射和反射，尤其是地質(zhì)內(nèi)部發(fā)生破損現(xiàn)象時(shí)，電磁特性會(huì)異常。也就是說，利用高頻電磁波進(jìn)行檢測(cè)中，如果某地質(zhì)內(nèi)部存在不同波形或較強(qiáng)電磁波時(shí)，此時(shí)由于地質(zhì)不同，電磁波會(huì)呈現(xiàn)不同特點(diǎn)。如，地質(zhì)有脫空情況時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生出夾層反射，而空洞中會(huì)產(chǎn)生出繞射現(xiàn)象。當(dāng)?shù)刭|(zhì)結(jié)構(gòu)中含水量較大時(shí)，反映出的介質(zhì)常數(shù)也會(huì)隨之明顯增大，這種情況下會(huì)呈現(xiàn)出高含水性的反射。因此在進(jìn)行公路路段雷達(dá)技術(shù)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)要收集該地區(qū)的波形，數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，準(zhǔn)確獲取地質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)信息，需要注意的是在實(shí)際使用時(shí)還需要結(jié)合不同介質(zhì)，選擇合適的發(fā)射天線頻率。

2.特點(diǎn)分析

地質(zhì)雷達(dá)是當(dāng)前公路隧道檢測(cè)中常使用的一種隱蔽性探測(cè)技術(shù)。盡管其具有較強(qiáng)的檢測(cè)水平，然而在實(shí)際使用時(shí)存在較大缺陷，雖然地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)其分辨率較高，然而發(fā)射過程中聲波頻率越高，且雷達(dá)檢測(cè)速度衰減越快對(duì)于地質(zhì)探測(cè)的整體深度會(huì)越小，進(jìn)一步會(huì)降低分辨率，此外，在介質(zhì)傳播中雷達(dá)電磁脈沖信號(hào)很容易受到高頻電信產(chǎn)生的影響，進(jìn)而會(huì)使數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，地質(zhì)勘探深度受到較大影響，比如對(duì)于介質(zhì)為砂礫等物質(zhì)時(shí)檢測(cè)距離高于幾十米，但如果介質(zhì)為黏土、淤泥時(shí)相應(yīng)的檢測(cè)距離只能夠達(dá)到幾米，因此未來(lái)針對(duì)該技術(shù)還需要進(jìn)一步完善，只有提升檢測(cè)技術(shù)水平，才能夠確保最終結(jié)果的精確度。

二、某公路隧道概況

該隧道屬于高速公路的隧道工程，總里程為9.8Km，共計(jì)有10 座隧道，為能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程建設(shè)存在的問題，在施工前需要借助雷達(dá)地質(zhì)檢測(cè)技術(shù)對(duì)工程進(jìn)行檢查，確定該工程整體質(zhì)量。

三、測(cè)線布置與檢測(cè)參數(shù)

地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)隧道工程，首先需要進(jìn)行側(cè)線布置，結(jié)合工程要求選擇合適的測(cè)線進(jìn)行檢測(cè)，該工程共有5 條檢測(cè)線，具體包括隧道拱頂，左墻和右墻以及左右拱腳，能夠從整體角度在檢測(cè)工程是否存在質(zhì)量時(shí)，能夠進(jìn)一步結(jié)合工程需求選擇地質(zhì)雷達(dá)型號(hào)為美國(guó)地球物理公司生產(chǎn)的RAMAC/CPR，屏蔽天線選用為500MHz。實(shí)施檢測(cè)中需對(duì)如下技術(shù)參數(shù)進(jìn)行控制，共有釆樣點(diǎn)480 個(gè)，釆樣頻率為700MHz，共進(jìn)行8 次疊加窗口，時(shí)間為65 納秒。使用時(shí)間觸發(fā)測(cè)量工具進(jìn)行檢測(cè)。

四、技術(shù)的具體應(yīng)用

在隧道質(zhì)量檢測(cè)時(shí)為能夠獲取初始數(shù)據(jù)檢測(cè)參數(shù)，這些參數(shù)未經(jīng)過加工處理，所以，在實(shí)際工作中，利用這些原始技術(shù)參數(shù)很難準(zhǔn)確判斷隧道其真實(shí)情況，因此需要采用先進(jìn)的地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)并將這迎著些原始數(shù)據(jù)給予適當(dāng)?shù)奶幚?，也就是?duì)能夠?qū)λ婕暗臄?shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，在初始數(shù)據(jù)過濾時(shí)需要進(jìn)行波形加工處理，通常情況下采用的檢測(cè)方式，為增強(qiáng)有效信號(hào)過濾無(wú)效信號(hào)，同時(shí)還需要盡可能降低干擾噪音，提升整體的圖像分辨率，利用該方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將其運(yùn)用于公路隧道質(zhì)量檢測(cè)中。此外，在整個(gè)公路質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)高度重視圖像判時(shí)，而這一工作是通過雷達(dá)檢測(cè)圖像顯示成果與地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)進(jìn)一步確定的，利用這些數(shù)據(jù)能夠?qū)走_(dá)檢測(cè)的圖像進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的分析，最終確定該區(qū)域工程段是否存在質(zhì)量問題，并以圖形的方式將結(jié)果呈現(xiàn)出來(lái)。

1.支護(hù)厚度檢測(cè)

利用天線發(fā)射信號(hào)的方式，這種信號(hào)傳播速度是比較快的，在所有空氣直達(dá)波下雷達(dá)波能夠以最快速度反射回天線中，其次為表面波，最后為混凝土周邊的反射波，由于混凝土性質(zhì)存在差異，導(dǎo)致反射波能量之間存在一定差異，其反射波的能量存在較大的差異，而且兩者之間的差異成正比關(guān)系。雷達(dá)波在通過這些檢測(cè)點(diǎn)后反射出的信號(hào)具有連續(xù)同相軸和較強(qiáng)的振幅度等特點(diǎn)。因此應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合該特點(diǎn)獲取混凝土厚度數(shù)據(jù)，進(jìn)一步達(dá)到工程質(zhì)量檢測(cè)要求。

2.二次初砌厚度檢測(cè)

一次、二次襯砌以及圍巖之間存在一定差異，主要是由于各物理性能存在較大差異，因此造成整個(gè)檢測(cè)區(qū)域中介電常數(shù)較大的差異，尤其是在襯砌、圍巖結(jié)構(gòu)，當(dāng)電磁波在圍巖后傳播時(shí)會(huì)出現(xiàn)反射波振幅增強(qiáng)的現(xiàn)象，此時(shí)圖像分辨率也隨之降低，通過不同界面后，電磁波會(huì)產(chǎn)生不同反射性，結(jié)合不同結(jié)構(gòu)存在不同傳播速度，所以，在實(shí)際檢測(cè)中，就可通過反射時(shí)間和傳播速度的不同，進(jìn)一步判定混凝土的厚度參數(shù)，無(wú)論在哪種界面中電磁波都無(wú)法準(zhǔn)確判定傳播速度，所以時(shí)間檢測(cè)中，需要對(duì)其在隧道各層次之間的反射時(shí)間做到準(zhǔn)確判斷，在獲取了傳播速度及反射時(shí)間之后，通過計(jì)算公式來(lái)確定該位置的準(zhǔn)確厚度，在實(shí)際使用過程中，以此二次襯砌在施工中存在裂隙，此時(shí)可以借助雷達(dá)圖像技術(shù)對(duì)每一層襯砌厚度進(jìn)行檢測(cè)。

在實(shí)踐中通常有些工程會(huì)出現(xiàn)襯砌與噴射混凝土部位，利用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)很難進(jìn)行分離，在圖像中沒有準(zhǔn)確反應(yīng)，上述結(jié)構(gòu)采用同種材料及混凝土，因此兩者差異是比較小的，而當(dāng)混凝土與襯砌結(jié)構(gòu)相融合的位置，其狀態(tài)良好時(shí)，在傳播界面中電磁波不會(huì)出現(xiàn)反射，此時(shí)在雷達(dá)線中的圖像呈現(xiàn)比較模糊，導(dǎo)致最終檢測(cè)結(jié)果精確度差。

3.脫空區(qū)的檢測(cè)分析

空氣與混凝土兩者材料其差異較大，物理性能差異較大，因此上述兩種材料具備的機(jī)介電常數(shù)不同，當(dāng)進(jìn)入施工過程中，對(duì)襯砌和混凝土施工時(shí)，由于沒有達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，密實(shí)度較差，進(jìn)一步會(huì)使混凝土本身存在縫隙，在電磁波傳輸?shù)椒治鼋缑鏁r(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)反射信號(hào)，并且混凝土結(jié)構(gòu)中存在的縫隙及脫空現(xiàn)象越多，發(fā)射圖像中存在明顯界面，如果在所呈現(xiàn)的地質(zhì)雷達(dá)圖像中，有多種反射波具備相同走向特點(diǎn)，那么對(duì)于裂縫位置可以判斷為下部位置，會(huì)隨傳輸繼續(xù)進(jìn)行呈現(xiàn)出的反射波會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，在檢測(cè)脫空位置和大小時(shí)，能夠在洞內(nèi)依靠雷達(dá)行走速度，介點(diǎn)常數(shù)等信息進(jìn)一步確定。

4.鋼拱規(guī)格與分布

雷達(dá)發(fā)出的發(fā)射波最大的優(yōu)點(diǎn)就是其具備一定的能量。從電磁波理論我們可以發(fā)現(xiàn)，在具體檢測(cè)過程中使用金屬材料良性導(dǎo)體，在電磁波傳輸時(shí)經(jīng)過該材料之后會(huì)發(fā)生較大反射，在檢測(cè)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)這種反射現(xiàn)象，由于所使用的材料不同，反射現(xiàn)象也有所不同，同時(shí)反射效果差異明顯，在公路隧道襯砌施工過程中主要使用鋼筋網(wǎng)和鋼支撐結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)為良性導(dǎo)體，因此在運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)時(shí)，電磁波遇到上述材料會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)反射信號(hào)，并以連續(xù)性的方式呈現(xiàn)出來(lái)。如果對(duì)于鋼拱結(jié)構(gòu)部分檢測(cè)時(shí)，那么經(jīng)分析之后，呈現(xiàn)出的圖像是月牙形，進(jìn)而通過雷達(dá)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可判斷鋼筋和鋼拱的數(shù)量，結(jié)合圖像形狀判斷鋼拱分布范圍，比對(duì)設(shè)計(jì)方案時(shí)可進(jìn)一步了解哪些結(jié)構(gòu)符合施工質(zhì)量要求。

五、結(jié)語(yǔ)

總之，為了快速、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)公路隧道建設(shè)過程中存在的問題，盡可能的釆用高科技、全面而無(wú)損的質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)，并將質(zhì)量問題及時(shí)整改處理很有必要。而地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)方式既不會(huì)給任何結(jié)構(gòu)造成損害，又能快速準(zhǔn)確判定出混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷。所以，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于公路隧道無(wú)損檢測(cè)中將對(duì)我國(guó)建筑工程技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。