淺析地質雷達在隧道檢測中的應用

摘要：隨著公路和鐵路的建設力度不斷增加，全國各地的隧道工程的發(fā)展也進入了一個新的時期，隧道工程的質量檢測任務也日趨加重，隧道超前地質預報和隧道襯砌質量的檢測更是重中之重。因此，研究地質雷達技術及其應用特點，對我國的隧道及地下工程有重要的現(xiàn)實和理論意義。

關鍵詞：地質雷達;隧道檢測;應用

1地質雷達工作原理

地質雷達的工作原理是通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，當在地表以下傳播時，因地質界面不同，會發(fā)生不同的物理現(xiàn)象。傳播過程中，遇到不同電性界面時，一部分電磁波發(fā)生折射，透過界面繼續(xù)傳播;另一部分發(fā)生反射，該部分電磁波被反射回地表，被地質雷達的接受天線接收，記錄在主機上。電磁波在傳播過程中不是只經(jīng)過一次反射或折射，在能量沒有被完全吸收之前，每遇到不同地質界面均會發(fā)生不同程度的折射和反射現(xiàn)象，直至能量被完全吸收才會消失。電磁波在不同介質的傳播過程中，其路徑、電磁場強度、波速和波幅都會隨著所通過介質的變化而不同。不同的地質體（物體）具有不同的電性，因此，在不同電性的地質體的分界面上，都會產(chǎn)生反射。

2地質雷達在隧道質量檢測中的功能和應用

2.1厚度情況檢測

襯砌混凝土厚度的分布情況曾經(jīng)很長一段時間困擾著工作人員，因為這是工程驗收中最重要的指標之一。傳統(tǒng)的驗收方法采用的是鉆芯法，該方法存在很多的弊端，不僅僅破壞性極強，而且出來的監(jiān)測數(shù)據(jù)因數(shù)據(jù)少代表性不強。自90年代雷達技術在我國隧道檢測中應用以來，就解決了上述問題，通過該技術可以很準確的了解到襯砌混凝土厚度的分布情況。因為其是一種用于隧道檢測的無損檢測方法，所以該檢測對隧道的破壞性小、準確率高、連續(xù)性強等特點，在隧道檢測中被廣泛的應用，因其自身優(yōu)勢決定了其在隧道檢測中不可替代的作用。

2.2密實度（或脫空）檢測

混凝土不密實和背后脫空是隧道質量存在的主要問題之一，形成該問題的主要原因是施工因素造成的，超挖太大、防水材料褶皺等因素都可能。傳統(tǒng)的檢測手段很難檢測出來混凝土的不密實情況。地質雷達檢測技術應用后，由于其方便無損的檢測手段正好填補了傳統(tǒng)檢測的不足。其主要是通過連續(xù)的反射波組確定襯砌混凝土的不密實度，例如襯砌混凝土其內(nèi)部出現(xiàn)了強的反射波組，反射波同相軸發(fā)生畸變且振幅明顯增強，呈現(xiàn)出起伏不定的波形，根據(jù)以上特征，就可以判斷出該處襯砌混凝土的密實度較差，如果這種情況連續(xù)起來，就有很大可能是脫空現(xiàn)象。

2.3鋼筋位置檢測

混凝土中無鋼筋時，雷達信號反射幅度較弱，甚至沒有界面的反射信號?；炷林械匿摻?，鋼架一般是月牙形強反射信號，鋼格柵一般是一組不均勻的小雙曲線形強反射信號，鋼筋一般是一個個連續(xù)的小雙曲線形強信號。判定一方面是從信號的形狀來確認，鋼筋（架）一般是連續(xù)均勻的出現(xiàn)在收集處理的圖像中，另一方面要加強收集設計信息、施工信息來加強判定的可信度。

3隧道超前地質預報實例

某隧道為單向雙洞公路，單拱長隧道，隧道界面尺寸采用半圓拱型，此次超前預報掌子面里程樁號為K21+519，掌子面圍巖以泥巖及砂巖為主，巖體呈強～中風化。巖體完整性差，巖體風化差異較大;節(jié)理裂隙較發(fā)育、巖體較破碎、強度低，多呈碎裂狀及碎塊狀結構，巖體層間存在砂巖及泥巖互層現(xiàn)象，巖體層間結合力差，地下水較豐富，主要以基巖裂隙水為主，掌子面拱頂出水呈淋雨狀～股狀流水現(xiàn)象，右側呈滲水狀出水現(xiàn)象，受地質構造影響，巖體自穩(wěn)能力差，開挖過后建議及時支護，避免發(fā)生坍塌。為了了解和判斷掌子面前方一定距離內(nèi)不良地質的性質、位置、寬度和影響隧道的長度，由此判斷地下水情況、圍巖級別和對施工的影響。

（1）掌子面前方0～200ns時窗區(qū)段內(nèi)（對應樁號K21+519～K21+529，參考電磁波波速為0.1m/ns，下同）：該區(qū)段電磁波信號總體較為規(guī)律，同相軸較為連續(xù)，局部地區(qū)呈斷續(xù)狀分布，反射信號以中～低頻率信號為主，信號振幅偏強，且存在低頻振蕩特征，局部地區(qū)頻率較高振幅較弱;初步判斷掌子面前方圍巖以泥巖及砂巖為主，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育、較為破碎、強度較低，總體裂隙含水較為豐富。其中掌子面前方50ns深度（對應樁號K21+521.5）范圍存在一條斜向貫穿裂隙，裂隙富水性較強，掌子面前方160ns深度（對應樁號K21+527）左側含水較為嚴重，裂隙富水性較強。巖層完整性自穩(wěn)性較差，注意層間的軟弱泥夾層。

（2）掌子面前方200～400ns時窗區(qū)段內(nèi)（對應樁號K21+529～K21+539，參考電磁波波速為0.1m/ns）：該區(qū)段電磁波信號同相軸較為連續(xù)，振幅較強，反射信號以低頻率信號為主，且存在強烈的振蕩衰減特征;結合電磁波反射波形特征及相關地勘資料，初步判斷掌子面前方圍巖該區(qū)段含水量豐富。

4結語

地質雷達檢測技術的應用不但提高工程檢測的準確性、整體性，而且它也極大的提高了質量檢測的及時性、快速性。地質雷達檢測技術是一個系統(tǒng)的科學的方法，需要各方面的協(xié)作共同來完成，其中包括檢測中涉及到的方方面面、各個環(huán)節(jié)。

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（作者單位：湖南中大檢測技術集團有限公司湖南長沙）

作者簡介：廖振華（1985.06.13），性別：男;籍貫：湖南;漢族;本科學歷;中級職稱;職務：隧道所技術負責人;研究方向：隧道檢測;郵編：410000。