地質雷達檢測技術在寒冷地區客運專線隧道工程中的應用

朱海城

(哈大鐵路客運專線公司，遼寧沈陽 110002)

地質雷達檢測技術在寒冷地區客運專線隧道工程中的應用

朱海城

(哈大鐵路客運專線公司，遼寧沈陽 110002)

傳統的隧道混凝土襯砌結構檢驗方法是開孔或開槽取樣檢測，不僅效率低，代表性差，偶然性大，而且破壞了襯砌的整體性。本文介紹了應用地質雷達檢測隧道襯砌質量的基本原理，及在寒區客運專線隧道無損檢測中的應用情況，提出了評定缺陷程度的量化指標。在寒區客運專線隧道拱頂、左右邊墻、左右拱腰和仰拱處進行了無損檢測，雷達圖像可清晰顯示出襯砌厚度、空洞和鋼拱架。檢測結果表明，地質雷達便于檢查隧道施工質量，有利于加強施工質量管理和控制。

地質雷達 客運專線 隧道檢測

傳統的隧道混凝土襯砌結構檢驗方法是開孔或開槽取樣檢測，不僅效率低，代表性差，偶然性大，而且破壞了襯砌的整體性。地質雷達檢測是近年來應用于淺層探測的一項新技術，其特點是快速、無損、連續檢測，并以實時成像的方式顯示探測結果，分析直觀方便，探測精度高、樣點密、工作效率高，使用地質雷達對隧道襯砌結構檢測是鐵路行業物探領域發展較為迅速、效果較為顯著的方法之一。

1 地質雷達測試原理

地質雷達系統主要由控制單元、發射機、接收機、電源、光纜、通訊電纜以及觸發盒、測量輪等元件組成。根據電磁波理論，不同介質的電磁性質是有差異的，介電常數也不一樣，這種電磁性質的差異決定了在不同介質中電磁波的傳播速度不一樣。電磁波在介質內傳播過程中，當遇到存在電性差異的介質(如不密實區、空洞、材質不同等)時，便發生反射，通過對接收到的電磁波進行處理，根據反射波的到達時間、振幅、頻率等參數推斷介質體的空間位置、結構、電性特征及幾何形態，進而檢測出襯砌厚度、襯砌背后的回填密實度和襯砌內部鋼架和鋼筋分布。

2 寒區客運專線隧道工程檢測實例分析

2.1 工程概況

哈大鐵路客運專線縱貫東北三省，途經3個省會城市(哈爾濱、長春和沈陽)、1個計劃單列市(大連)和6個地級市(營口、鞍山、遼陽、鐵嶺、四平和松原)，線路正線全長903.939 km，是我國在嚴寒地區修建的第一條客運專線。全線設計隧道8座共9 929延長米，隧道長度占線路全長的1.10%，隧道設計概況見表1。隧道建筑限界采用《新建時速300～350 km客運專線鐵路設計暫行規定》[鐵建設(2007)47號]客運專線鐵路建筑限界基本尺寸及輪廓。除臺山、筆架山隧道外，隧道斷面內輪廓凈面積100 m2，隧道內輪廓按照線間距5 m設計。臺山、筆架山隧道為滿足運梁車通行的需要而特殊設計為擴孔隧道，隧道斷面內輪廓凈面積采用134.66 m2。隧道襯砌內輪廓均采用圓形，邊墻與仰拱圓順連接。為了全面掌握隧道施工質量，施工期間，對6座隧道進行了無損檢測。

表1 隧道設計概況

2.2 檢測內容、方法及評定標準

1)檢測內容。隧道二次襯砌厚度及背后密實情況、鋼架及二襯鋼筋的分布和數量。

2)檢測方法及設備。使用美國生產的SIR-3000型地質雷達，及400 MHz和100 MHz天線，根據設計厚度要求，采用400 MHz天線檢測隧道二襯，采樣時窗設計為20～40 ns，采樣深度控制在1.5 m左右，重點檢測襯砌厚度、密實度及鋼筋、鋼架分布情況;采用100 MHz天線檢測仰拱和隧底，采樣時窗設計為60～90 ns，采樣深度控制在4 m左右，重點檢測隧底填充、仰拱厚度和背后密實程度。在拱頂、左拱腰、右拱腰、左邊墻、右邊墻、仰拱共布置6條測線。

圖1 混凝土脫空典型雷達圖像

圖2 混凝土密實典型雷達圖像

圖3 鋼筋保護層厚度偏大典型雷達圖像

3)評定標準。按《鐵路隧道襯砌質量無損檢測規程》(TB 10223—2004)第4.3.8條和第6.0.2條的規定。①密實:信號幅度較弱，甚至沒有界面反射信號;②不密實:襯砌界面的強反射信號同相軸呈繞射弧形，且不連續，較分散;③脫空:襯砌界面反射信號強，三振相明顯;④鋼架:分散的月牙形強反射信號;⑤鋼筋:連續的小雙曲線形強反射信號。

2.3 檢測結果分析

1)典型雷達圖像見圖1～圖3。

2)典型襯砌厚度折線圖見圖4。

3 檢測數據分析

1)各隧道測線長度見表2。

2)從檢測結果來看:隧道二襯及仰拱厚度基本符合設計要求;二次襯砌鋼筋布置基本符合設計要求;由于施工單位未對隧道進行回填注漿工序施工，隧道拱部存在一些脫空區域(見表3)。

3)隧道缺陷等級判別。根據《鐵路運營隧道襯砌安全等級評定暫行規定》的有關規定，測線量化指標評定如表4。

圖4 襯砌設計厚度與探測厚度

由于本線為新建雙線隧道，且處于施工期間，隧道回填注漿施工尚未完成，因此，將襯砌背后脫空、不密實、基底不密實量化指標統計如表5。根據以上分類，缺陷情況統計如表6。全線僅有2處不密實，1處為筆架山隧道拱頂，長3 m，缺陷較輕微;一處為老虎屯隧道拱頂，長14 m，缺陷為嚴重。

從以上分析可以看出:

1)全線隧道脫空缺陷長合計567.5 m，占測線總長的1.4%，相對來說，隧道質量較好，缺陷較少。

表3 隧道脫空缺陷統計表

表4 襯砌背后有空洞或回填不密實、基底不密實等級量化指標 m

表5 新建雙線隧道襯砌背后脫空、不密實、基底不密實量化指標 m

2)全線隧道脫空缺陷206處，有94處在拱頂，占46%，拱腰90處，占44%，邊墻22處，占10%，仰拱沒有脫空;隧道脫空缺陷主要在拱部。

3)全線脫空缺陷206處，輕微163處，占79%，較嚴重41處，占20%，嚴重2處，占1%;缺陷最長10 m，平均每處缺陷長2.8 m。相對來說，隧道缺陷較輕微。

4)隧道襯砌不密實缺陷僅有2處，說明全線隧道襯砌質量較好，多數較密實。

表6 全線隧道脫空缺陷統計表 處

5)隧道仰拱沒有缺陷，說明隧道基底較為密實。

6)通過對隧道的6條檢測線的數據采集，圍巖與錨噴混凝土之間、錨噴混凝土與襯砌之間比較密貼，沒有發現混凝土襯砌背面溶洞、大的破碎帶和明顯空洞，施工質量基本可控。

4 結語

在對測試資料進行分析處理的基礎上，地質雷達無損檢測具有無損、高效、直觀、精確等優點，能真實地反映襯砌、圍巖及其之間的空洞和缺陷，快速準確地找出隧道襯砌的隱患，可作為控制和評價工程質量的檢測手段。由于探測精度與所取的波速有關，需要在現場測取足夠點數的雷達波。在檢測過程中，還需對隧道襯砌進行打孔取樣，以驗證檢測資料的準確性。

[1]李晉平，邵丕彥，谷牧.地質雷達在鐵路隧道工程質量檢測中的應用[J].中國鐵道科學，2006，27(2):56-59.

[2]熊昌盛，李晉平，陳輝，等.地質雷達檢測鐵路隧道襯砌質量的效果驗證[J].鐵道建筑，2011(11):32-34.

[3]周翔，山嶺隧道質量無損檢測及缺陷力學特性研究[D].成都:西南交通大學，2005.

[4]李青燕，曾召田，張錦錦.地質雷達在廣西鐵路隧道襯砌質量檢測中的應用[J].鐵道建筑，2011(1):33-35.

[5]中華人民共和國鐵道部.TB 10223—2004 鐵路隧道襯砌質量無損檢測規程[S].北京:中國鐵道出版社，2004.

[6]中華人民共和國鐵道部.TB 10013—2004 鐵路工程物理勘探規程[S].北京:中國鐵道出版社，2004.

[7]中華人民共和國鐵道部.鐵建設[2005]160號 客運專線鐵路隧道工程施工質量驗收暫行標準[S].北京:中國鐵道出版社，2005.

[8]中華人民共和國鐵道部.TB 10424—2003 鐵路混凝土與砌體工程施工質量驗收標準[S].北京:中國鐵道出版社，2003.

U457

A

1003-1995(2012)06-0086-03

2012-03-10;

2012-03-20

朱海城(1980— )，男，遼寧康平人，工程師。

(責任審編 王 紅)