淺談隧道襯砌雷達檢測技術

胡 凱

(貴州省交通科學研究院股份有限公司)

1 簡單分析隧道襯砌雷達監(jiān)測技術

1.1 隧道襯砌可能出現(xiàn)的問題

由于修建隧道的地點大都位于山高路陡的地方，施工地點地質條件復雜，隧道施工環(huán)境相對惡劣，施工難度很高。如果施工隊的技術水平不到位或者施工工藝不規(guī)范、工序不嚴格，則易產(chǎn)生隧道襯砌厚度不足、襯砌與圍巖不密實、出現(xiàn)空洞、隧道滲漏水等質量通病。這種問題在隧道修建初期往往無法被人們所發(fā)現(xiàn)，而這些質量問題留下了巨大的安全隱患，影響工程的交付使用和營運安全。襯砌厚度不足以及襯砌與圍巖不密實可能導致隧道的局部崩落，給人民的生命財產(chǎn)安全帶來了很大的隱患。而隔水層斷裂或者存在空洞則很容易導致隧道內部積水，影響隧道的正常交付使用。因此，對隧道襯砌進行科學、嚴格的檢查是十分必要的。

1.2 隧道襯砌雷達監(jiān)測技術原理分析

隧道襯砌雷達監(jiān)測技術是一種利用寬頻帶高頻電磁波探測介質分布的非破壞性探測儀器，這種探測儀器使用的成本低且效果好、可信度高，在隧道建設施工當中能發(fā)揮巨大的作用。隧道襯砌雷達的通過儀器表面的天線進行平面移動，通過電磁脈沖波成像技術獲得斷面的掃描圖像。電磁脈沖波通過發(fā)射平臺發(fā)射一定頻率的電磁波，電磁波在隧道襯砌中進行傳播，當電磁波遇到差異分界面的時候就會產(chǎn)生波的反射和折射，被反射的電磁波再次通過襯砌傳回到設備的接收設備當中，再通過計算機的成像處理形成隧道雷達面的橫斷圖。

由于隧道襯砌為層狀結構，均為非磁性介質，各層介質的介電常數(shù)有明顯的差異，它們之間能形成良好的電磁反射界面。由此可以形成清晰可見的雷達成像，當結構層存在空洞、裂隙、脫空等情況時，在雷達資料中便會出現(xiàn)明顯的特征反射，如脫空時將產(chǎn)生夾層反射，空洞會產(chǎn)生繞射等，因此在鐵路隧道襯砌結構層劃分、病害檢測、隱患調查中具有良好的檢測效果。

1.3 使用雷達監(jiān)測技術進行隧道襯砌檢測的方法

不同的隧道工程的襯砌存在差異，在實際的施工過程中需要根據(jù)不同的結構選擇不同的雷達頻率，一般采用500 ～1 000 MHz 的頻率。在保證襯砌厚度測試精度和足夠探測厚度的前提下，一般選取采樣范圍為20 ～60 ns。在此采樣范圍之下的雷達數(shù)測線布設于易出現(xiàn)質量問題的拱頂及左、右邊拱處，然后開始進行檢測。如果施工地點環(huán)境惡劣，容易出現(xiàn)施工漏洞，也可于邊墻部位增加縱向測線來提高測量的效果。在活動測量數(shù)據(jù)之后再對照地質雷達反饋波形參數(shù)表格，從而獲得檢測結果。

2 隧道襯砌雷達監(jiān)測技術的實際應用

2.1 淺析隧道中使用雷達檢測的特點

地質雷達檢測系統(tǒng)擁有抗干擾性強的特點，這使得其檢測精度高的特點，非常適合隧道工程這種復雜的建筑工程;另外，地質雷達具有檢測速度快、檢測無損傷等優(yōu)越性，能夠在短時間內獲得完整的數(shù)據(jù)。探地雷達檢測隧道襯砌厚度和空洞可做到定性分析、定量解釋。還可區(qū)分厚度不足、脫空、漏水等質量問題，方便施工隊伍進行二次填補，大大節(jié)約了人力、物力。

2.2 地質雷達反饋波形參數(shù)的意義

在進行隧道襯砌檢測之后，技術人員可根據(jù)所獲得的雷達圖像進行定性分析，確定檢測部位是否存在質量問題。具體來說，檢測出問題就會在圖像中呈現(xiàn)出特別的波紋，下面舉例分析:當雷達斷面波形圖呈現(xiàn)二次襯砌底界波動的情況，且采樣范圍在30 ns，設計襯砌厚度為40 cm，這時的意義是底界40 cm 左右略有變化。這時需要對二次襯砌層進行重新覆蓋。

當雷達斷面波形圖呈現(xiàn)在采樣范圍30 ns，設計襯砌厚度為60 cm 的地方存在波形空洞(深色空隙)，這時的意義是拱頂部位厚度有較兩側邊拱部位薄的趨勢，且有較大的可能存在空洞，這種空洞往往會出現(xiàn)在二次襯砌層和隔水層之間，這時就需要對此層進行二次填充。

當采樣范圍30 ns，設計襯砌厚度為40 cm 時存在一組小波不均勻，為隔水層斷裂反映，除此之外，如果在此處出現(xiàn)深色密集波紋，且波紋深度在35 ～40 cm 之間，則也有較大的可能為隔水層斷裂。

2.3 針對使用隧道襯砌雷達監(jiān)測技術的一些建議

雷達隧洞襯砌檢測可以對目標部位進行詳細的檢測，在實際的施工中多有使用。在使用過程中，需要注意一下幾點:在保證分辨率且場地條件許可時，盡量使用中心頻率低的天線，這樣可以使得數(shù)據(jù)圖像足夠清晰，也可以降低對技術的要求，因為根據(jù)要求，雷達采樣的速度至少要達到天線中心頻率的3 倍，記錄波形才能更完整，如果中心頻率過高，可能會使得波形缺失，影響了實際的檢測效果。另外，在進行檢測之前，操作人員就要對檢測地點的情況有一定的認識，要在容易出現(xiàn)質量問題的地方進行施工，而不能隨便布線，影響檢測的效率。

3 結 語

雷達檢測利用的是電磁波成像技術，具體來說是通過向目標地點發(fā)出一定頻率的電磁波，利用電磁波遇到不同介質會發(fā)生反射的特點來進行成像。在利用此技術進行檢測時，操作人員要根據(jù)實際的施工情況選擇性的進行檢測，重點檢測拱頂以及其周邊的襯砌，對于垂直墻體要進行選擇性的檢測，而不能隨便布線，影響檢測的效果。

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