地質雷達在鐵路隧道襯砌檢測中的應用

田明昆

中鐵九局集團第二工程有限公司

地質雷達在鐵路隧道襯砌檢測中的應用

田明昆

中鐵九局集團第二工程有限公司

隧道混凝土襯砌是隧道的主要承載結構，是隧道防水的重要工程，其施工質量的好壞對隧道長期穩定、使用功能的正常發揮具有很大的影響。地質雷達檢測隧道襯砌質量的原則是確保施工質量滿足設計要求，檢測項目主要包括襯砌厚度，鋼筋鋼架分布，回彈密實情況等。針對隧道施工中可能出現的質量問題，采用雷達檢測技術，對混凝土襯砌與圍巖結合部出現的脫空、回填欠實、富水區圈定、襯砌厚度等進行無損檢測，及時發現問題，為采取加固措施消除隱患提供依據，起到了對隧道施工質量時實監控的作用。

地質雷達；鐵路隧道；襯砌檢測；應用

1　探地雷達工作原理

地質雷達是工程上常用的一種檢測方法，被廣泛地應用于工程的各個領域之中，如場地勘查、工程質量檢測、隧道病害診斷及超前地質預報等。地質雷達一種是利用高頻電磁波(頻率：106～109Hz或更高)來探測地下介質分布的檢測技術，其基本原理是：將高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式，由地面通過天線發射器發送至地下，經過地下目的體或地層界面反射后返回地面，并被雷達天線接收器接收，通過對接收到的雷達信號進行處理和解釋，從而達到探測目標體的目的。

2　隧道襯砌檢測方法技術

2.1數據采集

地質雷達數據采集的主要問題包括采集參數的選擇以及標記混亂問題。第一，通過對已知厚度的混凝土結構進行現場測試，標定介電常數等相關地質雷達采集參數，多次試驗，確定合理有效的數據采集參數，如時窗、采樣率、濾波和增益等。第二，在隧道左右邊墻上，每5m做一個單標記，每50m做一個雙標記，盡量避免因標記錯位而導致檢測結果錯位。

2.2數據處理

地質雷達數據處理的主要問題表現在處理參數的選擇。地質雷達數據處理的步驟主要有標記疏理、廢道剔除、直達波校正、距離歸一化、濾波(包括垂直濾波和水平濾波)、反褶積等，這些處理方法是常規地質雷達數據處理的流程。其中，有些處理參數需要進行多次數據分析確定，如濾波、反褶積等。

2.3資料解釋

地質雷達資料解釋的主要問題表現在襯砌缺陷的定性判斷和定量判斷。地質雷達資料解釋的原則具體如下：第一，對初期支護背后空洞、二次襯砌脫空、二次襯砌背后不密實、鋼拱架缺失，以及鋼筋網缺失等襯砌缺陷來說，只需要定性判斷它們是否存在。通常情況下，運用正演數值模擬隧道襯砌缺陷的地質雷達響應特征可直接確定檢測結果。第二，對鋼拱架間距、鋼筋間距及襯砌厚度等襯砌缺陷來說，不僅需要定性判斷它們是否存在，而且需要定量判斷它們的規模。故這類問題僅僅采用襯砌缺陷的地質雷達響應特征確定檢測結果是不充分的。此時，還要采用一些特殊的處理方法，如速度分析、偏移等。

3　檢測數據分析中應注意的問題

3.1襯砌背后鋼架信號的識別

目前隧道初期支護的鋼架分為2種，即格柵鋼架和型鋼鋼架。格柵鋼架，它的斷面形式目前采用較多的是由3根或4根主筋組成，其中4根主筋的形式采用較多。4根主筋型的格柵鋼架每根鋼筋相同，在等高情況下，其抗彎和抗扭慣性矩大于三主筋型。格柵與鋼支撐一樣也是分段加工的，在架設時再組裝成形。格柵鋼架能夠很好的隨混凝土一起與圍巖密貼，噴射混凝土能充滿格柵及其圍巖的所有空隙，支護效果好;型鋼鋼架，鋼支撐為剛性拱架，多用工字鋼，剛度和強度大，但是這類鋼支撐與混凝土粘結不好，與圍巖間的空隙難于用噴射混凝土緊密充填。地質雷達檢測到的型鋼支撐為分散的月牙形強反射信號;格柵鋼架為分散的月牙強反射信號，并且呈倒置的W形狀。按照規范要求，鋼架的布置間距也有嚴格要求，一般來說，隧道圍巖較差，如Ⅴ級圍，鋼架的間距較小，而且主要用型鋼支撐;圍巖較好，如Ⅳ級，鋼架間距較大，主要用到鋼格柵，當然圍巖更好的段落也可能不設置鋼架，施工單位在鋼架的布置上也會通過拉大鋼架的間距而達到偷工減料的目的。

3.2襯砌內部鋼筋信號的識別

隧道二襯混凝土分為鋼筋混凝土和素混凝土2種類型，鋼筋混凝土一般布置主筋設計間距為20～25cm的雙層鋼筋網，鋼筋的雷達信號表現為連續的小雙曲線強反射信號。二襯內部鋼筋網的布置情況是隧道二襯質量檢測的一項重要的內容，出現偷工減料的情況較多，如縱向主筋間距拉大、只布置單層鋼筋網、在圍巖變化段落附近少布置甚至不布置鋼筋等。

3.3襯砌背后空洞的識別

3.3.1初期支護背后空洞的識別。隧道開挖過程中由于圍巖及爆破等原因會出現超挖現象，現場施工人員為了省事，用鋼筋網片、澆筑板等對超挖部分進行遮擋并在表面噴射混凝土，從而造成初期背后空洞，這種空洞對隧道質量安全造成嚴重隱患。某隧道利用地質雷達進行初期支護檢測后發現，在右拱腰DK70+985～DK70+987部位存在空洞雷達反射信號，后經定位復測，并鉆孔驗證后發現，該部位的確存在空洞，混凝土厚度為15cm，空洞底部達到45cm，空洞本身深度為30cm，從雷達圖像上來看，從混凝土表面到空洞頂部的界面是可以確定的，但是當電磁波進入空洞內部，它的傳播速度較難確定，空洞的底部界面是較難確定的。

3.3.2二襯背后空洞的識別。二襯模筑混凝土施工過程中一般會在隧道拱頂兩板接頭部位形成空洞(空腔)，這主要是由于泵送混凝土壓力不夠或澆筑過程中發生堵管，混凝土不能填充滿襯砌兩端的堵頭部位，而形成空洞(空腔)，并且伴有二襯厚度不足。這種空洞(空腔)為二襯混凝土本身的缺陷，在防水板的內側，可以通過拱頂預留注漿孔壓漿處理。二襯背后空洞雷達圖像，雷達圖像反映的就是拱頂板接頭處的三角空腔，驗證后得到空腔體的最大深度約30cm。

3　結論

總而言之，運用地質雷達進行隧道襯砌質量檢測是一種非常有效無損檢測手段，但是要提高檢測結果準確性，一方面要提高理論水平，另一方面要在檢測實踐工作中注意收集和整理典型實例，注意理論和實踐的相互驗證，才能不斷總結經驗，提高檢測水平。。

[1]楊文.地質雷達在鐵路隧道工程襯砌質量檢測中的應用探討[J].甘肅科技縱橫,2015,02:55-57.

[2]景勝.地質雷達在鐵路隧道檢測中的應用及典型圖像分析[J].西部探礦工程,2015,04:188-191.