隧道襯砌有筋段分層界面處雷達波形的識別與驗證

劉樹鵬（廣州誠安路橋檢測有限公司）

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隧道襯砌有筋段分層界面處雷達波形的識別與驗證

劉樹鵬
（廣州誠安路橋檢測有限公司）

【摘要】地質雷達檢測技術在隧道襯砌質量檢測中越來越受到重視，因其檢測方便、快捷、無損，并能準確地反映襯砌質量問題，現已被廣泛應用，本文根據工程實例進行驗證探究，以提高該檢測技術的解釋精度。

【關鍵詞】地質雷達；波形；分層界面

1　地質雷達技術基本原理

地質雷達勘探是以地下不同介質的介電常數差異為基礎的一種地球物理方法，如圖1示。其基本原理是：雷達主機通過發射天線將高頻電磁波（1MHz～1GHz）以寬頻帶短脈沖形式送入被探測體內部，遇到有電性差異的目標體時，發生反射。反射波返回到被探測體的表面，為接收天線所接收。電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過的介質的電磁特性和幾何形態而變化。所以，對接收信號的頻率、幅度和相位等信息進行分析處理，結合地質背景，便可確定目標體的位置及埋深等。最后進行綜合解釋，劃分界面，判斷目標體的內部情況等。

地質雷達的工作頻率越高，波長越小，探測距離越近，分辨率則越高，反之亦然。因此，應根據被探測體的埋深，選用合適主頻的天線。

2　工程概況

汕頭至湛江高速公路揭西大溪至博羅石壩段T4合同段東嶺隧道特長公路隧道，左、右線分離布設。東嶺左線隧道起訖樁號為ZK110+471.00～ZK114+719.00，長度為4248.00m；東嶺右線隧道起訖樁號為K110+576.00～K110+820.00，長度為4244.00m，進出口洞門均采用削竹式洞門。東嶺隧道汕頭端洞口段線間距約為29.00m，洞身段線間距約為40.00m，湛江端線間距約為23.00m；東嶺隧道地面最大高程約為577.00m，隧道最大埋深約為305.00m；左線隧道汕頭端位于緩和曲線上，湛江端位于R=3900的圓曲線上；右線隧道汕頭端位于R=3050的圓曲線上，湛江端位于R=6000的圓曲線上。左線隧道縱坡為0.857%及-0.644%的人字坡；右線隧道縱坡為0.806%及-0.709%的人字坡。

東嶺隧道洞身襯砌按照新奧法原理采用復合式襯砌。初期支護采用錨噴支護，二次襯砌為模筑混凝土襯砌，襯砌采用曲墻式襯砌。

3　驗證方法

通過對雷達實際檢測帶有鋼筋網的二襯段進行打孔驗證，以確定雷達剖面圖中所確定的分層界面是否準確。

4　數據采集

本次檢測二次襯砌背后脫空缺陷及二次襯砌厚度使用美國勞雷公司所生產的SIR-30E型地質雷達系統。檢測時采用反射剖面法，即收發天線以固定天線間距及測點距沿測線同步移動，以得到測線剖面上的雷達圖像。本次檢測所選用的工作參數如下：天線中心頻率：400MHz；

技術參數：采樣點數512，時窗45ns；工作方式：連續探測，點距為0.02m。

對隧道襯砌進行檢測時，將雷達天線貼在混凝土表面上拖動，高頻脈沖電磁波由天線發射進入混凝土中；當電磁波遇到混凝土中的鋼筋、各種脫空缺陷時，由于材料的介電常數的差異，電磁波會產生反射，并同時被天線所接收。反射體的位置可以由天線的定位系統給出。

5　實測數據驗證

對隧道混凝土介質而言，電磁波由空氣進入二襯的混凝土層，會出現強反射；同樣，當電磁波由二襯傳播至初襯，繼而由初襯傳播到巖層時，如果交界面處貼合不好，或存在脫空等施工質量時，由于不同介質的介電常數差異，亦會導致所采集的雷達記錄上相位和幅度的變化，由此可確定襯砌厚度和發現施工缺陷。而對于有鋼筋網影響的二次襯砌與初支分層界面的判定，通過雷達波形圖及灰度圖可知：分層界面經常會出現輕微脫空及貼合不好，此時的分層界面直接根據灰度圖中灰度差異突變中間位置即出現負反射波谷位置確定，對于初支與二次襯砌貼合較好段，通常由波形疊加處確定，若為出現波形疊加，可以通過正波波峰來確定。本文中列舉東嶺隧道檢測的三個實例說明雷達檢測中二襯存在鋼筋段初支與二襯分層界面的確定問題。

⑴ZK110+866左洞拱頂，雷達剖面圖中二襯厚度顯示結果為46.8cm，實際驗證結果47.0cm，防水板深度50cm。此處可知二襯底面為箭頭所指位置。（圖2）

⑵ZK110+540左洞拱頂，雷達剖面圖中二襯厚度顯示結果為51.5cm，實際驗證52.0cm，防水板深度53cm。此處可知二襯底面為箭頭所指位置。（圖3）

⑶ZK111+205左洞拱頂，雷達剖面圖中二襯厚度顯示結果為47.6cm，二襯厚度48cm，防水板深度50cm。此處可知二襯底面為箭頭所指位置。（圖4）

圖2　

圖3　

圖4　

6　誤差分析

誤差主要來源：①雷達剖面圖襯砌深度讀取誤差；②波速標定產生的誤差；③工程實際位置取點驗證與雷達剖面圖中取點位置誤差。由于工程檢測時精度只能控制在毫米級，只有盡力控制現場以及后期仔細核對數據，誤差才能得到有效控制。

7　結語

通過打孔驗證的方式了解工程實際情況，并與雷達波形圖進行比較研究，尋找相關規律，提高檢測精度，逐步積累相關經驗，最終做到無損檢測能夠準確判斷隧道襯砌厚度及質量，是當前需要努力研究的發展趨勢。●

【參考文獻】

［1］呼嘯，陳厚德，吳寶杰.隧道襯砌質量檢測中探地雷達圖像特征研究［J］.浙江交通職業技術學院學報，2010，11（1）.

［2］陳培德.地質雷達檢測技術在梧村隧道襯砌質量檢測中的應用［J］.公路工程，2010，35（1）.

［3］孫凱，肖正福.地質雷達在隧道襯砌厚度檢測中的準確分析［J］.路基工程，2013，（3）.

［4］周俊峰，吳漢杰.高速公路中隧道檢測中的地質雷達波形分析及應用［J］.西部探礦工程，2005，（9）.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB10223-2004鐵路隧道襯砌質量無損檢測規程［S］.