地質(zhì)雷達在鐵路隧道仰拱質(zhì)量檢測中的 應(yīng)用與探討

黃勝舉

摘 要：隧道仰拱是隧道施工中比較容易產(chǎn)生問題的部位，隧道仰拱的質(zhì)量檢測是保證隧道施工質(zhì)量和隧道安全的主要途徑。本文簡要闡述了地質(zhì)雷達的檢測原理，探討了地質(zhì)雷達在鐵路隧道仰拱質(zhì)量檢測中存在的問題，并通過自身經(jīng)驗及多組檢測數(shù)據(jù)分析匯總提出了合理化建議。

關(guān)鍵詞：隧道仰拱 地質(zhì)雷達 質(zhì)量檢測

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）09（b）-0035-02

伴隨著國家中長期鐵路規(guī)劃的逐步實施，隧道工程所占的比例越來越大，隧道施工的質(zhì)量問題受到了各界廣泛關(guān)注。仰拱作為隧道襯砌結(jié)構(gòu)的重要組成部分，能改善襯砌結(jié)構(gòu)的受力形式，調(diào)整支護結(jié)構(gòu)的軸力和彎矩分布，在提高隧道襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力、安全度和耐久性，抑制圍巖內(nèi)塑性區(qū)的擴展，約束隧道洞周位移發(fā)展等方面有重要作用。因此，選取合適的檢測方法并獲得準確的檢測信息對隧道仰拱施工質(zhì)量控制具有重大意義。本文筆者根據(jù)多年的施工及隧道檢測經(jīng)驗，對比分析了采用地質(zhì)雷達檢測隧道仰拱施工質(zhì)量存在的問題，并提出了合理建議，以期達到為今后隧道仰拱檢測中類似問題提供借鑒的目的。

1 地質(zhì)雷達在鐵路隧道仰拱檢測中的優(yōu)勢

目前，國內(nèi)檢查隧道仰拱質(zhì)量缺陷的傳統(tǒng)方法是鉆孔取芯，所得數(shù)據(jù)往往比較接近實際，不足之處在于：（1）利用鉆孔無法對整座隧道的施工質(zhì)量進行詳盡、全面、準確的檢查；（2）該方法對隧道仰拱局部結(jié)構(gòu)具有破壞性。

為了解決上述問題，隧道仰拱質(zhì)量檢測普遍采用地質(zhì)雷達法。地質(zhì)雷達檢測技術(shù)具有優(yōu)勢有：（1）檢測過程都是無損檢測，對隧道結(jié)構(gòu)不具有破壞性；（2）檢測效率高，檢測過程是對隧道仰拱進行掃描；（3）抗干擾能力強，可在各種環(huán)境中工作。同時，可以方便快捷地獲得襯砌中存在的欠厚、脫空、不密實等質(zhì)量缺陷的詳盡資料，施工單位可根據(jù)檢測結(jié)果及時調(diào)整和改進施工工藝，有針對性地對缺陷采取處理措施并復(fù)檢。

盡管地質(zhì)雷達在隧道檢測方面存在多方面的優(yōu)勢，但是在檢測數(shù)據(jù)分析判斷中同樣存在問題，對于部分檢測結(jié)果要根據(jù)實際情況進行分析驗證，下面通過地質(zhì)雷達在鐵路隧道仰拱檢測中的應(yīng)進行具體說明。

2 地質(zhì)雷達在鐵路隧道仰拱檢測中的應(yīng)用

2.1 隧道仰拱結(jié)構(gòu)

通常而言，隧道仰拱由仰拱和仰拱填充兩部分組成，仰拱作為隧道成環(huán)的承力結(jié)構(gòu)，維護隧道圍巖穩(wěn)定；填充起到傳遞荷載的作用，根據(jù)隧道仰拱的施工工藝，仰拱和仰拱填充混凝土不能同時施工，必須先施工仰拱使隧道分閉成環(huán)，然后施工仰拱填充，而且一般而言兩者的混凝土設(shè)計標號也不盡相同。

2.2 地質(zhì)雷達檢測原理

地質(zhì)雷達（GPR）依據(jù)電磁波脈沖在地下傳播的原理進行工作，電磁波脈沖在介質(zhì)中的傳播路徑-波形隨所通過的介質(zhì)的介電性質(zhì)、幾何形態(tài)而變化，根據(jù)接收到反射波的旅行時間、幅值、頻率、波形變化資料，可推斷地質(zhì)目的體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和幾何形態(tài)。

2.3 應(yīng)用實例

在目前已經(jīng)開通運營的西成鐵路客運專隧道，采用地質(zhì)雷達法進行隧道仰拱檢測工作。主要檢測步驟如下。

2.3.1 測線布置及里程標記

為了全面檢測隧道襯砌質(zhì)量，在沿隧道軸線方向分別在隧道中心溝兩側(cè)布置2條測線。同時為保證各測點的位置與實際檢測里程的位置相對應(yīng)，在隧道邊墻上用紅油漆每5m做一個標記，并標注里程以供核對。

2.3.2 現(xiàn)場檢測

觀測儀器采用SIR-3000型地質(zhì)雷達及400MHz屏蔽天線。檢測時采用人工控制移動天線，對隧道仰拱進行連續(xù)透視掃描，邊采集數(shù)據(jù)邊實時顯示監(jiān)控，以測線剖面記錄單獨編寫文件，有效記錄全部數(shù)據(jù)。

2.3.3 圖像數(shù)據(jù)分析

圖像主要判定特征：（1）密實：襯砌信號幅值較弱，波形均勻，甚至沒有界面反射信號；（2）不密實：襯砌界面反射信號強，信號為強反射信號，一般區(qū)域化分布；（3）空洞：襯砌界面反射信號強，呈典型的孤立體相位特征，通常為規(guī)整或不規(guī)整的雙曲線波形特征，三振相明顯，在其下部仍有強反射界面信號，兩組信號時程差較大。

2.3.4 檢測結(jié)果比對分析

通過對西成鐵路客運專線某6座隧道地質(zhì)雷達測得的隧道仰拱數(shù)據(jù)進行分析：發(fā)現(xiàn)部分段落仰拱底部存在輕微不密實，具體部位位于仰拱和仰拱填充層之間。為了驗證檢測結(jié)果的準確性，采用鉆孔取芯的方法對地質(zhì)雷達檢測中發(fā)現(xiàn)輕微不密實的部位進行鉆孔取芯。從取出的芯樣來看，在隧道仰拱和仰拱填充層中間未發(fā)現(xiàn)不密實現(xiàn)象。地質(zhì)雷達檢測結(jié)果與鉆孔取芯檢測結(jié)果存在出入。具體異常波形圖如圖3、圖4所示。

為了為后續(xù)存在不密實部位進行缺陷整治提供有力支撐，經(jīng)過驗證分析出現(xiàn)以上問題的原因主要是：根據(jù)隧道仰拱的施工工藝，仰拱和仰拱填充是分兩個工序進行施工，先施工仰拱，然后施工仰拱填充層，在施工過程中勢必會存在施工縫（新舊混凝土縫），同時，仰拱混凝土和仰拱填充混凝土標號也不盡相同。地質(zhì)雷達在掃描過程中受到仰拱及仰拱填充新舊混凝土接縫的影響產(chǎn)生異常波形，導(dǎo)致檢測結(jié)果中仰拱和仰拱填充層之間存在輕微不密實現(xiàn)象。

針對檢測過程中出現(xiàn)的上述情況，筆者建議：從地質(zhì)雷達檢測波形圖中分析，如果在隧道仰拱檢測過程中發(fā)現(xiàn)仰拱和仰拱填充層之間存在輕微不密實現(xiàn)象，同時出現(xiàn)的波形圖類似于上述異常波形圖，可以考慮缺陷存在的原因是由于仰拱及仰拱填充新舊混凝土接縫的影響，對于地質(zhì)雷達反映出的仰拱這類缺陷可以考慮不予進行處理，可視施工質(zhì)量符合設(shè)計要求，避免后續(xù)檢測驗證花費不必要的人力、財力，同時影響施工進度。

3 結(jié)語

綜上所述，地質(zhì)雷達在隧道工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用能夠看出，利用地質(zhì)雷達檢測隧道仰拱工程質(zhì)量，可以清楚地反映隧道仰拱厚度及存在的缺陷情況，具有直觀、可靠、速度快等優(yōu)點。但是在檢測過程中依然存在問題，對出現(xiàn)的具體問題應(yīng)具體分析，對于檢測過程中出現(xiàn)的筆者在文章中提到的上述問題，可借鑒本文提到的解決方案，確保工程不必要的成本投入，提高施工效率。

參考文獻

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