地質雷達在鐵路隧道仰拱質量檢測中的 應用與探討

黃勝舉

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

關鍵詞：隧道仰拱 地質雷達 質量檢測

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，隧道施工的質量問題受到了各界廣泛關注。仰拱作為隧道襯砌結構的重要組成部分，能改善襯砌結構的受力形式，調整支護結構的軸力和彎矩分布，在提高隧道襯砌結構的承載能力、安全度和耐久性，抑制圍巖內塑性區的擴展，約束隧道洞周位移發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量控制具有重大意義。本文筆者根據多年的施工及隧道檢測經驗，對比分析了采用地質雷達檢測隧道仰拱施工質量存在的問題，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 地質雷達在鐵路隧道仰拱檢測中的優勢

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

為了解決上述問題，隧道仰拱質量檢測普遍采用地質雷達法。地質雷達檢測技術具有優勢有：（1）檢測過程都是無損檢測，對隧道結構不具有破壞性；（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、不密實等質量缺陷的詳盡資料，施工單位可根據檢測結果及時調整和改進施工工藝，有針對性地對缺陷采取處理措施并復檢。

盡管地質雷達在隧道檢測方面存在多方面的優勢，但是在檢測數據分析判斷中同樣存在問題，對于部分檢測結果要根據實際情況進行分析驗證，下面通過地質雷達在鐵路隧道仰拱檢測中的應進行具體說明。

2 地質雷達在鐵路隧道仰拱檢測中的應用

2.1 隧道仰拱結構

通常而言，隧道仰拱由仰拱和仰拱填充兩部分組成，仰拱作為隧道成環的承力結構，維護隧道圍巖穩定；填充起到傳遞荷載的作用，根據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，然后施工仰拱填充，而且一般而言兩者的混凝土設計標號也不盡相同。

2.2 地質雷達檢測原理

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

2.3 應用實例

在目前已經開通運營的西成鐵路客運專隧道，采用地質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量，在沿隧道軸線方向分別在隧道中心溝兩側布置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，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 現場檢測

觀測儀器采用SIR-3000型地質雷達及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透視掃描，邊采集數據邊實時顯示監控，以測線剖面記錄單獨編寫文件，有效記錄全部數據。

2.3.3 圖像數據分析

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，通常為規整或不規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 檢測結果比對分析

通過對西成鐵路客運專線某6座隧道地質雷達測得的隧道仰拱數據進行分析：發現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。為了驗證檢測結果的準確性，采用鉆孔取芯的方法對地質雷達檢測中發現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現不密實現象。地質雷達檢測結果與鉆孔取芯檢測結果存在出入。具體異常波形圖如圖3、圖4所示。

為了為后續存在不密實部位進行缺陷整治提供有力支撐，經過驗證分析出現以上問題的原因主要是：根據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生異常波形，導致檢測結果中仰拱和仰拱填充層之間存在輕微不密實現象。

針對檢測過程中出現的上述情況，筆者建議：從地質雷達檢測波形圖中分析，如果在隧道仰拱檢測過程中發現仰拱和仰拱填充層之間存在輕微不密實現象，同時出現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，可視施工質量符合設計要求，避免后續檢測驗證花費不必要的人力、財力，同時影響施工進度。

3 結語

綜上所述，地質雷達在隧道工程質量檢測中的應用能夠看出，利用地質雷達檢測隧道仰拱工程質量，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、速度快等優點。但是在檢測過程中依然存在問題，對出現的具體問題應具體分析，對于檢測過程中出現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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