地質雷達檢測技術在鐵路建設項目中的應用研究

宋環環

摘 要：本文主要結合鐵路建設項目，對地質雷達檢測技術在鐵路建設項目中的應用進行探索。首先介紹地質雷達檢測技術的主要原理，然后簡述該技術運用的工程概況，最后分析檢測所獲數據，評定工程項目的缺陷等級，并總結在鐵路建設項目中運用地質雷達法檢測技術的具體要求。

關鍵詞：鐵路建設項目;地質雷達檢測技術;襯砌

中圖分類號：U452.11 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）02-0100-03

Application of Geological Radar Detection Technology?in Railway Construction Projects

Abstract： This paper mainly explored the application of ground penetrating radar （GPR） detection technology in railway construction projects in combination with railway construction projects. Firstly， this paper introduced the main principle of the detection technology of ground penetrating radar （GPR）， then briefly described the general situation of the engineering application of the technology， finally analysed the data obtained from the detection， evaluated the defect grade of the engineering project， and summarized the specific requirements of the application of the detection technology of ground penetrating radar （GPR） in Railway construction projects.

Keywords： railway construction project;ground penetrating radar detection technology;lining

地質雷達檢測技術是一種基于電磁波反射原理，用于淺層地質構造探測和工程質量檢測的地球物理方法。相較于其他物理探測技術，地質雷達技術具備無損、快速、精準度較高的優勢[1]。本文主要探索地質雷達檢測技術應用于鐵路建設中襯砌缺陷的檢測，闡明該技術的運用對鐵路建設項目檢測的可靠性及運用價值。

1 地質雷達檢測技術的原理

地質雷達檢測技術的原理：通過地質雷達發射天線向隧道壁發射高頻寬帶短脈沖電磁波，遇到相對介電常數差異較大的介質，如空洞、襯砌界面等情況則會產生反射波，接收天線接收反射回來的電磁波并記錄反射時間[2]。電磁脈沖遇到不同電性介質的分界面時即產生反射或散射，地質雷達接受并記錄這些信號，參照深度公式（1）：

[D=VDt2=CDt2εr] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，[C]表示空氣中電磁波的傳播速度;[Dt]表示襯砌介質中電磁波雙程時間;[εr]表示混凝土相對節點常數。假若交界部位并未貼合好，勢必會存在縫隙，那么展開雷達檢測也會得到相應體現[3]，從而精準判斷施工襯砌厚度及缺陷。在電磁波作用于襯砌中的鋼筋時，會完全反射，同時產生極為強烈的接收能量，進而在雷達剖面上表現出強異常，使相關人員了解鋼筋的具體分布情況。通過處理信號獲得反射信號的具體相位、振幅以及具體頻率，即可獲得被測量目標體的分布形態及具體結構。

2 工程概況

本次工程項目選自新建武漢至十堰鐵路孝感至十堰段位于湖北中部至西北部。線路自漢孝城際鐵路孝感東站引出西行，經孝感市、云夢縣、安陸市、隨州市、隨縣、棗陽市、襄陽市、谷城縣、丹江口市至十堰市，線路全長399.005km。橋梁共計202.723km/233座，占線路全長的50.8%;隧道共計70.331km/42座，占線路全長的17.6%;橋隧總長273.054km，橋隧比68.4%;路基125.951km，占線路全長的31.6%。中鐵十一局集團第二工程有限公司承建新建武漢至十堰鐵路孝感至十堰段HSSG-4標項目經理部五分部，沿線經過茅箭區、丹江口市、鄖陽區、張灣區四個行政區，起止里程為DK428+180～DK445+725，線路長17.545km。設計時速350km/h，CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道與有砟軌道相結合，設計工期為48個月，全線主要工程有：路基工程、橋梁工程、涵洞工程、隧道工程。余家山隧道進口位于十堰市茅箭區秦家坡附近，出口位于茅箭區周家院附近。為開辟施工工作面，加快施工進度，本隧道設置2處斜井。利用地質雷達法檢測技術進行檢測，主要包括對本項目的隧道仰拱以及襯砌厚度、背部回填密實具體情況以及鋼筋和鋼架的具體分布進行檢測。

3 隧道襯砌現場檢測

3.1 檢測儀器

本項目采用SIR-3000型便攜式探地雷達（美國GSSI公司），該儀器運用范圍較廣，能應用于高速公路快速檢測，鋼筋、混凝土缺陷檢測，深層地質水文探測，市政管線及地下空洞調查及隧道襯砌及超前預報探測等。

3.2 布置測線

根據《鐵路隧道襯砌質量無損檢測規定》，并結合工程項目的實際作業條件，本次檢測沿隧道縱向連續檢測，共布設7條測線，其中左右邊墻距離水溝電纜槽頂端1.5～2.0m各布置一條側線，左右側拱腰處各布置一條線，拱頂布置一條線，左右底板兩側距中心水溝約1.5m各布置一條檢測線。

3.3 檢測步驟

①天線選擇需要結合本工程項目的實際隧道襯砌檢測具體情況，綜合衡量分辨力及穿透力，運用400MHz天線;②標定現場襯砌混凝土的介電相關參數，并確定其他參數，包括時間窗、掃描樣點數;③確保天線能夠緊貼隧道的襯砌表面，并沿測線連續滑動;④檢測天線滑行應當移動平穩，移動速度控制在3～5km/h;⑤每隔10m打一個標記，每隔50m打雙標;⑥隨時記錄可能對檢測結果產生影響的物體及其位置，包括電纜、滲水、鐵架等。

4 檢測數據處理分析

4.1 處理數據流程

通過運用RADAN專用數據處理軟件對本次工程項目的雷達檢測所獲數據進行處理，具體的數據處理流程見圖1。

4.2 數據分析解釋

①判斷襯砌背后的密實度及空洞。密實度：運用雷達檢測法時，反射的信號幅度明顯較弱，甚至并不會產生反射界面的具體信號;襯砌界面的強反射信號比較分散，成不連續的弧形反射。空洞：襯砌界面反射信號強，存在比較明顯的三振相，在其下部存在強反射界面信號，兩組信號時程差較大（見圖2）。

②襯砌內部的鋼筋、鋼架具體分布及數量的判定依據。鋼筋：雷達檢測呈連續性雙曲線較強的反射信號;鋼架：分散的月牙形強反射信號。

③襯砌厚度的確定。準確讀取雷達記錄的探測時間，依照公式（2）確定襯砌厚度：

[h=12v×Δt×10-9] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：[h]表示襯砌厚度;[v]表示雷達波速;[Δt]表示電磁波的雙程旅行時長。

4.3 缺陷等級評定及檢測結果

4.3.1 缺陷等級。參照《鐵路運營隧道襯砌安全等級評定規定》評定依據。第一，隧道襯砌存在病害或缺陷時，劃分隧道的襯砌缺陷等級，主要包括四個等級，分別為輕微（1級）、比較嚴重（2級）、嚴重（3級）以及十分嚴重（4級）。第二，對于隧道襯砌厚度及混凝土強度缺陷問題，參照檢測量化標準規定指標。第三，對于隧道的襯砌背后存在回填并不密實或是空洞的情況，參照規定完成評定。在襯砌的背后并未回填，直徑、深度超出10cm，即有空洞;襯砌背后有空洞或回填不密實，當位于1m范圍內時，其缺陷等級應提升1級。

4.3.2 檢測結果。隧道的雷達具體掃描圖像對照襯

砌設計相關參數表，根據相關分析數據，本次工程項目完成了1140雷達測線長度，表示140成洞米。其中，發現存在5處空洞以及回填不密實的情況，襯砌的厚度與工程設計要求相符，但仍然存在6處鋼筋數量不足的問題。具體檢測缺陷等級見表1、表2。

5 結論

將地質雷達檢測技術運用于鐵路建設項目，能實現對隧道施工整體質量的嚴格控制，盡早發現隧道內潛在的危害，從而及時制定處理措施，消除鐵路建設的隱患。在運用地質雷達檢測技術進行檢測的過程中，要與工程實際相結合，從而確保最終檢測結果的科學性和準確性。

參考文獻：

[1]王亮，王緒本，李正文.地質雷達方法檢測隧道襯砌質量研究[J].物探化探計算技術，2017（6）：516-519.

[2]高至飛，侯長兵.地質雷達法檢測高速鐵路隧道常見質量缺陷及圖像解釋[J].鐵道建筑，2014（11）：94-97.

[3]趙國啟.隧道實體質量檢測技術在九景衢鐵路工程中的應用[J].江西建材，2016（11）：157-158.