公路隧道無損檢測地質雷達技術的應用

易俊松

本文以某公路隧道建設工程為例，結合地質雷達技術的應用原理，充分闡述了地質雷達檢測技術在公路隧道檢測中應用情況。通過技術路線分析可知，地質雷達技術不僅能夠準確的判斷出公路隧道中的縫隙位置，同時，還能有效的識別出公路隧道建設過程中可能存在的安全隱患，因此這項技術的應用對于進一步促進我國公路隧道建設質量有著非常重要的意義。

近幾年來，我國高速公路隧道工程的建設越來越多，但由于隧道建設普遍施工周期長、成本也較高、承載交通運營又大，而且使用年限也比較長，因而對其質量要求也非常高。然而在實際工程中，我國現階段公路隧道建設中質量問題依舊十分嚴重。在隧道初砌質量的檢查中，通常都是釆用鉆探取芯、開挖抽樣等方法，這種方法的使用不僅增加了工人的工作量、降低了工作效率、成本也相對較高，而且對隧道結構可能造成破壞，尤其是隧道中的防水層破壞給公路隧道留下不可預知的安全隱患。地質雷達檢測技術是近年來我國應用于公路隧道檢測中的一種新型手段。由于它在檢測中具有對工程無損、工作效率高、精準度高并且可以實現連續檢測等優勢，目前被廣泛用于公路隧道檢測中。

一、地質雷達技術運行原理

1.工作原理

地質雷達主要是電磁技術，能夠對隱藏地下物體進行檢測，在實際使用過程中可以借助高頻電磁波通過脈沖的方式，在檢測位置上發射，由天線發出并通過地下物體反射出來，利用天線進行反射信號的接收，結合高頻電磁波的理論知識，當電磁波穿過不同地質時，由于上下地質的電磁特性的不同，會產生出不同的折射和反射，尤其是地質內部發生破損現象時，電磁特性會異常。也就是說，利用高頻電磁波進行檢測中，如果某地質內部存在不同波形或較強電磁波時，此時由于地質不同，電磁波會呈現不同特點。如，地質有脫空情況時，將會產生出夾層反射，而空洞中會產生出繞射現象。當地質結構中含水量較大時，反映出的介質常數也會隨之明顯增大，這種情況下會呈現出高含水性的反射。因此在進行公路路段雷達技術檢測時，應當要收集該地區的波形，數據進行分析，準確獲取地質內部結構空間結構信息，需要注意的是在實際使用時還需要結合不同介質，選擇合適的發射天線頻率。

2.特點分析

地質雷達是當前公路隧道檢測中常使用的一種隱蔽性探測技術。盡管其具有較強的檢測水平，然而在實際使用時存在較大缺陷，雖然地質雷達技術其分辨率較高，然而發射過程中聲波頻率越高，且雷達檢測速度衰減越快對于地質探測的整體深度會越小，進一步會降低分辨率，此外，在介質傳播中雷達電磁脈沖信號很容易受到高頻電信產生的影響，進而會使數據準確度，地質勘探深度受到較大影響，比如對于介質為砂礫等物質時檢測距離高于幾十米，但如果介質為黏土、淤泥時相應的檢測距離只能夠達到幾米，因此未來針對該技術還需要進一步完善，只有提升檢測技術水平，才能夠確保最終結果的精確度。

二、某公路隧道概況

該隧道屬于高速公路的隧道工程，總里程為9.8Km，共計有10 座隧道，為能夠及時發現工程建設存在的問題，在施工前需要借助雷達地質檢測技術對工程進行檢查，確定該工程整體質量。

三、測線布置與檢測參數

地質雷達檢測隧道工程，首先需要進行側線布置，結合工程要求選擇合適的測線進行檢測，該工程共有5 條檢測線，具體包括隧道拱頂，左墻和右墻以及左右拱腳，能夠從整體角度在檢測工程是否存在質量時，能夠進一步結合工程需求選擇地質雷達型號為美國地球物理公司生產的RAMAC/CPR，屏蔽天線選用為500MHz。實施檢測中需對如下技術參數進行控制，共有釆樣點480 個，釆樣頻率為700MHz，共進行8 次疊加窗口，時間為65 納秒。使用時間觸發測量工具進行檢測。

四、技術的具體應用

在隧道質量檢測時為能夠獲取初始數據檢測參數，這些參數未經過加工處理，所以，在實際工作中，利用這些原始技術參數很難準確判斷隧道其真實情況，因此需要采用先進的地質雷達檢測技術并將這迎著些原始數據給予適當的處理，也就是對能夠對所涉及的數據進行加工處理，在初始數據過濾時需要進行波形加工處理，通常情況下采用的檢測方式，為增強有效信號過濾無效信號，同時還需要盡可能降低干擾噪音，提升整體的圖像分辨率，利用該方法進行數據處理，并將其運用于公路隧道質量檢測中。此外，在整個公路質量檢測時，應當高度重視圖像判時，而這一工作是通過雷達檢測圖像顯示成果與地質勘探數據進一步確定的，利用這些數據能夠對雷達檢測的圖像進行認真細致的分析，最終確定該區域工程段是否存在質量問題，并以圖形的方式將結果呈現出來。

1.支護厚度檢測

利用天線發射信號的方式，這種信號傳播速度是比較快的，在所有空氣直達波下雷達波能夠以最快速度反射回天線中，其次為表面波，最后為混凝土周邊的反射波，由于混凝土性質存在差異，導致反射波能量之間存在一定差異，其反射波的能量存在較大的差異，而且兩者之間的差異成正比關系。雷達波在通過這些檢測點后反射出的信號具有連續同相軸和較強的振幅度等特點。因此應當充分結合該特點獲取混凝土厚度數據，進一步達到工程質量檢測要求。

2.二次初砌厚度檢測

一次、二次襯砌以及圍巖之間存在一定差異，主要是由于各物理性能存在較大差異，因此造成整個檢測區域中介電常數較大的差異，尤其是在襯砌、圍巖結構，當電磁波在圍巖后傳播時會出現反射波振幅增強的現象，此時圖像分辨率也隨之降低，通過不同界面后，電磁波會產生不同反射性，結合不同結構存在不同傳播速度，所以，在實際檢測中，就可通過反射時間和傳播速度的不同，進一步判定混凝土的厚度參數，無論在哪種界面中電磁波都無法準確判定傳播速度，所以時間檢測中，需要對其在隧道各層次之間的反射時間做到準確判斷，在獲取了傳播速度及反射時間之后，通過計算公式來確定該位置的準確厚度，在實際使用過程中，以此二次襯砌在施工中存在裂隙，此時可以借助雷達圖像技術對每一層襯砌厚度進行檢測。

在實踐中通常有些工程會出現襯砌與噴射混凝土部位，利用地質雷達檢測很難進行分離，在圖像中沒有準確反應，上述結構采用同種材料及混凝土，因此兩者差異是比較小的，而當混凝土與襯砌結構相融合的位置，其狀態良好時，在傳播界面中電磁波不會出現反射，此時在雷達線中的圖像呈現比較模糊，導致最終檢測結果精確度差。

3.脫空區的檢測分析

空氣與混凝土兩者材料其差異較大，物理性能差異較大，因此上述兩種材料具備的機介電常數不同，當進入施工過程中，對襯砌和混凝土施工時，由于沒有達到相應的設計質量標準，密實度較差，進一步會使混凝土本身存在縫隙，在電磁波傳輸到分析界面時會產生較強反射信號，并且混凝土結構中存在的縫隙及脫空現象越多，發射圖像中存在明顯界面，如果在所呈現的地質雷達圖像中，有多種反射波具備相同走向特點，那么對于裂縫位置可以判斷為下部位置，會隨傳輸繼續進行呈現出的反射波會越來越強，在檢測脫空位置和大小時，能夠在洞內依靠雷達行走速度，介點常數等信息進一步確定。

4.鋼拱規格與分布

雷達發出的發射波最大的優點就是其具備一定的能量。從電磁波理論我們可以發現，在具體檢測過程中使用金屬材料良性導體，在電磁波傳輸時經過該材料之后會發生較大反射，在檢測時也會出現這種反射現象，由于所使用的材料不同，反射現象也有所不同，同時反射效果差異明顯，在公路隧道襯砌施工過程中主要使用鋼筋網和鋼支撐結構，這些結構為良性導體，因此在運用地質雷達檢測時，電磁波遇到上述材料會出現較強反射信號，并以連續性的方式呈現出來。如果對于鋼拱結構部分檢測時，那么經分析之后，呈現出的圖像是月牙形，進而通過雷達進行數據分析，可判斷鋼筋和鋼拱的數量，結合圖像形狀判斷鋼拱分布范圍，比對設計方案時可進一步了解哪些結構符合施工質量要求。

五、結語

總之，為了快速、準確的發現公路隧道建設過程中存在的問題，盡可能的釆用高科技、全面而無損的質量檢測技術，并將質量問題及時整改處理很有必要。而地質雷達檢測方式既不會給任何結構造成損害，又能快速準確判定出混凝土結構的內部缺陷。所以，地質雷達技術被廣泛應用于公路隧道無損檢測中將對我國建筑工程技術的發展產生積極的影響。