地質雷達無損探測技術在隧道檢測中的應用

楊小波

在隧道施工應用中，工程質量檢測環節是不可忽視的，地質雷達就是一種簡單方便而且對施工損傷最小的方法，在隧道檢測中發揮著重要的作用。本文主要對地質雷達檢測技術的基本原理進行論述，并在此基礎上對地質雷達無損探測技術在隧道檢測中的應用進行闡述，希望對提高地質雷達檢測探測技術的發展有所幫助。

隨著我國交通運輸行業的快速發展，地質雷達無損探測技術因自身具有快速、無損、解釋直觀等特點，在修建隧道質量檢測中的應用越來越廣泛。這項技術運用物理方法，大大節省了隧道質量檢測的時間為隧道的安全運營提供了技術性的保障。但在檢測中還存在著一些不足之處，而且這些問題會大大降低隧道的服務質量，因此，施工人要定期對隧道進行維護，確保隧道安全運營。

工程概況：某縣繞城段公路改建工程隧道施工項目，位于分離式路基段，為小凈距隧道，左右線設計線凈間距16m，左右線長度均為294m，左線樁號ZK18+920.5～ZK19+214.5，右線樁號YK18+919～YK19+213，隧道凈寬10.75m，凈高5m，設計圍巖均為Ⅴ級。隧道主要穿越強、中風化泥質粉砂巖泥巖互層及礫巖，屬極軟巖至軟巖類，隧道埋深較淺，風化層厚度大，圍巖條件一般。

一、地質雷達無損檢測技術

1.地質雷達無損檢測技術的概述

根據我國近幾年交通建設的發展情況來看，各類交通設施的發展速度逐漸加快，其中在隧道建設過程中，質量問題是不可忽視的。在以往的隧道建設中，傳統隧道開發模式占據主導地位，傳統開發模式主以直接爆破為主要開發技術，這使隧道的后期施工存在著許多安全隱患，不利于后期的施工。

2.地質雷達無損檢測技術的物理條件

地質雷達無損技術是靠天線反射回來的信號的強弱來判斷隧道內是否出現裂痕、空洞等現象。通過對信號的分析工作人員得出隧道內的安全狀態，對隧道的質量問題逐步的進行判斷，在根據隧道內的基本結構找出存在問題的位置，無損檢測正是因此而得名。物理上講傳播介質的不同，雷達發出的電磁波速度也不同，試驗證明影響介質常數的關鍵就是介質內含水量的大小，這項技術的應用，彌補了傳統檢測方法收集信號不明顯的缺陷，避免了介質對檢測結果的干擾，提高了地質檢測的工作效率。

3.地質雷達無損檢測技術的基本原理

地質雷達檢測技術是通過高頻電磁波的反射來實現的，這種技術的應用大大提高了隧道檢測環節的施工的效率。目前采取的光面爆破技術，提高了隧道工程的質量，為后期的隧道施工提供了便利的條件。由于地質結構復雜等原因，完工后的隧道還存在著許多安全隱患，這時地質雷達高效、全面的檢測技術為后期的隧道加工提供了便利條件。天線和控制主機是雷達主要構成部分，天線主要負責電磁波的發射和接受，主機起控制作用，控制發出和接受的信號。當天線發出電磁波后，遇到隧道邊界等界面電磁波會被反射回來，這時天線負責接收反射回來的信號，最后通過主機記錄的反射數據來判斷隧道內是否安全。

二、地質雷達無損檢測技術在隧道檢測中的應用

1.儀器設備和檢測過程

在地質雷達無損檢測中通常選用常見的國外生產的地質雷達，并根據隧道地質環境的不同來決定選擇加拿大EKKO系列的儀器或者美國SIR系列的儀器，隧道環境不同在儀器型號的選擇上也會有所不同。在檢測的過程中，主要的檢測項目大致分為三項，分別是隧道襯砌層厚度的檢測、襯砌層與圍巖之間的密實程度和巖體之間存在的電性，地質雷達無損檢測主要通過對這些項目檢測所得的數據來分析判斷隧道內是否存在問題。探地雷達的發射天線將高頻短脈沖電磁波定向送入地下，電磁波在傳播過程中遇到存在電性差異的地層或目標體就會發生反射和透射，接收天線收到反射波信號并將其數字化，然后由電腦以反射波波形的形式記錄下來。對所采集的數據進行相應的處理后，可根據反射波的傳播時間、幅度和波形，判斷地下目標體的空間位置、結構及其分布特征。本項目采用美國勞雷工業公司SIR-3000型地質雷達。配備400MHz、900MHz天線。

2.檢測數據收集

在隧道內使用地質雷達無損探測技術時，工作人員會非常重視天線發射的信號與隧道襯砌的結合程度，因此，工作人員應嚴格按照地質雷達檢測的檢測標準，滑動時要沿著檢測路線移動。在雷達發出信號后要密切關注隧道內的信號情況，做好信號收集工作。通常情況下，雷達發出的脈沖信號的頻率是64/s，在每個脈沖信號發出之后其發射區域會得到45到60個監測點，工作人員要在保證隧道檢測無損的前提下，確保所得數據的準確性，再對隧道內的情況作出具體分析后由相關工作人員收集具體數據，判斷出隧道所存在的安全隱患。地質雷達在檢測前應對隧道檢測部位的介電常數進行標定。具體步驟如下：

（1）檢測前應對支護（襯砌）混凝土的介電常數或電磁波速做現場標定，且每座隧應不少于1處，每處實測不少于3次，取平均值為該隧道的介電常數或電磁波速。對長隧道，應增加標定點數。（2）標定方法包括：鉆孔實測；在已知厚度部位或材料與隧道相同的其他預埋件上量；在洞口或洞內避車洞處使用雙天線直達波法測量。（3）求取參數時應具備的條件：標定目標體的厚度不宜小于15cm，且厚度已知。

3.所得監測數據的處理

地質雷達主要應用超高頻、寬頻帶電磁脈沖技術，數據采集大多以反射波的特征為主要依據。但隧道環境會對雷達產生一定的干擾，為了避免這類干擾，提高檢測結果的準確度，所以必須對原始數據進行處理，這時就要求專業人員對收集好的數據進行系統的分析。數據與資料的處理主要分為記錄數據回訪顯示，和正式信息處理兩個階段。通過第一階段的分析，對隧道內的異常現象作出準確的分析處理，根據雷達圖像中的頻率，位置以及形態等特征，對收集信息進行逐一判斷，找出隧道內存在的安全隱患，第二階段是運用雷達專用軟件對整理好的數據進行完整的處理，以反射波為主要依據，對隧道內的基本情況進行詳細的了解，做好最后的數據分析工作。以支護（襯砌）混凝土厚度及密實狀況檢測為例：

數據分析與解釋：

①密實：反射信號弱，圖像均一且反射界面不明顯；

②不密實：反射信號強，圖像變化雜亂，不連續，較分散；

③空洞：反射信號強，三振相明顯，圖像呈不規則或規則狀弧形且反射界面明顯，同相軸錯斷；

④脫空：反射界面呈線形，且層位明顯；

⑤鋼拱架：反射信號強，圖像呈倒拋物線形或月牙形；

⑥鋼筋：反射信號強，圖像呈連續的小雙曲線形。

4.在具體應用中應注意的問題

隨著地質雷達無損檢測技術在隧道檢測中的應用越來越廣泛，我們更應該注意在操作過程中容易出現的一些問題，例如：由于支護表面平整度不夠而導致的誤差；隧道內機電設施對雷達電波產生的干擾，這些都將會影響到后期的信息收集和分析工作。因此，在檢測工作開始之前隧道內要保證天線與襯砌表面的密貼度符合操作標準，在檢測時也要好控制好移動速度，必要時可采取一定的補救措施，以確保數據的準確度，為檢測工程提供必要的技術保障。

三、結語

綜上所述，隧道檢測是一項系統的繁瑣的工作，地質雷達無損檢測技術的應用做到了在不影響隧道正常運行的前提下，對隧道的施工質量的檢測。這種技術的應用不僅可以探測出襯砌背后隱藏的問題，還能對鋼筋等建筑設施的具體分布情況作出分析，具有安全、方便、快捷等特點，縮短了隧道檢測環節的時間，提高了隧道工程的施工效率。在今后的隧道檢測中，要積累更多的經驗，把地質無損檢測技術在隧道檢測中的作用發揮到最大，更好的解決實際問題。