隧道無損檢測技術在鐵路改擴建中的應用研究

王 兵

（中交一公局集團有限公司 （中交隧道工程局有限公司），北京 101102）

1 檢測原理

地質雷達能釋放高頻率、寬頻帶的電磁波信號，電磁波通過天線的連續拖動掃描整個斷面介質的情況，并形成掃描圖像。地質雷達發射出的電磁波在需要探測的物體中傳到時會在不同的介質界面經歷反射折射，不同的界面反射系數也不相同，所以介質的介電常數的差異會直接反應在反射電磁波當中。而隧道建設過程中的圍巖、二次襯砌、襯砌內部等等各層的介電常數都會有明顯的差異，形成反射系數較大的反射層，電磁波在每層的反射情況也會不同。

2 檢測方法與應用

1）測線的布置鐵路隧道的斷面相對鐵路更大，初期支護耗費大量時間和材料，因此施工過程中有時會出現偷工減料的情況，這樣很可能造成隧道背后存在空洞并使得施工過程中塌方。側線的布置為，在拱頂和左右兩側的拱腰布置三條測線來檢測初支狀況；而二次襯砌則需要七條測線，同時也可以檢測仰拱。地質雷達采用的測量方式是連續測量。對于初期支護的檢測需要注意的是上斷面支護完成后下斷面還并沒有開挖，所以通行的道路不會平整，這會使得檢測凈空在水平位置上下浮動，影響到檢測精確度，因此檢測難度很大。解決方法是挖出臺架的長度，并且做好行進標記，不適用工程車，利用施工臺架，人在臺架上行走，以避免路面不平整造成的影響。

2）數據采集過程中要求各項參數都要準確設置，否則可能會造成圖像質量的損失，這時在數據后期處理時難以補救的。在檢測過程中要注意的數據采集參數主要有以下 ：①時窗長度 （單位納秒），時窗長度需要根據要求的深度電磁波在介質中傳播速度來計算 ；②一般選擇工作方式為“連續掃描”；③濾波器的模式通常有自動模式和手動模式兩種，通常可以用自動模式。當探測圖像中有比較明顯的噪音和干擾時需要手動調節，將低通和高通模式的信號頻率偏離，使信號頻帶在濾波器中更窄。④通常將增益調節設置為手動模式；重要的是要注意，在測量隧道拱頂和拱形腰部時，很難使天線靠近襯里表面。原因是國內外使用的天線粗笨 （特別是低頻天線）。由于負載過重，工作人員無法持續維持，導致數據收集不令人滿意。考慮到當前可用的技術，天線電源組件 （例如電池）可以用作外圍組件以將它們分開以降低雷達天線的質量。除此以外天線材料的選擇應著重選擇輕質、堅硬、屏蔽的材料。在現場檢查中，工程車應盡可能均勻移動，里程布局必須清晰準確。標定波速時，使用直接法和間接法用于校準電磁波在介質中的速度。當前，外界的信號干擾是地質雷達測量中的主要干擾，因此，在測試之前應盡可能地創建良好的測量環境。必須達到以下幾點：首先，在測試之前拆除隧道中的所有附件，例如汽車和模具，金屬干擾，如建筑機械。第二是停止所有操作以減少噪聲干擾。第三，對于不能清理的擾亂信號物體，例如附近建筑物，電線，通信線等，必須清楚地記錄它們的位置，以便在后處理階段可以準確地過濾或消除它們的影響。

3）數據分析，在數據分析過程中，充分利用前一時期建立的標準地圖庫中的數據，使用已經開發的數據處理軟件和其他分析軟件進行差異分析，以便使數據相對清晰。在直觀地質雷達圖像缺陷的后處理中，可以準確地精確定位缺陷區域，并且效果非常好。地質雷達數據處理可分為預處理和濾波分析。數據預處理包括標記、標題、復選標記，站信息添加和數據文件修改，濾波分析包括背景噪聲消除和信號濾波，目的是消除雷達圖上的隨機干擾，抑制干擾信號并突出顯示有用的信息。

3 結語

語采用地質雷達進行無損探測技術，在鐵路隧道的施工和檢測中起到了有效的信息提供作用，高效率、低成本地檢測隧道施工過程中可能存在的缺陷，無傷的同時又具有很高的精確度。同時也有很多值得優化和注意的地方：1）檢測過程要使用專用檢測車為設備操作人員創造實用、安全、方便的環境，減輕收集天線的重量同時使用輕質材料電纜 ；2）采取多種波速測量方法的互補，雷達天線的正確選擇以及各種雷達的互補性可以產生高質量的捕獲信號；3）創建良好的信號采集環境，最大限度地減少主觀干擾，增強屏蔽以得到更安靜的外部環境，控制、降低環境噪聲，減少電脈沖和無線電干擾信號；4）地質雷達無損檢測技術為我們帶來了更好的測量方式，有助于發現施工中的缺陷，提高鐵路隧道建設和運營過程中的安全系數。