基于地質(zhì)雷達的公路隧道無損檢測與養(yǎng)護管理

胡振興

(甘肅省交通科學(xué)研究院集團有限公司，甘肅 730000)

1 地質(zhì)雷達技術(shù)檢測原理

地質(zhì)雷達無損檢測是借助于電磁技術(shù)，對隱藏物體實施檢測，在具體運用中依靠發(fā)射高頻電磁波，從天線發(fā)出電磁脈沖并接收物體的反射信號，根據(jù)高頻電磁波相關(guān)原理，當(dāng)電磁波穿過各類地質(zhì)時，因為上下地質(zhì)的介電特性存在差異，必然會出現(xiàn)差異性的折射與反射，特別是地質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)破損問題后能夠觀察到電磁特性異常，根據(jù)反射波的波相特征(頻率、波幅、相位等)對地下目標的位置、形態(tài)、結(jié)構(gòu)等作出推斷。比如說遇到地質(zhì)體接觸面會出現(xiàn)層狀反射，遇到空洞情況會出現(xiàn)饒射的情況，如果地質(zhì)結(jié)構(gòu)的含水量相對較大，其介質(zhì)常數(shù)也會有一定程度的提高，因此應(yīng)用地質(zhì)雷達技術(shù)對公路隧道實施無損檢測能夠有效提升檢測效率和精準度。

2 公路隧道地質(zhì)雷達無損檢測方法與應(yīng)用

2.1 某公路工程概況

某隧道為XX高速公路隧道工程，該公路總長12.5 km，其中包含7座隧道，為第一時間了解隧道施工建設(shè)質(zhì)量，利用地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)對隧道實施檢測，以確保其質(zhì)量。

2.2 測線布置與檢測參數(shù)

應(yīng)用地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)對公路隧道質(zhì)量實施檢測，應(yīng)當(dāng)提前對測線予以布置，根據(jù)隧道工程實際情況合理選擇測線，該工程包含5條測線，分別為隧道拱頂、左墻、右墻和左右拱腰，可以更加全面地對隧道質(zhì)量實施檢測。檢測過程中設(shè)置512個采樣點，頻率為400 MHz，選擇時間觸發(fā)測量模式實施檢測。

2.3 隧道檢測

(1)鋼性材料檢測

襯砌中的鋼拱架、鋼筋等材質(zhì)屬于導(dǎo)電物體，其相對介電常數(shù)近乎為0，而混凝土的介電常數(shù)一般為6～12，當(dāng)電磁波穿過此類介質(zhì)時，其波相、振幅及頻率變化相較密實的混凝土而言，在波形圖上會產(chǎn)生較大的異常，其中波相、振幅變化最為明顯。

實際檢測過程中，視混凝土為均勻介質(zhì)，鋼筋為混凝土中的異常體，電磁波在鋼筋與混凝土的接觸面產(chǎn)生強反射，波形特征表現(xiàn)為孤立的點狀或弧形反射，依此特征來判定鋼筋分布情況，確定其位置及可計算保護層厚度。

(2)支護、襯砌厚度檢測

隧道初支、二襯與圍巖具有介質(zhì)差異性，正是因為電磁性能的差異，所以導(dǎo)致地質(zhì)雷達探測范圍內(nèi)介電常數(shù)之間出現(xiàn)差異。特別是在圍巖結(jié)構(gòu)中，電磁波傳播過程中會產(chǎn)生反射波能量不斷衰減的情況，經(jīng)過不同界面或介電常數(shù)差異較大的結(jié)構(gòu)時電磁波會出現(xiàn)不同的反射性，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)所獨有的傳播速度，在具體檢測過程中能夠根據(jù)反射時間以及傳播速度情況來識別混凝土厚度數(shù)據(jù)。不管何種界面中，電磁波的傳播速度都不能完全準確判定，因此進行時間檢測時應(yīng)當(dāng)對其在隧道不同層次的反射時間予以準確判斷，在了解傳播速度和反射時間后，借助于相關(guān)公式來獲取具體位置的準確厚度。實際檢測過程中可利用初支中的鋼支撐、初支二襯層間的防水板、混凝土與巖石接觸面等介質(zhì)分層處的波相特征，能夠?qū)Ω鲗右r砌厚度實施檢測。

(3)脫空區(qū)檢測

在對公路隧道襯砌以及混凝土施工作業(yè)過程中，由于現(xiàn)場施工質(zhì)量控制不嚴格，局部位置襯砌混凝土難免出現(xiàn)密實性達不到設(shè)計要求的情況出現(xiàn)，從而造成混凝土出現(xiàn)縫隙，當(dāng)電磁波傳輸?shù)椒謱咏缑婧髸霈F(xiàn)相對較強的反射信號。且混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部松散以及脫空問題越嚴重，雷達圖像中異常反射波形就更明顯。可根據(jù)地質(zhì)雷達圖像界面中各反射波的波相特征來判定混凝土內(nèi)部空隙的具體位置，隨著電磁波傳播的繼續(xù)所能夠看到的反射波也會更強，對隧道脫空位置與具體大小進行檢測的過程中，可以通過介電常數(shù)等數(shù)據(jù)予以準確判斷。

(4)數(shù)據(jù)分析

對該公路工程某隧道5條檢測線的數(shù)據(jù)信息實施采集，進行總結(jié)分析后得到結(jié)果：5條測線數(shù)據(jù)正常，不存在較大的不密實帶，也尚未檢測出顯著的脫空情況，根據(jù)襯砌厚度分層結(jié)果也未發(fā)現(xiàn)厚度偏薄的部位。同時圍巖和錨噴混凝土的密貼程度高，支護和襯砌的混凝土結(jié)構(gòu)較為密實，所以也沒有檢測到圍巖中的松散脫空區(qū)。

為進一步掌握該隧道的混凝土強度信息，借助于地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，分析后得出襯砌背后不存在空區(qū)，檢測段落內(nèi)襯砌厚度均滿足設(shè)計標準，符合施工技術(shù)要求，隧道背后圍巖較為整齊統(tǒng)一，不密實問題僅占0.9%，隧道整體混凝土模段襯砌強度為23 MPa，基于上述數(shù)據(jù)信息能夠得出結(jié)論，該公路隧道工程施工質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)定與設(shè)計要求。

3 公路隧道使用維修養(yǎng)護管理

3.1 維修管理

公路隧道維修管理工作對相關(guān)作業(yè)人員提出了新的要求，借助于地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)，準確分析了解隧道質(zhì)量情況，為維修工作帶來更多技術(shù)指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支持，確保維修活動的有序開展，真正實現(xiàn)隧道維修管理的科學(xué)化與智能化發(fā)展。比如在混凝土結(jié)構(gòu)檢測中，結(jié)合實際情況選擇最佳的天線中心頻率，并合理設(shè)置測量參數(shù)，一般采用毫米級別的采樣間隔，高頻發(fā)射接收的采集方式，逐點發(fā)射接收。

在實際的維修管理工作中，應(yīng)用地質(zhì)雷達了解隧道可能存在的病害情況，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)來科學(xué)分析病害損傷程度，制定有針對性的維修策略。維修管理的一般流程是：無損檢測→找出病害→分析原因→制定維修工作方案→后期養(yǎng)護。詳細來說即是應(yīng)當(dāng)堅持做到定期檢測、定期保養(yǎng)。

3.2 養(yǎng)護管理

對于公路隧道的養(yǎng)護管理應(yīng)當(dāng)始終堅持貫徹落實集中調(diào)度、統(tǒng)一指揮的基本要求，由各個不同專業(yè)工區(qū)構(gòu)成隧道養(yǎng)護作業(yè)隊伍，選擇合理時間協(xié)同作業(yè)，分別開展好各自負責(zé)的養(yǎng)護區(qū)域。可以參考和借鑒國內(nèi)外其他隧道的維修養(yǎng)護經(jīng)驗，再結(jié)合該公路工程隧道的實際情況，組織完善維修養(yǎng)護體系，確保隧道使用質(zhì)量。在定期檢查特別是專項檢測中借助于地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)定期對隧道質(zhì)量實施檢測，維修養(yǎng)護工作小組根據(jù)檢測結(jié)果制定養(yǎng)護作業(yè)方案，協(xié)調(diào)好主體結(jié)構(gòu)養(yǎng)護、附屬設(shè)備設(shè)施養(yǎng)護、災(zāi)害監(jiān)控等各項工作。另外還應(yīng)當(dāng)重視公路隧道的預(yù)防性養(yǎng)護作業(yè)，一方面要開展好定期養(yǎng)護活動，根據(jù)隧道設(shè)計參數(shù)來科學(xué)確定養(yǎng)護周期；另一方面是按照隧道使用情況實施養(yǎng)護，利用地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)來評估隧道實際使用狀態(tài)，從而幫助我們更加科學(xué)的制定養(yǎng)護作業(yè)計劃，有效控制養(yǎng)護工作成本。

4 結(jié) 語

(1)應(yīng)用地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)能夠及時發(fā)現(xiàn)與了解公路隧道的質(zhì)量問題，可以為維修以及養(yǎng)護管理工作帶來重要的參考依據(jù)，從而進一步延長其使用壽命。

(2)應(yīng)用地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)表現(xiàn)出檢測效率和準確率高的突出優(yōu)勢，能夠更加全面地獲得隧道整體質(zhì)量數(shù)據(jù)信息。

(3)在應(yīng)用地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)的過程中，必須要嚴格遵循隧道維修養(yǎng)護管理的基本流程和相關(guān)制度規(guī)定，確保維修養(yǎng)護工作的有序開展。

(4)公路隧道維修養(yǎng)護過程中應(yīng)當(dāng)選擇多工種協(xié)調(diào)進行作業(yè)，維修養(yǎng)護活動要統(tǒng)一行動，科學(xué)指揮，借助于地質(zhì)雷達輔助維修養(yǎng)護活動的高效開展。