基于地質雷達的公路隧道無損檢測與養護管理

胡振興

(甘肅省交通科學研究院集團有限公司，甘肅 730000)

1 地質雷達技術檢測原理

地質雷達無損檢測是借助于電磁技術，對隱藏物體實施檢測，在具體運用中依靠發射高頻電磁波，從天線發出電磁脈沖并接收物體的反射信號，根據高頻電磁波相關原理，當電磁波穿過各類地質時，因為上下地質的介電特性存在差異，必然會出現差異性的折射與反射，特別是地質內部出現破損問題后能夠觀察到電磁特性異常，根據反射波的波相特征(頻率、波幅、相位等)對地下目標的位置、形態、結構等作出推斷。比如說遇到地質體接觸面會出現層狀反射，遇到空洞情況會出現饒射的情況，如果地質結構的含水量相對較大，其介質常數也會有一定程度的提高，因此應用地質雷達技術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 公路隧道地質雷達無損檢測方法與應用

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質量，利用地質雷達無損檢測技術對隧道實施檢測，以確保其質量。

2.2 測線布置與檢測參數

應用地質雷達無損檢測技術對公路隧道質量實施檢測，應當提前對測線予以布置，根據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量實施檢測。檢測過程中設置512個采樣點，頻率為400 MHz，選擇時間觸發測量模式實施檢測。

2.3 隧道檢測

(1)鋼性材料檢測

襯砌中的鋼拱架、鋼筋等材質屬于導電物體，其相對介電常數近乎為0，而混凝土的介電常數一般為6～12，當電磁波穿過此類介質時，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，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生強反射，波形特征表現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差異性，正是因為電磁性能的差異，所以導致地質雷達探測范圍內介電常數之間出現差異。特別是在圍巖結構中，電磁波傳播過程中會產生反射波能量不斷衰減的情況，經過不同界面或介電常數差異較大的結構時電磁波會出現不同的反射性，根據不同結構所獨有的傳播速度，在具體檢測過程中能夠根據反射時間以及傳播速度情況來識別混凝土厚度數據。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當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分層處的波相特征，能夠對各層襯砌厚度實施檢測。

(3)脫空區檢測

在對公路隧道襯砌以及混凝土施工作業過程中，由于現場施工質量控制不嚴格，局部位置襯砌混凝土難免出現密實性達不到設計要求的情況出現，從而造成混凝土出現縫隙，當電磁波傳輸到分層界面后會出現相對較強的反射信號。且混凝土結構內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。可根據地質雷達圖像界面中各反射波的波相特征來判定混凝土內部空隙的具體位置，隨著電磁波傳播的繼續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，可以通過介電常數等數據予以準確判斷。

(4)數據分析

對該公路工程某隧道5條檢測線的數據信息實施采集，進行總結分析后得到結果：5條測線數據正常，不存在較大的不密實帶，也尚未檢測出顯著的脫空情況，根據襯砌厚度分層結果也未發現厚度偏薄的部位。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構較為密實，所以也沒有檢測到圍巖中的松散脫空區。

為進一步掌握該隧道的混凝土強度信息，借助于地質雷達無損檢測技術獲得相關數據，分析后得出襯砌背后不存在空區，檢測段落內襯砌厚度均滿足設計標準，符合施工技術要求，隧道背后圍巖較為整齊統一，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，基于上述數據信息能夠得出結論，該公路隧道工程施工質量符合相關規定與設計要求。

3 公路隧道使用維修養護管理

3.1 維修管理

公路隧道維修管理工作對相關作業人員提出了新的要求，借助于地質雷達無損檢測技術，準確分析了解隧道質量情況，為維修工作帶來更多技術指導和數據支持，確保維修活動的有序開展，真正實現隧道維修管理的科學化與智能化發展。比如在混凝土結構檢測中，結合實際情況選擇最佳的天線中心頻率，并合理設置測量參數，一般采用毫米級別的采樣間隔，高頻發射接收的采集方式，逐點發射接收。

在實際的維修管理工作中，應用地質雷達了解隧道可能存在的病害情況，根據檢測數據來科學分析病害損傷程度，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→后期養護。詳細來說即是應當堅持做到定期檢測、定期保養。

3.2 養護管理

對于公路隧道的養護管理應當始終堅持貫徹落實集中調度、統一指揮的基本要求，由各個不同專業工區構成隧道養護作業隊伍，選擇合理時間協同作業，分別開展好各自負責的養護區域。可以參考和借鑒國內外其他隧道的維修養護經驗，再結合該公路工程隧道的實際情況，組織完善維修養護體系，確保隧道使用質量。在定期檢查特別是專項檢測中借助于地質雷達無損檢測技術定期對隧道質量實施檢測，維修養護工作小組根據檢測結果制定養護作業方案，協調好主體結構養護、附屬設備設施養護、災害監控等各項工作。另外還應當重視公路隧道的預防性養護作業，一方面要開展好定期養護活動，根據隧道設計參數來科學確定養護周期；另一方面是按照隧道使用情況實施養護，利用地質雷達無損檢測技術來評估隧道實際使用狀態，從而幫助我們更加科學的制定養護作業計劃，有效控制養護工作成本。

4 結 語

(1)應用地質雷達無損檢測技術能夠及時發現與了解公路隧道的質量問題，可以為維修以及養護管理工作帶來重要的參考依據，從而進一步延長其使用壽命。

(2)應用地質雷達無損檢測技術表現出檢測效率和準確率高的突出優勢，能夠更加全面地獲得隧道整體質量數據信息。

(3)在應用地質雷達無損檢測技術的過程中，必須要嚴格遵循隧道維修養護管理的基本流程和相關制度規定，確保維修養護工作的有序開展。

(4)公路隧道維修養護過程中應當選擇多工種協調進行作業，維修養護活動要統一行動，科學指揮，借助于地質雷達輔助維修養護活動的高效開展。