解析地質雷達在某公路隧道襯砌檢測中應用

彭紹玉

摘要：隧道作為公路的重要構成部分，起到縮短路程提高運行效率的積極作用。為發揮隧道的價值，應圍繞建設與施工環節采取病害防范與治理措施，盡早發現問題、及時處理，消除隧道運行安全隱患，有力保障隧道安全運行。吸取以往隧道運行安全事故經驗，隧道病害的存在很容易引發安全事故，造成重大損失。因此，提出有效的公路隧道襯砌裂損病害檢測方法，做好事前的排查與治理，可有效避免事故的發生，保障人員的安全，使公路隧道創造更多的社會價值與效益。

關鍵詞：地質雷達;公路隧道;襯砌檢測;應用措施

引言

隨著我國高速公路建設的迅猛發展，公路隧道里程逐年增加，隧道中的各類病害也日漸增多，如襯砌掉塊、突水突泥、滲漏水等病害時有發生，嚴重影響隧道的使用功能。地質雷達是利用寬頻帶高頻電磁波信號探測介質結構位置和分布的無損探測儀器，在襯砌質量檢測方面被廣泛利用。采用合適的地質雷達天線不僅能夠準確查明隧道襯砌背后存在的空洞和混凝土密實情況，還能檢查襯砌厚度和支護結構是否滿足設計要求，從而為隧道的病害治理和改造提升提供依據。

1加強公路隧道襯砌病害檢測重要性

公路隧道安全運行意義重大，在開展病害治理前要做好全面檢測，掌握襯砌結構實際情況，根據存在的病害特點開展分析，提出相應治理方案。檢測工作人員要具備專業的能力，根據現有數據資料進行分析，選擇適宜的檢測技術，編制檢測方案，落實到公路隧道襯砌裂損病害檢測實踐，為后續的治理提供依據與支持。對獲得的病害檢測報告與方案，要進行全面檢查，嚴格把控檢測結果的質量。 積極引入新技術與新手段，提高病害檢測水平。

2工程概況

XX隧道全長2616m，設計行車速度80km/h，建筑限界凈空（寬×高）10.25m×5.0m，隧道洞身一般埋深為100～250m，最大埋深297m，屬深埋長隧道。經運行發現，隧道襯砌結構產生大量病害，以裂縫為主，滲漏水問題突出，增加了行車安全風險，尤其是冬季運行。通過病害檢測與治理，使病害得到有效處理。

根據隧道資料顯示，雖然該隧道埋深較淺，位于泥巖頁巖內，但巖體有裂隙發育，為地表水下滲創造了機會，遇到降雨與降雪天氣后，隧道會出現嚴重漏水情況，該隧道地下水以地表降水為補給。選擇隧道的進口位置，在明洞頂端設置灌溉水渠進行排水處理，渠面滲漏問題難以有效避免。由于隧道建設時采用的是礦山法，產生很多裂縫且無法做防水處理，后期運行時會產生滲漏。隧道襯砌結構的施工作業，拱頂-拱腰難以填滿，并且振搗不夠充分，形成了空穴。隧道施工到下部落底之后，產生落拱，使襯砌結構的背后位置產生孔隙。出現坍方之后無法完全填滿，給水流動與匯集提供了條件。

3地質雷達檢測在公路隧道襯砌檢測中應用

地質雷達系統利用天線向地下發射寬頻帶高頻電磁波，電磁波信號在介質內部傳播時遇到介電差異較大的介質界面時，就會發生反射、透射和折射反射回的電磁波被與發射天線同步移動的接收天線接收后，由雷達主機精確記錄下反射回的電磁波的運動特征，再通過信號技術處理，形成全斷面的掃描圖并且通過雷達天線對隱蔽目標體進行全斷面掃描的方式獲得斷面的垂直二維剖面圖像，當雷達兩種介質的介電常數差異越大，反射的電磁波能量也越大。

由于隧道位于發育的節理、裂隙及斷層接觸帶中，地下水加劇了風化作用，造成襯砌背后、隧道脫空。該隧道運營時間較長，不僅隧道襯砌和路面存在不同程度的裂縫和破損，而且以滲漏水現象表現的最為嚴重。為避免隧道病害進一步發育給行車安全帶來隱患，利用地質雷達查明隧道襯砌背后缺陷的位置、深度和大小，為評估隧道的結構安全穩定性和隧道的病害治理及改造提升提供資料依據十分必要。

3.1數據采集與處理

（1）測線布置

隧道襯砌地質雷達檢測，采用抽查方式進行，一般常規檢測設置5條測線，分別布置在拱頂、左、右拱腰和左、右邊墻。依據檢測內容，雙線隧道需沿軸向布設7條測線，增加了隧底的兩條測線，地質雷達檢測線布置情況見測線布置示意圖。測量前沿隧道軸線用噴漆每隔10m標好里程樁號，便于天線通過時及時、準確地進行標記。由于該公路隧道不屬于長隧道，每條測線均進行一次性連續掃描探測，拱腰和拱頂借助升降車進行測量。

（2）參數設定

地質雷達要求目標體和周圍介質在介電常數上要有足夠的電性差異。地質雷達不同頻率天線的測深能力不同，頻率越低，探測深度越大，但是分辨率會降低;頻率越高，能量衰減越快，探測深度越淺，分辨率會提高。故隧道襯砌檢測時需要選擇與探測深度要求相應的高頻天線，頻率范圍一般為400～900MHz。在隧道內檢測，需采用屏蔽天線，其工作原理如圖所示。雷達根據測得的雷達波走時，求得反射物的深度和范圍。

3.2數據后處理

地質雷達圖像以電磁脈沖反射波的形式記錄各種信息，一般以灰度圖的形式作為地質雷達的剖面圖。地質雷達整個數據后處理過程包括兩部分，即數據處理和圖像的解釋判別。地下復雜的地質條件對發射波有濾波作用，地下介質會對發射波產生不同程度的吸收。并且由于地下介質一般具有非均勻性，導致接收天線接收到的反射波波幅減小，因而發射波和反射波存在較大的差異。此外，環境中的各種噪音也會對波形產生干擾，影響實測數據的真實性。因此，一般對接收到的波形信號進行合適的濾波處理，采用合適的圖像信噪比，便于后期對資料中的各種異常現象進行識別和解釋。

數據處理的主要內容是濾波，對干擾信號的去除，從而在雷達剖面圖上突出各種有用信號，便于后期解釋探測結果。利用Reflexw軟件對實測的每一條剖面單獨進行處理，主要步驟依次為：靜校正切除、DC去直流漂移、增益、水平信號去除、頻率域濾波、滑動平均和距離歸一化等七個步驟。將灰度圖調節合適的對比度以便于分析，通過地質雷達時間剖面和深度剖面圖即可對隧道缺陷的位置進行判斷。

4針對公路隧道襯砌缺陷治理措施

4.1隧道滲漏水治理

對于隧道滲漏水，應在全隧道邊墻腳每隔4～5m以89mm直徑鉆孔作為泄水孔，鉆孔內安裝透水管，鉆孔深度至少應打入圍巖2m，并將軟管引至排水溝。對于水量大的部位泄水孔的間隔可適當加密至2～3m，對于襯砌裂縫滲漏水嚴重的位置應在裂縫左、右兩側約20cm處各打一泄水孔。對整治后仍有少量出水的部位，可采用封堵的方式，機械切槽后用遇水膨脹密封膠或防水涂料等進行封堵。

4.2襯砌與圍巖治理

對于襯砌內部缺陷，應在欠實位置壓注水泥漿，脫空位置壓注水泥砂漿進行充填。由于大部分位置為欠實和脫空共存的缺陷，因而只注水泥砂漿，注漿時先注稀漿，后逐漸改為稠漿。

由于襯砌背后圍巖也有部分松動和松散，注漿孔需要打入圍巖約50cm后進行注漿。注漿時先注下部注漿孔，后注上部注漿孔，以保證混凝土的完整性和密實性。此外，需從無水位置向有水位置注漿，從水少的部位向水多的部位注漿，便于水的匯集和引排。

5結束語

綜上所述，本文結合實例進行分析，總結公路隧道襯砌裂損病害檢測與治理工作的方法。地質雷達能廣泛應用于各類隧道的襯砌質量檢測，能有效查明襯砌厚度和缺陷等病害的發育情況和位置，具有無損、便捷、精度和分辨率高等優點。

參考文獻

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