隧道初期支護雷達檢測電磁參數的準確控制

岳仍滄，申鐵軍＊

(1.山西路橋集團試驗檢測中心有限公司，山西 太原 030006；2.山西路橋建設集團有限公司，山西 太原 030006)

引言

隧道初期支護作為公路隧道襯砌的重要組成部分，其質量直接關乎隧道工程結構安全和使用壽命。客觀、準確地評價初期支護施工質量，是工程的重中之重，關系到國家經濟發展和人民生命財產安全?！鞍踩a責任重于泰山”，積極探索、分析隧道初支雷達檢測中非質量引發電磁參數異常的因素，采取相應措施，控制相關條件，排除安全隱患，客觀、公正地評價初支施工質量。公路工程隧道初支需進行全長度施工質量檢測，檢測合格后方可進行下一步工序。地質雷達檢測中若電磁參數異常影響質量判定時，需采取開挖、鉆芯、注漿及斷面檢測等相關方法進行復測驗證，不僅成本高、難度大，且對工期影響頗大。故提高隧道初支超聲檢測準確性，對隧道初支雷達檢測電磁參數的準確控制非常重要。

1 電磁參數準確控制對隧道初支雷達檢測的影響

隧道地質雷達檢測是目前公路行業隧道初期支護施工質量檢測的重要手段，公路隧道初期支護長度需進行100%施工質量檢測。雷達電磁波透射法相比于傳統的鑿孔破碎法具有檢測覆蓋范圍廣、靈敏度高、成本底、方便快捷及不受隧道設計參數影響等優點，已成為公路行業最主要的隧道初期支護質量檢測方式。隧道工程作為百年工程，初期支護作為整個隧道工程的基礎及首層“保護傘”，其施工質量直接關乎隧道工程的使用壽命，加之其作為隱蔽工程，檢測要求尤為嚴格。由此可見，對隧道初期支護施工質量準確判定極其重要［1］。2018—2020 年隧道初支雷達電磁波檢測統計結果見表1、表2。

表1 2018—2020 年隧道初支雷達檢測電磁參數檢測結果

表2 2018—2020 年隧道初支復測信息

由2018—2020 年隧道初期支護雷達電磁波檢測結果統計可知，由非質量引發隧道初支雷達檢測電磁參數異常率高達8.8%，直接導致累計復測天數達30 d，年均復測費用高達7.97 萬元。與同行檢測單位交流發現，普遍存在非質量引發電磁參數異常較高，干擾隧道初期支護施工質量的準確評定的問題，需要驗證的隧道初期支護頻率高、距離長、范圍大，降低檢測效率的同時還增加了檢測成本，并且耽誤施工單位后續工作，影響工程進度［2］。

2 隧道初支雷達檢測電磁參數控制因素分析

2.1 測距輪是否磨損，導致距離產生誤差

隧道初支雷達電磁波法施工質量檢測時，測距輪經過多次檢測后可能會出現不同程度的磨損變形，測距輪輪徑會逐漸變小。但每次檢測前都會對測距輪實際輪徑進行測量，將測量后的實際輪徑輸入采集軟件；通過實際采集距離與卷尺測量距離進行準確性確認，確認結果合理準確時再開展檢測工作，見圖1～圖3。

圖1 內置測距輪輪徑測量

圖2 測距輪輪徑測量

圖3 軟件實際采集距離

2.2 初期支護平整度的影響

（1）現場隧道初支檢測時，如果隧道內部路面整體相對干凈、無其他雜物影響，路面相對平坦，升降車行駛相對平穩，升降斗上檢測人員受到的前后左右晃動、擺動較小，電磁波檢測天線能很好地貼合隧道初支噴漿面，采集軟件接收的反射信號波形完整，識別圖像清晰，信號接收采集情況。（2）現場隧道初支檢測時，如果隧道內部路面高低起伏、雜物胡亂堆放，路面相對高低不平時，高空升降車在行進過程中容易發生上下、左右及前后的不規律晃動，升降車上面檢測人員受到的晃動較明顯，在上述無規律的晃動影響下，升降車斗中的檢測人員無法保證電磁波發射天線能很好的貼合隧道初支噴漿面，采集軟件接收的反射信號波形局部起伏較大，識別圖像模糊，局部為主電磁信號失真，影響初期支護施工質量的評判［3］。

2.3 雷達檢測時升降車行駛速度過快的影響

初期支護施工質量檢測時，采用地面耦合式一體屏蔽天線，該天線中心頻率高達900 MHz，每秒發射脈沖512 個，疊加次數4 次，每米測線測點數多達80～100 個，檢測時數據傳輸量特別大，發射天線在前，接收天線在后。檢測時升降車行駛速度過快時，天線發射的高頻脈沖發射至初支內部還未被主機接收，測線已錯過掃描部位進入下一段掃描，造成掃描速度過快，接收速度慢。導致發射接收不匹配，造成雷達波脈沖多次疊加出現信號異常。檢測時升降車行駛速度較慢時，天線發射高頻脈沖后，主機能更好地接收反射信號，掃描速度與行駛速度相匹配。高空升降車行駛過快時直接影響檢測雷達掃描速度，發射信號來不及接收而強制進入下一區段掃描檢測，造成雷達波形局部疊加不均衡，導致檢測圖像失真，電磁信號異常。高空作業車行駛速度≤ 5.0 km/h 時，檢測波形圖形清晰，識別相對容易，雷達圖像不易失真，電磁參數異常概率較低，整體檢測效果好，復測概率較小。

3 隧道初支雷達檢測電磁參數準確控制措施分析

3.1 選擇合適的減震材料

在幾種減震材料中選擇并自制合適尺寸規格、厚度和硬度的減震片貼在雷達天線外側用于初期支護現場實際檢測，既保證雷達檢測天線與初支噴漿面貼合更密實，同時，還能減少檢測時路面平整度差帶來的前后左右晃動影響。通過對材料彈性、厚度、硬度、耐磨性、表面光滑性及粘貼難易程度反復比較，選擇最佳的減震材料自制成定規格的減震片，粘貼在雷達檢測天線底部用于減輕隧道路面不平帶來前后晃動的影響。經過反復使用前后對比發現，使用減震片后，檢測時天線掃描時受到的阻力更小，貼合更密實，實施效果顯著。

3.2 解決升降車速度過快問題

通過現場反復試驗發現，升降車行駛速度與初期支護雷達檢測時電磁參數異常有一定的對應性，即速度慢時檢測波形圖形清晰，識別相對容易，雷達圖像不易失真，電磁參數異常概率較低。整體檢測效果好，復測概率較小。速度過快時檢測波形圖像拱架易出現前后疊加，圖像模糊，局部位置波形圖像失真，電磁參數異常概率較高。整體檢測效果差，復測概率較大。綜上，初期質量檢測時高空作業車行駛速度≤5.0 km/h 時，檢測波形圖形清晰，識別相對容易，雷達圖像不易失真，電磁參數異常概率較低，整體檢測效果好，復測概率較小。

4 結語

檢測時，天線變位影響天線與初支噴漿面貼合密實程度，天線貼合不密實電磁波發射信號出現散亂無規律反射，嚴重影響電磁波脈沖傳輸，需特別注意。