隧道工程質(zhì)量檢測(cè)中的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)分析

摘要 為解決隧道工程施工建設(shè)期間所產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題，必須選擇合適的檢測(cè)技術(shù)，對(duì)隧道施工質(zhì)量進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，而地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)，能夠很好地完成隧道檢測(cè)工作，及時(shí)掌握隧道工程質(zhì)量問(wèn)題?；诖?，文章以某公路工程中的A隧道項(xiàng)目為例，通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在隧道工程質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用，并搭配使用鉆孔法進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證。結(jié)果表明，基于地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，所得到的隧道襯砌厚度檢測(cè)誤差普遍維持在不超過(guò)±3cm的狀態(tài)，滿足了隧道工程在檢測(cè)精度方面的實(shí)際要求。應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)隧道工程質(zhì)量的精準(zhǔn)檢測(cè)。

關(guān)鍵詞 隧道工程；地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)；質(zhì)量檢測(cè)

中圖分類號(hào) U415.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）02-0072-03

0 引言

由于地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)可以在復(fù)雜環(huán)境中獲取高精度、高分辨率的圖像與結(jié)果數(shù)據(jù)，因此在隧道工程質(zhì)量檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用[1]。在地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的支持下，可以迅速、準(zhǔn)確定位隧道工程的質(zhì)量問(wèn)題，為后續(xù)施工質(zhì)量問(wèn)題的處理提供有力支持，推動(dòng)隧道工程總體施工質(zhì)量的不斷提高。

1 項(xiàng)目概述

某公路工程的總體施工路段長(zhǎng)度約17 km，規(guī)劃設(shè)計(jì)為雙向六車(chē)道，公路的設(shè)計(jì)車(chē)速為100 km/h，設(shè)定路基的寬度為33.5 m。在整個(gè)公路工程中，包含多座隧道，其中引入了2座最大單幅達(dá)到15 054 m的特長(zhǎng)隧道，以及2座最大單幅達(dá)到656 m的連拱隧道。該文主要選定其中1座隧道（A隧道）為例進(jìn)行分析。A隧道的埋深線深度最大值為731 m，整個(gè)隧道結(jié)構(gòu)包含在深埋隧道的范疇內(nèi)，屬特長(zhǎng)隧道，在質(zhì)量檢測(cè)中面對(duì)的工作難度相對(duì)較高。為更順利地獲取更為精準(zhǔn)的隧道工程質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果，在A隧道的質(zhì)檢作業(yè)中引入了地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)施工裂縫、孔洞等質(zhì)量缺陷進(jìn)行探測(cè)與排除。

2 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在隧道工程質(zhì)量檢測(cè)中的具體應(yīng)用

2.1 工程質(zhì)量檢測(cè)儀器與設(shè)備

基于地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在A隧道工程質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用，使用的儀器設(shè)備包括Pulse EKKO 1000A型地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)及其硬件設(shè)備、電氣化檢修作業(yè)車(chē)、計(jì)算機(jī)設(shè)備等，并結(jié)合EKKO-View Deluxe數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)的應(yīng)用，完成檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析與資料處理。

2.2 工程質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程與方法

在整個(gè)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)期間，設(shè)定450 MHz為檢測(cè)天線的頻率；將地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)調(diào)整至連續(xù)模式，針對(duì)隧道壁實(shí)施快速掃描作業(yè)，以完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集。在電氣化檢修作業(yè)車(chē)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)際的檢測(cè)作業(yè)，并控制電氣化檢修作業(yè)車(chē)在整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中始終保持勻速的行駛狀態(tài)。在此期間，將電氣化檢修作業(yè)車(chē)的行駛速度長(zhǎng)時(shí)間維持在3 km/h的水平。

2.2.1 測(cè)線布置

以A隧道的K1047+899～K1047+944（隧標(biāo)125～170 m）為例，在該段檢測(cè)里程范圍內(nèi)，進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)的實(shí)際隧道長(zhǎng)度為45 m；總測(cè)線長(zhǎng)度達(dá)到225 m。在測(cè)線布置期間，主要在隧道拱頂位置、左側(cè)與右側(cè)的拱腰位置、左側(cè)與右側(cè)的邊墻位置，分別設(shè)定測(cè)線，對(duì)應(yīng)的測(cè)線編號(hào)依次設(shè)定為測(cè)線1、測(cè)線2與測(cè)線2`、測(cè)線3與測(cè)線3`；該標(biāo)段內(nèi)共完成了5條測(cè)線的設(shè)計(jì)，如圖1所示。另外，在實(shí)際布線與檢測(cè)期間，受電氣化接觸網(wǎng)的限制，主要對(duì)拱頂測(cè)線進(jìn)行向左偏移隧道中心線的處理，偏移距離設(shè)定為50 cm。

2.2.2 數(shù)據(jù)分析與資料處理

為了切實(shí)地將電性分布轉(zhuǎn)變?yōu)榻橘|(zhì)分布，并在此基礎(chǔ)上完成對(duì)襯砌厚度、背后回填等信息的判別與確定，必須對(duì)采集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理作業(yè)[2]。在該項(xiàng)目實(shí)踐中，主要使用專門(mén)為地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)儀器所配置的數(shù)據(jù)后處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，相應(yīng)軟件具備水平濾波、二維濾波、數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理、圖像繪制等多樣性功能，提升了數(shù)據(jù)處理的便捷性。

2.2.3 測(cè)量電磁波傳播速度

使用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對(duì)襯砌厚度進(jìn)行檢測(cè)期間，所使用的儀器設(shè)備主要對(duì)界面反射波雙程走時(shí)完成記錄。為確定襯砌厚度，必須計(jì)算出襯砌混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)地質(zhì)雷達(dá)電磁波的傳播速度。在該項(xiàng)目的檢測(cè)實(shí)踐中，主要通過(guò)厚度法的應(yīng)用，確定A隧道電磁波的實(shí)際傳播速度。以A隧道中選定的K1047+899～K1047+944（隧標(biāo) 125～170 m）

為例，主要在里程為136 m的位置，進(jìn)行拱頂區(qū)域的鉆孔處理，70 cm為相應(yīng)位置的襯砌厚度值，且該位置對(duì)應(yīng)的界面反射波雙程走時(shí)為14.1 ns。通過(guò)下式計(jì)算襯砌混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)地質(zhì)雷達(dá)電磁波的傳播速度（V），即：

D=V·t/2 （1）

式中，t——界面反射波的雙程走時(shí)；D——襯砌厚度值。計(jì)算結(jié)果表明，襯砌混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)地質(zhì)雷達(dá)電磁波的平均傳播速度為9.929 cm/ns。

2.2.4 減小誤差的解決方法

（1）盡可能在平整區(qū)域內(nèi)完成對(duì)測(cè)線的布設(shè)，保證測(cè)線與隧道內(nèi)壁的緊密貼合。雷達(dá)超聲波發(fā)射裝置天線與接收裝置天線之間的范圍，即為雷達(dá)的實(shí)際可檢測(cè)范圍，對(duì)應(yīng)面積普遍保持在20～30 cm2。為了提升探測(cè)雷達(dá)檢測(cè)作業(yè)的全面性及連續(xù)性，必須結(jié)合探測(cè)區(qū)域的實(shí)際情況，完成對(duì)測(cè)線布設(shè)數(shù)量的合理設(shè)定。在此期間，應(yīng)針對(duì)一些容易發(fā)生質(zhì)量與安全問(wèn)題的區(qū)域，適當(dāng)增大測(cè)線的布設(shè)密度。

（2）合理確定雷達(dá)的超聲波速度。在不同的施工區(qū)域，應(yīng)切實(shí)參考相應(yīng)區(qū)段的實(shí)際地形特點(diǎn)，完成對(duì)雷達(dá)超聲波速度的針對(duì)性設(shè)定，以保證最終測(cè)算的砌筑厚度數(shù)據(jù)結(jié)果更準(zhǔn)確，并獲取更為精準(zhǔn)的圖像與數(shù)據(jù)結(jié)果，保證參考所得的數(shù)據(jù)結(jié)果迅速，精準(zhǔn)地定位質(zhì)量問(wèn)題的所在位置、范圍以及嚴(yán)重程度，為質(zhì)量問(wèn)題的高質(zhì)量處理提供有力支持。同時(shí)，應(yīng)在地形更為穩(wěn)定、平緩的區(qū)段設(shè)置取樣點(diǎn)，確保最大限度地降低測(cè)量誤差，從而確定出更為合適的雷達(dá)超聲波速度。另外，反射波接收時(shí)間也會(huì)對(duì)襯砌厚度數(shù)據(jù)的計(jì)算產(chǎn)生一定程度的影響，應(yīng)對(duì)其實(shí)施嚴(yán)格控制[3]?，F(xiàn)階段，時(shí)間檢測(cè)精度已達(dá)0.000 1 ns的水平，可以滿足相關(guān)檢測(cè)與規(guī)定要求。

（3）在組織開(kāi)展室內(nèi)數(shù)據(jù)分析作業(yè)期間，必須全面、有效排除各種干擾，并針對(duì)一些容易出現(xiàn)干擾的地區(qū)提前實(shí)施特殊處理，以確保最終得到的數(shù)據(jù)分析結(jié)果更準(zhǔn)確、更可靠。

（4）強(qiáng)化落實(shí)整個(gè)隧道工程中空洞、裂縫等質(zhì)量問(wèn)題的全面記錄，并在參考圖紙、圖像等項(xiàng)目資料的基礎(chǔ)上，形成綜合性更強(qiáng)的評(píng)估判斷結(jié)果。

3 基于地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的隧道工程質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果分析與驗(yàn)證

3.1 工程質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果與分析

3.1.1 初期支護(hù)質(zhì)量檢測(cè)

在該項(xiàng)目支護(hù)初期，主要依托地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用，判斷初期支護(hù)是否超過(guò)圍巖的壓力承受能力、是否存在塌陷或是地表晃動(dòng)等問(wèn)題，并檢測(cè)鋼支撐結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實(shí)布設(shè)數(shù)量、分布與位置等。在檢測(cè)期間，所得到的石棉瓦墊層部位雷達(dá)圖如圖2所示，對(duì)比分析基本正常的雷達(dá)圖（如圖3所示），能夠判斷出在初步支護(hù)構(gòu)造中存在空洞缺陷。

對(duì)比分析圖2與圖3可知，在圖2中發(fā)現(xiàn)存在豎直狀態(tài)的異常波形，數(shù)量為3條，由此可以直接判斷出存在空洞問(wèn)題；進(jìn)一步分析得知，其空洞的深度達(dá)到30 cm，埋深在20 cm左右，主要集中在21.5～23.5 m的深度區(qū)間。同時(shí)，從圖2中還能夠觀察到反射形象，數(shù)量為1處，位置在22.5 m（深度）的位置，由此可以判斷出可能存在空洞被強(qiáng)反射隔開(kāi)的現(xiàn)象。兩圖主要在施工環(huán)境條件基本一致的位置進(jìn)行采集，然而最終所表現(xiàn)出的圖像則存在極為明顯的差異，反射狀態(tài)也不盡相同。相比較而言，圖2的反射分布狀況的不均勻程度更為明顯，而圖3的反射分布狀況更加均勻，具有一定的連續(xù)性，同時(shí)也不存在異常現(xiàn)象（雙線、中斷等）。從這一角度來(lái)看，無(wú)論在結(jié)構(gòu)方面還是在厚度方面，圖3所對(duì)應(yīng)的初步支護(hù)構(gòu)造均達(dá)到了該隧道工程的建設(shè)要求，工程質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果合格。

結(jié)合該項(xiàng)目的實(shí)際建設(shè)情況來(lái)看，在初步支撐構(gòu)造與周邊巖層的內(nèi)部構(gòu)造方面，存在相對(duì)明顯的復(fù)雜性特點(diǎn)。基于此，在實(shí)際獲取到的檢測(cè)圖像中，很難能夠做到二者之間界線的清晰劃定。與此同時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)還存在一些可能對(duì)檢測(cè)工作產(chǎn)生不同程度干擾的其他因素，使得電磁波的反射次數(shù)有所增加，最終導(dǎo)致在所呈現(xiàn)的雷達(dá)圖像中，能夠觀察到初步支護(hù)與圍巖之間存在的空隙大?。z測(cè)值）保持在明顯高于實(shí)際大小的水平。

3.1.2 二次襯砌質(zhì)量檢測(cè)

在應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行二次襯砌質(zhì)量檢測(cè)作業(yè)，主要對(duì)第二襯層的厚度大小、是否存在空洞或是裂縫等缺陷、是否存在滲水現(xiàn)象等進(jìn)行檢查。在此過(guò)程中，搭配使用超聲回彈法，對(duì)襯砌層牢固程度實(shí)施檢測(cè)。在該項(xiàng)目實(shí)踐中，所得到的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果的推定值具體如下：在檢測(cè)里程為120～650 m的范圍內(nèi)，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25，圍巖類別為V，混凝土強(qiáng)度換算值的平均值為29.4 MPa、標(biāo)準(zhǔn)差為2.35 MPa、最小值為22.5 MPa，混凝土強(qiáng)度的推定值為25.5 MPa。結(jié)合上述推定值結(jié)果，可以明確襯砌層內(nèi)存在一定的空洞，但混凝土構(gòu)造的實(shí)際承載能力、牢固程度均滿足質(zhì)量要求?；诖?，在后續(xù)的施工作業(yè)中，只需要針對(duì)空洞位置實(shí)施加固處理，即可獲取到更為理想的隧道工程施工質(zhì)量與效果[4]。

3.2 工程質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果的驗(yàn)證

3.2.1 檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證方法

為了保證所得檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確，在該項(xiàng)目的質(zhì)量檢測(cè)實(shí)踐中，應(yīng)在利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)完成檢測(cè)后，進(jìn)一步組織進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證。

3.2.2 襯砌檢測(cè)厚度驗(yàn)證及計(jì)算誤差

界面判識(shí)的準(zhǔn)確性及電磁波速度變化，是引起襯砌厚度計(jì)算誤差的兩項(xiàng)主要因素。在隧道工程中，受不同區(qū)段含水量方面的差異、襯砌混凝土標(biāo)號(hào)及密實(shí)程度等多種因素的影響，電磁波速度均有可能發(fā)生一定程度的變化。同時(shí)，在襯砌混凝土厚度的計(jì)算中，由于只能選定一種固定的電磁波傳播速度，因此很可能會(huì)產(chǎn)生襯砌厚度的計(jì)算誤差。由于相關(guān)技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)、干擾波大小、界面的明顯程度等，均會(huì)對(duì)界面判識(shí)（回波時(shí)間的讀?。┑臏?zhǔn)確性產(chǎn)生一定程度的影響，進(jìn)而可能導(dǎo)致襯砌厚度的計(jì)算誤差。

在此次襯砌檢測(cè)厚度驗(yàn)證中，所得到的襯砌厚度檢測(cè)結(jié)果與鉆孔驗(yàn)證的比值結(jié)果（以A隧道中選定的K1047+899～K1047+944標(biāo)段為例，下同）如下所示：左側(cè)拱腰位置（里程100 m）的檢測(cè)厚度為61.5 cm，鉆孔厚度為60 cm，誤差為+1.5 cm；右側(cè)拱腰位置（里程80 m）的檢測(cè)厚度為97.2 cm，鉆孔厚度為100 cm，誤差為-2.8 cm；右側(cè)拱腰位置（里程165 m）的檢測(cè)厚度為66.7 cm，鉆孔厚度為65 cm，誤差為+1.7 cm。綜合對(duì)比分析，基于地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，所得到的隧道襯砌厚度檢測(cè)誤差普遍維持在不超過(guò)±3 cm的狀態(tài)，可以滿足隧道工程在檢測(cè)精度方面的現(xiàn)實(shí)要求。

3.2.3 襯砌回填松散驗(yàn)證

進(jìn)一步對(duì)隧道襯砌背后回填情況的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證，結(jié)果表明：在拱頂位置（里程136 m），襯砌背后的回填檢測(cè)結(jié)果為密實(shí)，鉆孔結(jié)果為無(wú)回填松散、以前有壓漿；在左側(cè)拱腰位置（里程100 m），襯砌背后的回填檢測(cè)結(jié)果為回填松散，鉆孔結(jié)果為襯砌背后松散、無(wú)空洞；在右側(cè)拱腰位置（里程80 m），襯砌背后的回填檢測(cè)結(jié)果為回填松散，鉆孔結(jié)果為襯砌背后松散、無(wú)空洞。鉆孔驗(yàn)證的對(duì)比結(jié)果表明，隧道襯砌背后的回填質(zhì)量良好，基本滿足隧道工程的建設(shè)質(zhì)量要求。

4 總結(jié)

綜上所述，在隧道工程的質(zhì)量檢測(cè)中，所面對(duì)的工作難度相對(duì)較高。在實(shí)踐中，為更順利地獲取更為精準(zhǔn)的隧道工程質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果，在實(shí)際的隧道施工質(zhì)檢作業(yè)中，可以引入地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)施工裂縫、孔洞等質(zhì)量缺陷進(jìn)行探測(cè)與排除?；诘刭|(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，所得到的隧道襯砌厚度檢測(cè)誤差普遍維持在可允許的誤差狀態(tài)，可以滿足隧道工程在檢測(cè)精度方面的實(shí)際要求。

參考文獻(xiàn)

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