谈地质雷达在隧道衬砌检测中的应用

[12-11 17:00:02] 来源：http://www.tmgc8.com 隧道工程 阅读：3611次

摘要：文章系统地介绍了地质雷达的测试原理、数据处理方法，通过对隧道混凝土衬砌质量检测实例较好地说明了地质雷达对隧道进行无损探测具有较好的工作效果。

关键词：地质雷达隧道衬砌检测

近年来，随着国家经济的高速发展，国家对基础设施建设的投入逐年加大，我国的交通建设事业取得了迅猛发展，我国公路隧道特别是长大隧道建设与科研都取得了长足的进步与发展。但是，早期修建的隧道常常由于施工原因造成隧道拱顶开裂、拱顶空洞、衬砌损坏、衬砌厚度薄等病害，给后期的营运带来较大的安全隐患。因此，如何在建设阶段将上述病害消灭于萌芽状态就显得极为重要^［1］。

图1 地质雷达的测试原理及其探测方法

1、公路隧道衬砌的检测方法

对于公路隧道衬砌的检测，最初的检测手段多是根据肉眼观察进行判断，受人为因素影响较大，存在着效率低，准确性差的问题；为了探寻隧道内部病害的真正原因，需要采用钻孔方法，这通常破坏隧道防排水系统，影响隧道使用寿命，检测结果代表性差，难以反映隧道整体及各部位质量。因此，对隧道进行无损探测手段逐渐被开发并被应用到实际工程中，先后出现了运用声学、光学、机械振动技术、射线技术、电子和电气技术等检测技术。其中电子和电气技术中的地质雷达检测技术目前在国内外得到了广泛的应用^［2～4］。

2、地质雷达检测原理

地质雷达是一种利用发射天线将高频（10⁶～10⁹Hz或更高）的电磁波以宽带短脉冲形式送入地下，被地下介质（或埋藏物）反射，然后由接收天线接收（如图1所示）探测混凝土及下覆介质分布形态的一种无损伤检测方法。使用的是高频电磁波，电磁波在介质中传播时，因介质介电常数变化或介质几何形状变化而产生相位及回波能量、波形的变化，由计算机将收到不同的波阻抗界面产生的数字信号进行成像处理和分析计算，从而推断地下介质结构。该检测技术采用了先进的连续透视扫描无损探伤技术，探测精度比传统检测方法高，且又是连续扫描，可获得隧道探测的连续结果。

3、地质雷达系统简介：

地质雷达是一种宽带高频电磁波信号探测方法，它是利用电磁波信号在物体内部传播时电磁波的运动特点进行探测的。地质雷达组成和工作原理及其探测方法如下：

地质雷达系统主要由以下几部分组成：

（1）控制单元：控制单元是整个雷达系统的管理器，计算机（32位处理器）对如何测量给出详细的指令。系统由控制单元控制着发射机和接收机，同时跟踪当前的位置和时间。

（2）发射机：发射机根据控制单元的指令，产生相应频率的电信号并由发射天线将一定频率的电信号转换为电磁波信号向地下发射，其中电磁信号主要能量集中于被研究的介质方向传播。

（3）接收机：接收机把接收天线接收到的电磁波信号转换成电信号并以数字信息方式进行存贮。

（4）电源、通讯电缆、触发盒、测量轮等辅助元件。

4、资料处理方法：

图2为整个数据处理及资料解释流程图。原始数据（时间剖面）经过数字处理后可以得到时～深剖面图，对时～深剖面图加以分析即可获得衬砌厚度及浇注情况等。

地质雷达数据处理的目标是压制随机的和规则的干扰，以最大可能的分辨率在图象剖面上显示反射波，提取反射波的各种有用参数，以帮助解释检测成果。www.tmgc8.com

地质雷达资料反映的是地下介质的电性分布，将其转化为地质体分布，必须把地质、施工、地质雷达等方面的资料有机结合起来，以此获得检测对象的整体图象。

图2 地质雷达数据处理及解释流程图

衬砌界线判释依据：混凝土衬砌、喷射混凝土与围岩（或其间空区中的空气）有明显的介电常数差，因此，在时间剖面图上，衬砌底面和岩石之间有明显的界线。喷射混凝土与模筑混凝土衬砌介电常数有差别，但不是很大，若它们之间接触很好或粘结，则可能没有明显的反射波或仅有微弱的反射波。

5、地质雷达方法的检测应用

（1）工程概况

某道隧位于硬质火成岩中低山区之花岗岩、变质火成岩窄谷亚区，具中山微地貌特征，地面标高397m～920m，北坡山体地形凌乱，起伏较大。除明洞结构外，其余衬砌均按照新奥法原理设计，采用复合式衬砌，以锚杆、喷射混凝土或钢筋网喷射混凝土、钢拱架为初期支护，衬砌采用模筑混凝土，在初期支护和衬砌之间设PVC防水卷材外加无纺布作为防水层。

（2）检测目的：通过地质雷达无损检测，评价该隧道二衬施工质量是否满足设计要求。

（3）检测方法：综合分析当前工程无损检测领域的各种新技术和新方法，结合本工程实际情况，为了满足本次隧道二衬检测的目的和要求，决定采用当前隧道衬砌无损检测领域非常有效的地质雷达方法进行本次二衬检测。

（4）侧线布置

本次隧道二衬地质雷达质量检测在该隧道相应里程段内共布置了左墙脚、左拱脚、拱顶、右拱脚、右墙脚五条纵向测线，测线布置情况具体如图3所示：

图3 某隧道右线地质雷达二衬检测测线布置示意图

（5）检测结果及处理

在该隧道里程段（ZSK24+012～+291）所布置的五条地质雷达测线中的左拱脚测线中的局部里程段ZSK24+020～+023发现二衬混凝土中存在轻微的蜂窝或脱空等缺陷异常（见图4），其余四条测线未发现二衬与初衬间存在明显的脱空等缺陷异常，故本次所检测的里程段（ZSK24+012～+291）不能满足公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1--2004）所要求的二衬与初衬间不得存在空洞、蜂窝及脱空等缺陷的规定。因此，要求施工单位对该缺陷进行修补处理。

（6）复检结果

在施工单位对该隧道脱空等缺陷进行注浆处理措施一个月后，对该隧道同一位置进行了复检（见图5），根据检测结果分析该隧道（ZSK24+012～+291）的左拱脚二衬厚度及缺陷等质量指标都已经基本满足了设计及行业标准――公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1--2004）的要求，二衬施工质量经过本次复检后确认为合格。