浅谈隧道衬砌雷达检测技术

胡 凯

(贵州省交通科学研究院股份有限公司)

1 简单分析隧道衬砌雷达监测技术

1.1 隧道衬砌可能出现的问题

由于修建隧道的地点大都位于山高路陡的地方，施工地点地质条件复杂，隧道施工环境相对恶劣，施工难度很高。如果施工队的技术水平不到位或者施工工艺不规范、工序不严格，则易产生隧道衬砌厚度不足、衬砌与围岩不密实、出现空洞、隧道渗漏水等质量通病。这种问题在隧道修建初期往往无法被人们所发现，而这些质量问题留下了巨大的安全隐患，影响工程的交付使用和营运安全。衬砌厚度不足以及衬砌与围岩不密实可能导致隧道的局部崩落，给人民的生命财产安全带来了很大的隐患。而隔水层断裂或者存在空洞则很容易导致隧道内部积水，影响隧道的正常交付使用。因此，对隧道衬砌进行科学、严格的检查是十分必要的。

1.2 隧道衬砌雷达监测技术原理分析

隧道衬砌雷达监测技术是一种利用宽频带高频电磁波探测介质分布的非破坏性探测仪器，这种探测仪器使用的成本低且效果好、可信度高，在隧道建设施工当中能发挥巨大的作用。隧道衬砌雷达的通过仪器表面的天线进行平面移动，通过电磁脉冲波成像技术获得断面的扫描图像。电磁脉冲波通过发射平台发射一定频率的电磁波，电磁波在隧道衬砌中进行传播，当电磁波遇到差异分界面的时候就会产生波的反射和折射，被反射的电磁波再次通过衬砌传回到设备的接收设备当中，再通过计算机的成像处理形成隧道雷达面的横断图。

由于隧道衬砌为层状结构，均为非磁性介质，各层介质的介电常数有明显的差异，它们之间能形成良好的电磁反射界面。由此可以形成清晰可见的雷达成像，当结构层存在空洞、裂隙、脱空等情况时，在雷达资料中便会出现明显的特征反射，如脱空时将产生夹层反射，空洞会产生绕射等，因此在铁路隧道衬砌结构层划分、病害检测、隐患调查中具有良好的检测效果。

1.3 使用雷达监测技术进行隧道衬砌检测的方法

不同的隧道工程的衬砌存在差异，在实际的施工过程中需要根据不同的结构选择不同的雷达频率，一般采用500 ～1 000 MHz 的频率。在保证衬砌厚度测试精度和足够探测厚度的前提下，一般选取采样范围为20 ～60 ns。在此采样范围之下的雷达数测线布设于易出现质量问题的拱顶及左、右边拱处，然后开始进行检测。如果施工地点环境恶劣，容易出现施工漏洞，也可于边墙部位增加纵向测线来提高测量的效果。在活动测量数据之后再对照地质雷达反馈波形参数表格，从而获得检测结果。

2 隧道衬砌雷达监测技术的实际应用

2.1 浅析隧道中使用雷达检测的特点

地质雷达检测系统拥有抗干扰性强的特点，这使得其检测精度高的特点，非常适合隧道工程这种复杂的建筑工程;另外，地质雷达具有检测速度快、检测无损伤等优越性，能够在短时间内获得完整的数据。探地雷达检测隧道衬砌厚度和空洞可做到定性分析、定量解释。还可区分厚度不足、脱空、漏水等质量问题，方便施工队伍进行二次填补，大大节约了人力、物力。

2.2 地质雷达反馈波形参数的意义

在进行隧道衬砌检测之后，技术人员可根据所获得的雷达图像进行定性分析，确定检测部位是否存在质量问题。具体来说，检测出问题就会在图像中呈现出特别的波纹，下面举例分析:当雷达断面波形图呈现二次衬砌底界波动的情况，且采样范围在30 ns，设计衬砌厚度为40 cm，这时的意义是底界40 cm 左右略有变化。这时需要对二次衬砌层进行重新覆盖。

当雷达断面波形图呈现在采样范围30 ns，设计衬砌厚度为60 cm 的地方存在波形空洞(深色空隙)，这时的意义是拱顶部位厚度有较两侧边拱部位薄的趋势，且有较大的可能存在空洞，这种空洞往往会出现在二次衬砌层和隔水层之间，这时就需要对此层进行二次填充。

当采样范围30 ns，设计衬砌厚度为40 cm 时存在一组小波不均匀，为隔水层断裂反映，除此之外，如果在此处出现深色密集波纹，且波纹深度在35 ～40 cm 之间，则也有较大的可能为隔水层断裂。

2.3 针对使用隧道衬砌雷达监测技术的一些建议

雷达隧洞衬砌检测可以对目标部位进行详细的检测，在实际的施工中多有使用。在使用过程中，需要注意一下几点:在保证分辨率且场地条件许可时，尽量使用中心频率低的天线，这样可以使得数据图像足够清晰，也可以降低对技术的要求，因为根据要求，雷达采样的速度至少要达到天线中心频率的3 倍，记录波形才能更完整，如果中心频率过高，可能会使得波形缺失，影响了实际的检测效果。另外，在进行检测之前，操作人员就要对检测地点的情况有一定的认识，要在容易出现质量问题的地方进行施工，而不能随便布线，影响检测的效率。

3 结 语

雷达检测利用的是电磁波成像技术，具体来说是通过向目标地点发出一定频率的电磁波，利用电磁波遇到不同介质会发生反射的特点来进行成像。在利用此技术进行检测时，操作人员要根据实际的施工情况选择性的进行检测，重点检测拱顶以及其周边的衬砌，对于垂直墙体要进行选择性的检测，而不能随便布线，影响检测的效果。

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