地质雷达检测在隧道工程中的应用实践

袁亮

摘 要 地质雷达检测技术是勘探浅层的关键手段。这项技术对目标持续、高效、无损的检测，进一步得到动态监测图像，并开展实时分析，获得准确的检测结果。由于地质雷达检测技术稳定、精度高及准确，因此在隧道工程中广泛应用。故在隧道工程中合理应用地质雷达检测技术，提高了检测效率，本文系统讨论了地质雷达检测技术的相关情况。

关键词 地质雷达检测;隧道;应用

1地质雷达的原理与功能

1.1 基本原理

地质雷达技术主要借助电磁波原理，全面了解无线电波检测介质的分布特点，对地下界面与肉眼不可见的目标实行扫描。地质雷达是一种电磁技术，有效确定目标的形态与位置。电磁波的传播由典型介质特征决定，介质的导电率与常数均体现出导电性，其中电磁波的穿透性被导电率影响，导电率既定时，介质常数影响物体内传播电磁波的速率。不同的地质形成不一样的电性。因此，电性不同的地质更容易发生反射。

1.2 地质雷达的应用功能

（1）隧道超前地质预报。隧道施工的地质环境复杂多变，故要准确了解隧道开挖面的水文地质特点，系统收集地质资料为隧道施工做准备，不断改进施工工艺，避免发生严重的地质灾害。地质雷达隧道超前预报是指不同介质传播电磁波的速度，通过地质界面反射判断掌子面前围岩地质情况和富水特征，对不良地质、突水突泥和断层破碎带的位置和规模科学预测。

（2）隧道初支与二衬检测。在衬砌项目的施工中，受力点集中在喷锚初期支护，二次模筑混凝土衬砌具有防水和存储的作用。故而要对支护喷射混凝土层厚度综合分析。目前，检测隧道衬砌的过程中极少涉及喷层厚度的内容，无形增加了检测难度。我国的技术人员主要采取稳态面波法、超声波法和钻孔取芯法解决检测隧道衬砌存在的质量问题，这三种方法自身也出现一定的缺陷，钻孔取芯法有较强的破坏性且以点概面，超声波与稳态面波法不具备较高的检测效率，容易中途停止测量。探地雷达是现代地球物理勘探领域内全新的技术成果，它不只保证了测量的连续性，还减轻了破坏程度，属于一种高级的检测技术[1]。

2地质雷达工作步骤

（1）准备工作。隧道检测之前利用地质雷达技术准备相关的施工材料。首先严格校准，保证地质雷达正常开展工作;其次，确定天线及掌握被检介质的实际速度;第三，消除外部因素的干扰，避免对地质雷达电磁波正常传播造成影响;第四，为检测提供必要的辅助工具，如检测车和焊制工具等，在检测过程中提高地质雷达天线的稳定性，检测中贴近天线和检测面;第五，对检测对象的桩号准确标记，避免检测对象的位置发生改变。

（2）布置测线。地质雷达检测中天线移动的轨迹是测线。根据要求布置测线，通常包括三线、五线和七线的布置方法。

（3）采集检测数据。设计地质雷达参数。按文件与施工特点决定检测深度，选择适合的天线，一般超前预报对应的屏蔽天线小于100Hz，衬砌对应的屏蔽天线为900Hz，二衬对应的屏蔽天线为400Hz，路面对应的屏蔽天线在11500～5000Hz之间，参考检测深度选择相应的天线和时窗。

地质雷达使用点测法与连续测法搜集数据。点测法是对相同检测点不断叠加，表现出精测的特性，但不能实现连续操作;连续测法是在天线移动中不间断成像，但精度不佳;超前预报通常选择点测法，或结合点测法和连续测法。

地质雷达的检测数据和检测长度是正比关系，要想保证检测结果的准确性，应统一检测成像与检测位置。检测操作人员结合检测过程决定停止或恢复检测，尽量避免出现一些次要的数据，降低其影响结果的程度。

（4）数据分析。结束现场检测后，全面分析检测数据，对衬砌厚度精确计算，进一步形成客观的结果。

（5）数据应用。地质雷达探测结束后，向工地传输测试的结果，安排各项施工工作，施工方及时核对探测的数据，如发现施工问题，按检测结果实行调整，保证施工的安全[2]。

3地质雷达检测在隧道工程中的应用实践

某隧道工程位于丘陵地带，地势体现出起伏的特点，进洞口的坡度保持在20°～25°之间，比较稳定，洞身海拔最高达500m，宽度狭窄，但整体发育较好，在纵深向出现了割裂。区域表层是粉质黏土成分，形成适中的强度和压缩性，完整性不足，岩体相对破损，降低了强度，各个层次出现互层问题，开挖后应立刻支护，有效预防坍塌。

（1）检测内容。检测过程中，要精确掌握不良地质与掌子面的位置、宽度与性质等，了解隧道受影响的长度。在比较复杂的地质环境内，重点把握开挖面地质水文特征，总结和整理地质材料，从而对施工技术合理调整，减少地质灾害发生的次数。检测选择地质雷达技术，实现了超前预报地质情况，定位断层破碎带在不良地质的具体方位。从而更好开展施工。项目施工最初阶段，通过喷锚处理支护，继续開展二次模筑混凝土衬砌施工，避免结构不完全受力。在衬砌检测中，主要考察初期支护混凝土层的施工厚度，衬砌质量满足设计标准。利用传统的施工方法，容易造成一定破坏，降低施工效率，无法检测完整的结构。利用地质雷达技术对结构不间断检测，彰显了无损检测的功能，是工程检测最理想的方法之一。二次衬砌检测中，有必要综合控制衬砌与二次衬砌的密实性，及其分布在脱空区的特征，以耦合方式检查衬砌层和围岩，了解钢筋的分布数量。

（2）检测方法。①检测准备。地质雷达检测之前，做好相关的准备工作，正确应用设备，合理分布测线。建议使用美国SIR3000型探地雷达设备，以高精度技术持续测量与存储数据，准确标记测线桩号。根据检测的深度选择天线的使用规格，还可以通过增加频率降低深度，从而增强分辨率。利用400～900Hz天线检测初期支护表面，使用200～400Hz天线检测二次衬砌隧道结构，对隧道测线合理布置，沿隧道纵向实施布线。②数据采集。将天线与探测目标表面贴合后使用地质雷达技术检测，沿测线缓速滑动，利用主机传递高度脉冲，迅速采集数据。采集数据时需对相关的参数科学设置，保证清晰成像，使检测结果符合实际情况。在现场检测中，客观判断各个参数，根据检测深度与介质速度，对时窗长度估计。检测之前，选择不间断扫描探测方法，通过透视探测方法对结构实现检测。选择滤波器时，可选择自动式，若还有其他的要求，则结合手动式应用。在调校过程中分别选择高通和低通两种方式。针对400Hz天线，以1/4中心频率设计高通截止频率。如低通频率应达到800Hz。当成像比较模糊时，利用滤波器处理带有噪点和干扰信号的检测结果。

在高通与低通之间实现转化。滤波器功能增强时，信号易丢失，威胁了检测结果的准确性，需要由反向实行调节，增加信号的强度。采取手动方式调整增益，在顶端位置对直达波调校，不断优化反射波的位置，使回波图更加完整。以预处理方式获取数据，对数据的标题与内容综合检验，之后以滤波分析濾除噪声信号，保存有价值的信号。

（3）图像分析。使用REFLEXW7.0软件绘制地质雷达波形图。以最大分辨率在地质雷达剖面图上显示反射波，分析图像时需借助使磁波振幅、波形等参数。当振幅较强时，介质形成差异化的电磁学性质，根据振幅对介质属性客观评判。介电常数与传播数值呈反比关系。若是负的反射波系数，则振幅的方向正相反，因此对截面两侧分布的介质属性自行判断。通过分析衬砌结构厚度可知，衬砌结构的介质电常数不同于初期支护、围岩等，前者的反射截面包含反射信号，可获得真实的衬砌厚度。物质表面通过几何反射波的高低频率有效区别。不同介质的结构有不同的特点。比如岩层与混凝土的结构相对均匀，而反射波很少，且反射波容易出现在缺陷位置，岩层的结构复杂，易产生频率较高的干涉。根据同相轴科学分析地质雷达图。按照同相轴的特点，全面解析界面。由于边缘反射效应的影响，导致边缘形态与同相轴的区别显著，有必要联系同相轴的方向、时间和强弱等展开研究。当混凝土脱空时，衬砌结构与围岩、空气介质等的性质不同，造成上下层的反射信号显著，反射同相轴不断增加能量。结合时间因素，了解脱空区域电磁波的区域时间。

（4）检测结果。检测区域电磁波信号连续的同相轴，局部区域分布呈断续特点。而中-低频率的反射信号形成较强的振幅和低频振荡;倾斜贯穿的裂缝出现在断掌面前50ns，体现出较强的富水性，160ns区域的深含水问题比较严重，直接威胁了岩层的稳定性。

选择数值为20cm的S4支护。围岩与二次衬砌混凝土结构的介质参数较大，电磁波在界面传播时形成了反射信号。准确控制检测内的钢筋数量，检测长度12.5m，距离25cm，实际检测距离25cm，数据符合设计要求。由图像分析，曲线变化规律决定了钢筋分布的位置。经科学判断，开挖掌子面不存在欠挖或超挖的问题，有效预防了围岩和衬砌结构产生孔洞[3]。

4结束语

综合分析，地质雷达检测技术广泛应用在隧道工程检测中，首先要科学选择设备与检测参数，系统分析检测结果，精确了解隧道施工中存在的质量问题，为施工提供参考，提高隧道工程检测的精确性。

参考文献

[1] 张明臣，魏燧，蒋斌松.地质雷达在寒区隧道衬砌质量检测中的应用研究[J].现代隧道技术，2018（1）：187-191，201.

[2] 黄胜举.地质雷达在铁路隧道仰拱质量检测中的应用与探讨[J].科技资讯，2018（26）：35-36.

[3] 李可丁.地质雷达技术在岩溶隧道超前地质预报中的应用[J].中国科技纵横，2018（22）：114-115.