地质雷达无损探测技术在隧道检测中的应用

杨小波

在隧道施工应用中，工程质量检测环节是不可忽视的，地质雷达就是一种简单方便而且对施工损伤最小的方法，在隧道检测中发挥着重要的作用。本文主要对地质雷达检测技术的基本原理进行论述，并在此基础上对地质雷达无损探测技术在隧道检测中的应用进行阐述，希望对提高地质雷达检测探测技术的发展有所帮助。

随着我国交通运输行业的快速发展，地质雷达无损探测技术因自身具有快速、无损、解释直观等特点，在修建隧道质量检测中的应用越来越广泛。这项技术运用物理方法，大大节省了隧道质量检测的时间为隧道的安全运营提供了技术性的保障。但在检测中还存在着一些不足之处，而且这些问题会大大降低隧道的服务质量，因此，施工人要定期对隧道进行维护，确保隧道安全运营。

工程概况：某县绕城段公路改建工程隧道施工项目，位于分离式路基段，为小净距隧道，左右线设计线净间距16m，左右线长度均为294m，左线桩号ZK18+920.5～ZK19+214.5，右线桩号YK18+919～YK19+213，隧道净宽10.75m，净高5m，设计围岩均为Ⅴ级。隧道主要穿越强、中风化泥质粉砂岩泥岩互层及砾岩，属极软岩至软岩类，隧道埋深较浅，风化层厚度大，围岩条件一般。

一、地质雷达无损检测技术

1.地质雷达无损检测技术的概述

根据我国近几年交通建设的发展情况来看，各类交通设施的发展速度逐渐加快，其中在隧道建设过程中，质量问题是不可忽视的。在以往的隧道建设中，传统隧道开发模式占据主导地位，传统开发模式主以直接爆破为主要开发技术，这使隧道的后期施工存在着许多安全隐患，不利于后期的施工。

2.地质雷达无损检测技术的物理条件

地质雷达无损技术是靠天线反射回来的信号的强弱来判断隧道内是否出现裂痕、空洞等现象。通过对信号的分析工作人员得出隧道内的安全状态，对隧道的质量问题逐步的进行判断，在根据隧道内的基本结构找出存在问题的位置，无损检测正是因此而得名。物理上讲传播介质的不同，雷达发出的电磁波速度也不同，试验证明影响介质常数的关键就是介质内含水量的大小，这项技术的应用，弥补了传统检测方法收集信号不明显的缺陷，避免了介质对检测结果的干扰，提高了地质检测的工作效率。

3.地质雷达无损检测技术的基本原理

地质雷达检测技术是通过高频电磁波的反射来实现的，这种技术的应用大大提高了隧道检测环节的施工的效率。目前采取的光面爆破技术，提高了隧道工程的质量，为后期的隧道施工提供了便利的条件。由于地质结构复杂等原因，完工后的隧道还存在着许多安全隐患，这时地质雷达高效、全面的检测技术为后期的隧道加工提供了便利条件。天线和控制主机是雷达主要构成部分，天线主要负责电磁波的发射和接受，主机起控制作用，控制发出和接受的信号。当天线发出电磁波后，遇到隧道边界等界面电磁波会被反射回来，这时天线负责接收反射回来的信号，最后通过主机记录的反射数据来判断隧道内是否安全。

二、地质雷达无损检测技术在隧道检测中的应用

1.仪器设备和检测过程

在地质雷达无损检测中通常选用常见的国外生产的地质雷达，并根据隧道地质环境的不同来决定选择加拿大EKKO系列的仪器或者美国SIR系列的仪器，隧道环境不同在仪器型号的选择上也会有所不同。在检测的过程中，主要的检测项目大致分为三项，分别是隧道衬砌层厚度的检测、衬砌层与围岩之间的密实程度和岩体之间存在的电性，地质雷达无损检测主要通过对这些项目检测所得的数据来分析判断隧道内是否存在问题。探地雷达的发射天线将高频短脉冲电磁波定向送入地下，电磁波在传播过程中遇到存在电性差异的地层或目标体就会发生反射和透射，接收天线收到反射波信号并将其数字化，然后由电脑以反射波波形的形式记录下来。对所采集的数据进行相应的处理后，可根据反射波的传播时间、幅度和波形，判断地下目标体的空间位置、结构及其分布特征。本项目采用美国劳雷工业公司SIR-3000型地质雷达。配备400MHz、900MHz天线。

2.检测数据收集

在隧道内使用地质雷达无损探测技术时，工作人员会非常重视天线发射的信号与隧道衬砌的结合程度，因此，工作人员应严格按照地质雷达检测的检测标准，滑动时要沿着检测路线移动。在雷达发出信号后要密切关注隧道内的信号情况，做好信号收集工作。通常情况下，雷达发出的脉冲信号的频率是64/s，在每个脉冲信号发出之后其发射区域会得到45到60个监测点，工作人员要在保证隧道检测无损的前提下，确保所得数据的准确性，再对隧道内的情况作出具体分析后由相关工作人员收集具体数据，判断出隧道所存在的安全隐患。地质雷达在检测前应对隧道检测部位的介电常数进行标定。具体步骤如下：

（1）检测前应对支护（衬砌）混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定，且每座隧应不少于1处，每处实测不少于3次，取平均值为该隧道的介电常数或电磁波速。对长隧道，应增加标定点数。（2）标定方法包括：钻孔实测；在已知厚度部位或材料与隧道相同的其他预埋件上量；在洞口或洞内避车洞处使用双天线直达波法测量。（3）求取参数时应具备的条件：标定目标体的厚度不宜小于15cm，且厚度已知。

3.所得监测数据的处理

地质雷达主要应用超高频、宽频带电磁脉冲技术，数据采集大多以反射波的特征为主要依据。但隧道环境会对雷达产生一定的干扰，为了避免这类干扰，提高检测结果的准确度，所以必须对原始数据进行处理，这时就要求专业人员对收集好的数据进行系统的分析。数据与资料的处理主要分为记录数据回访显示，和正式信息处理两个阶段。通过第一阶段的分析，对隧道内的异常现象作出准确的分析处理，根据雷达图像中的频率，位置以及形态等特征，对收集信息进行逐一判断，找出隧道内存在的安全隐患，第二阶段是运用雷达专用软件对整理好的数据进行完整的处理，以反射波为主要依据，对隧道内的基本情况进行详细的了解，做好最后的数据分析工作。以支护（衬砌）混凝土厚度及密实状况检测为例：

数据分析与解释：

①密实：反射信号弱，图像均一且反射界面不明显；

②不密实：反射信号强，图像变化杂乱，不连续，较分散；

③空洞：反射信号强，三振相明显，图像呈不规则或规则状弧形且反射界面明显，同相轴错断；

④脱空：反射界面呈线形，且层位明显；

⑤钢拱架：反射信号强，图像呈倒抛物线形或月牙形；

⑥钢筋：反射信号强，图像呈连续的小双曲线形。

4.在具体应用中应注意的问题

随着地质雷达无损检测技术在隧道检测中的应用越来越广泛，我们更应该注意在操作过程中容易出现的一些问题，例如：由于支护表面平整度不够而导致的误差；隧道内机电设施对雷达电波产生的干扰，这些都将会影响到后期的信息收集和分析工作。因此，在检测工作开始之前隧道内要保证天线与衬砌表面的密贴度符合操作标准，在检测时也要好控制好移动速度，必要时可采取一定的补救措施，以确保数据的准确度，为检测工程提供必要的技术保障。

三、结语

综上所述，隧道检测是一项系统的繁琐的工作，地质雷达无损检测技术的应用做到了在不影响隧道正常运行的前提下，对隧道的施工质量的检测。这种技术的应用不仅可以探测出衬砌背后隐藏的问题，还能对钢筋等建筑设施的具体分布情况作出分析，具有安全、方便、快捷等特点，缩短了隧道检测环节的时间，提高了隧道工程的施工效率。在今后的隧道检测中，要积累更多的经验，把地质无损检测技术在隧道检测中的作用发挥到最大，更好的解决实际问题。