地质雷达在高速公路隧道无损检测中的应用分析

王翠翠

哈尔滨铁道职业技术学院 黑龙江哈尔滨 150000

1 地质雷达检测原理

地质雷达是通过雷达天线对隐蔽目标体进行全断面扫描的方式获得断面的垂直二维剖面图像，当雷达系统利用天线向地下发射宽频带高频电磁波，电磁波信号在介质内部传播时遇到介电差异较大的介质界面时，就会发生反射、透射和折射。两种介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大；反射回的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，由雷达主机精确记录下反射回的电磁波的运动特征，再通过信号技术处理，形成全断面的扫描图[1]。

2 隧道当中常见的质量缺陷及判断标准

2.1 隧道中常见质量缺陷

在隧道检测中，常见的问题是衬砌厚度不足、空洞以及衬砌结构与围岩之间的缝隙。此外，由于受温度变化的影响和地下水的影响，隧道容易发生漏水、腐蚀、振动等现象，严重影响隧道的运营和使用寿命。

2.2 探地雷达准则

根据相关文献，探地雷达的图像判断标准主要是从密集、空旷、钢架、钢筋方向判断。

3 地质雷达在高速公路隧道当中的无损质量分析

3.1 探地雷达参数设置

结合探测的实际要求和本次探测的目的，有必要采用不同频率的雷达天线。例如，900Hz雷达天线具有以下性能。首先，其探测深度可达0.5-1米，平均每秒采样点数为60个，每米扫描次数接近60次，每5米就可以做一次标记。因此，设置探地雷达的参数可以满足相应的要求。

3.2 探地雷达图像解译

在解释探地雷达图像的过程中，需要注意以下几个方面。首先，不同的介质具有不同的介电常数。因此，在探地雷达衬砌厚度图像的解释过程中，有必要根据其平均值、设计厚度和雷达探测方法的介电常数进行分析。其次，在隧道连接未知的情况下进行图像判读时，应根据相位变化和深部杂波反射进行推断。在对隧道内钢筋图像进行解译时，需要对钢筋的位置进行判断，从而检测出钢筋的位置和间距，推断出钢筋的缺失信息。

3.3 地质雷达图像分析难点

在对地质雷达图像的分析过程当中会存在以下的难点，第一是钢筋信号的分析，由于设计中大多数是双层钢筋布置，所以外层钢筋的雷达信息很好判别；而内层钢筋的信息，由于会受到其他因素的干扰，很难看出其具体的位置，再加上，由于施工各个因素的影响会导致钢筋的位置有所偏移，由此对钢筋的信号并未呈规则分布，由此给数据的分析造成了难度。最后，在采用地质雷达进行检测时，图像信息会受到其他信号的影响，从而会掩盖掉一部分真实的信号，这会给图像信息的分析带来一定程度的难度，比如在运行过程当中发电机、高压线以及其他带有磁的物体，都会影响隧道信息的获取，使得地质雷达图像处理识别受到其他信号的干扰[2]。

4 雷达检测技术在混凝土隧道地质检测中的应用

4.1 在软弱夹层检测中的应用

某隧道穿过剥蚀的丘陵地貌。下伏基岩以泥岩夹砂岩为主，夹少量页岩。从基岩整体情况看，抗风化能力较差。在水的作用下，岩体会软化和崩塌。隧洞进口端顶部为砂岩，出露现象明显。节理较发育。页岩和泥岩的抗风化能力较弱。软岩与硬岩接触处可能存在富水。推测隧道某段发育向斜，为软岩与硬岩的接触带，部分接触带存在上部滞水。由于隧道埋深较大，受结构物影响，局部基岩可能破碎。在隧道开挖过程中，出口端边坡非常不稳定，应做好支护工作。用探地雷达探测隧道后，得到断面图。结果表明，隧道局部存在强反射波，频率低，振幅大，同相轴光滑。据此推断：掌子面前22m范围内有一软弱夹层，主要由页岩和泥岩组成。岩体全风化，呈破碎状态，隧道围岩稳定性差。隧道其他部位反射波单一，说明岩性与掌子面基本一致。当隧道开挖至该段时，可能发生塌方等问题。

4.2 在破碎带检测中的应用

某隧道穿过剥蚀的中低山地貌区。入口端边坡植被较发育，覆盖不同厚度的角砾土，质地松散。有一条河从斜坡下面流过。受河流长期冲刷影响，边坡稳定性较差，造成进口段地形偏斜。洞身岩性为砂岩夹页岩。岩体坚硬、厚且稳定。无断裂构造通过，存在少量小断层。地下水赋存于裂隙中，相对丰富，在致密带中可能较为丰富。出口一端为松散碎石土，最大厚度5.0m，洞身岩性较软。隧道进出口地层相互接触，无明显断裂构造通过。有一条不清楚的断层与隧道相交。该断层对出口围岩有一定的影响，导致围岩本身稳定性的恶化。洞身岩层以页岩为主，埋深较大。由于页岩质地较软，在隧道开挖过程中可能发生膨胀变形。利用探地雷达探测隧道出口端，得到相应断面。可见，局部界面存在反射波，强度较高，同一相轴上有多处断层，频率变化较大。根据隧道前期地质勘探资料，结合掌子面围岩条件，推断掌子面前方18m范围内岩体完整性较好，但由于节理裂隙发育的影响，局部岩体受到破坏，从而形成破碎带，大大降低了稳定性，在施工中极易坍塌。在该段后续开挖过程中发现了岩体破碎带，验证了前人的推断。因此，探地雷达可以有效地探测隧道地质中的断裂带[3]。

5 结语

我国是世界上最早使用地质雷达探测公路病害的国家之一。时至今日，应用雷达探测方法已比较广泛，目前国内公路工程质量检测和验收应充分利用地质雷达检测技术，减少对路面的破坏，而无损检测技术也是日后检测技术的发展趋势，因此地质雷达的应用前景广阔，是将来公路检测的发展方向，它必将对以后公路建设和公路养护，以及公路工程质量控制及减少经济损失提高效益做出巨大贡献。