地质雷达在隧道检测中的应用

地质雷达在隧道检测中的应用

韩伟营

武汉新业人力资源服务有限公司  湖北省武汉市  430000

【摘要】现阶段，隧道的无损检测技术主要是依靠地质雷达来实现，这也是我国普遍使用的隧道检测方法。地质雷达可以对衬砌厚度、密实度以及质量等多方面进行检测，其中还包括对隧道工程中混凝土的钢筋分布、密实度及背后脱空情况等。本文首先对地质雷达检测原理进行阐述，然后介绍了地质雷达检测的几项简单步骤，最后详细介绍了地质雷达在隧道检测中的实际应用。

【关键词】隧道检测；地质雷达；应用

前言

由于经济的快速发展，公路和铁路技术飞速进步，隧道现目前成为一种较为常见的通行方式之一，因此在隧道工程上要严格进行质量检测。地质雷达检测技术现在在隧道工程中应用广泛，其突出优势主要表现在高分辨率、高准确性、现场检测方便等。因为每条隧道的地质环境、施工环境以及运行情况的不同，每座隧道的设计也会有所不同，很多隧道的施工难度较大，质量问题出现频率也较为频繁，因此需要详细的地质雷达检测技术以及应用手法，其对我国的隧道工程有着重要意义。

一、地质雷达法检测原理

地质雷达主要是由控制器、发射和接收天线组成，利用地表以下不同介质的电性差异，向地下发射高频电磁波，对介质内部构造或缺陷（或其他不均匀体）进行探测。其工作过程，遇到不同的电性界面，一部分电磁波会发生部分折射，透过界面继续传播；而另一部分发生折射，被折射回地表，由地质雷达的接受天线接收，接收记录在主机，此时便记录下了电磁波返回的时间。实际上在电磁波传播过程中会发生多次的反射或折射，只要能量还没有吸收完全，每次遇到不同的地质界面就会发生不同程度的折射和反射现象，只有能量被完全吸收，电磁波才会消失。电磁波在不同介质的传播过程中，其路径、电磁场强度、波速和波幅都会因为介质的变化而改变电波频率，将发出、返回的电磁波以及时差等相关的数据与反射天线和接收天线位置来对目标体的位置进行计算[1]。

地质雷达工作原理（如图1所示），图中R=接收天线，T=发射天线，两者之间的距离为X（X一般较小，发射和接收天线合二为一，即X=0）；H则是反射点e的深度。

图1地质雷达工作原理图

二、地质雷达检测步骤

1.技术应用的准备

为保障隧道检测的质量，在进行雷达探测前会做好准备工作，确保万无一失，要选择符合实际地质层次的检测仪器。在选择天线时要确保天线能与探测目标大小以及深度相结合，频率高的天线探测深度浅、分辨率高，而低频率的天线探测相反，在进行对隧道检测时一般选择500-800MHz天线较为重要。为做好衬砌的表面二次检测工作，不同频率的天线测试慎独有着不同的地方，所以在选择时要与隧道检测的工作互相适应，优化组合进一步提高仪器检测数据的质量。

2.测线布置

测线是地质雷达在检测天线时所选择移动的路线，测线的布置一般会根据规范和检测合同进行，正常是三线、五线、七线三种布置方式。拱顶就是三线，左右拱腰处各布置一条测线，是小跨径隧道或重要位置的；五线即是除了在三线的位置布置外，再在加上左右拱墙，这一般是对中跨径隧道和竣工时的测线布置方法；七线则是在五线的基础上在拱顶和左右拱腰之间再各自加上一条测线，主要是针对大跨径隧道检测时布置。现在对隧道的检测力度较大，为做好质量控制，会选择在隧道仰拱左右处再添加一条测线。

3.数据收集以及处理

在地质雷达检测中数据的收集以及对数据的分析是较为重要的环节，技术的应用比较注重天线发射信号和隧道衬砌结合度，其收集数据人员要能够结合地质雷达监测的标准，在滑动时能够完全按照检测路线进行移动，并且对雷达发出信号时能够充分认识隧道内的信号状况，并将信号收集完全。每次在雷达探测区域会有四十五到六十个监测点，检测工作人员会采用无损检测的方法确保数据的准确性，以此对隧道内部进行分析，判断其安全性。工作人员会在隧道中做记号并且是与雷达记录保持一致的，每隔一段距离就要做一个记号，因此隧道的长度是和雷达的测点位置息息相关的，这也是为后面的数据收集标记信息核对信息数据的准确。数据的处理，地质雷达的探测图像会表达出其层次面，其数据构建主要建立在充足的日常模拟实验以及丰富的工作经验上，数据解释要与雷达的图像相位、频率以及幅值吻合，做好雷达刨面的分析判断，将每个不同位置的不同地质材料进行分析对比，及不同地质界面和材料反射的电磁波特征，隧道内部混凝土厚度以及围岩探测结合数据进行解释。

三、地质雷达在隧道检测中的应用

    地质雷达检测非常适用于检测钢筋分布、隧道衬砌混凝土厚度以及密实度等，传统的检测对于这些情况检测存在一些误区，且检测数据较少，无代表性可言。地质雷达检测即无损探测技术再加以科学应用，能够发挥积极作用。

1.钢筋和钢架的区分检测

混凝土有无钢筋，检测的区别很大，无钢筋时雷达信号反射幅度较弱，界面的反射信号甚至可能都没有，有钢筋则相反[2]。混凝土中的钢筋，钢架一般会呈现出月牙似的强反射信号，钢格栅一般会反映成一组不规则的双曲线形状强反射信号，钢筋一般是一个个双曲线形强信号。在隧道施工时，会根据围岩的不同，钢筋和钢架的布置也会有所不同，如在VI类别的围岩中，在初期会选择支护布置钢架，在衬砌中埋下双层的钢筋，一般横向间距为25cm，纵向间距为20cm，但是无法辨别第二层的钢筋以及初期支护的钢架分布。若在II类的围岩，初期支护采取表面喷混凝土，衬砌中布置格栅钢架，纵向间距为300cm，就能够清楚的辨别格栅钢架了。   

2.厚度情况检测

在之前一直困扰工作人员的就是对衬砌混凝土的厚度检测，衬砌混凝土的检测是工程验收的标准之一。钻芯法作为传统的验收手法，有很多弊端存在，如对层面的破坏性很强，且检测出来的数据少，因此没有代表性可言。自90年代我国在隧道检测中应用了雷达技术，该问题就得到了解决，该技术能够准确的检测到衬砌混凝土的厚度的情况，该检测是一种对隧道检测的无损检测法，其准确率高，破坏性小，连续性强等，因此被广泛地运用在隧道检测中。

3.密实度检测

    隧道质量的主要问题来源于混凝土的密实度低亦或者背后脱空，这些现象的发生主要是在施工时导致，超挖太大、防水材料褶皱、喷射过程中钢筋钢架遮挡、模板漏浆、使用的混凝土配合比例不对或水泥质量不达标、恶意施工等都有可能。还没有应用雷达监测之前，这种情况频频发生，因为检测人员难以用之前的检测手段检测出来。雷达检测技术被广泛应用后其方便且无损的检测手法正好填充啦传统检测的不足之处。如，衬砌混凝土内部出现较强的反射波组，反射波同相轴发生畸变且振幅明显增强，会表现出起伏不定的波形，由此根据这些便可以判断该处的衬砌混凝土夫人密实度较低，如果该情况一直连续出现的话，就有很大可能是脱空现象。

四、结束语

综上所述，隧道检测是一项较为复杂的工程，地质雷达无损检测技术能够在对隧道正常运行不影响的情况下进行质量检测。该项技术功能主要体现在安全、快捷、方便等，如对衬砌背后隐藏问题的检测、钢筋钢架内部情况的检测、衬砌厚度的检测以及混凝土密实度的质量检测，不仅大大缩短了隧道检测时间，还提升了隧道工程的进度。相关施工人员要与自身的实际工作相契合，严格按照施工要求进行操作，保障隧道检测工作以及施工工作的质量，整体上提高工程质量。

参考文献：

[1]李坤琳,秦坚坚.地质雷达无损探测技术在隧道检测中的应用[J].黑龙江交通科技,2021,44(12):253+255.

[2]张鹏.地质雷达在公路隧道工程检测中的应用[J].运输经理世界,2021(25):86-88.