地質雷達在公路隧道二襯質量檢測中的應用

袁海波

（中鐵五局集團第一工程有限責任公司，湖南長沙410117）

地質雷達在公路隧道二襯質量檢測中的應用

袁海波*

（中鐵五局集團第一工程有限責任公司，湖南長沙410117）

介紹了地質雷達的工作原理，地質雷達是一種廣泛用于地質探測的高頻電磁脈沖波技術，結合昌寧高速禮坊隧道實際工程，闡述了地質雷達在隧道二襯質量無損檢測中的應用，簡述了測線布置、數據采集、圖像處理步驟，并對典型的雷達圖像進行分析，證明地質雷達技術在隧道工程無損檢測中能取得了較好效果。

地質雷達；隧道；二襯檢測

1　概述

隧道工程由于種種原因在施工期或運營一段時間后，可能會出現表面裂紋、滲漏水等病害，通常這些病害多是由隧道潛在的隱患導致的，如襯砌厚度不足、襯砌背后存在大面積空洞或回填不密實等。傳統的施工質量檢測往往采取鉆孔取芯、開挖取樣的破壞性手段，這樣對于防水要求極為嚴格的隧道施工極為不利。由于隧道工程是隱蔽性工程，因此需要一種有效、快速、無損的方法和手段進行檢測。本文結合昌寧高速禮坊隧道實際工程，對禮坊隧道二襯質量進行了無損檢測。結果表明質雷達在公路隧道質量檢測方面效果比較理想，達到了指導施工的目的。

2　地質雷達的工作基本原理

地質雷達作為一種無損檢測技術，自20世紀70年代開始應用至今已有30多年的歷史，在工程各個領域都有重要的應用，主要解決場地勘查、線路選擇、工程質量檢測、病害診斷、地質超前預報和地質構造等問題。探地雷達的基本原理如圖1所示。地質雷達是利用高頻電磁脈沖波的反射探測目的體及地質現象的。其探測過程如下：地質雷達通過發射天線向地下發射高頻電磁脈沖，此脈沖在向地下傳播過程中遇到地下介質分界面時會產生反射。反射波傳播回地表后被接收天線所接收，并將其傳入主機進行記錄和顯示，每一測點接收到一道雷達波形，一條測線上全部測點的雷達波形排列在一起，形成完整的雷達剖面，經過資料的后處理，進行反演解釋便可得到地下地層或目的體的位置、分布范圍、埋深等。

圖1　地質雷達探測原理

3　工程應用

3.1工程概況及參數設置

禮坊隧道為一分離式隧道，隧道長度為1625m，凈空寬×高為10.75m×5m。隧道區位于構造剝蝕低山丘陵區，山體連綿起伏，山體植被發育，沿洞軸線洞身最高點高程約700m，地形起伏大，山勢較陡峻，隧道進出洞口地形較緩，植被發育，風化層厚。隧道區山體總體走向比較紊亂，大致呈南北走向，隧道區內水量豐富，隧道區內微地貌發育，主要為山間沖溝，為山間洪水及地下水的排泄通道。

本次檢測儀器采用美國GSSI公司研制的Terra-SIRch SIR 3000地質雷達。檢測之前，必須根據具體地質情況，調節相應的參數（主要包括雷達天線中心頻率、時窗和采樣次數等），以達到儀器的理想狀態。考慮到探測對象主要為隧道二襯質量，檢測對象為二襯的厚度，鋼筋數量及二襯支護背后是否有空洞，所以本次檢測采用400MHz中心頻率的天線，測量方式采用連續測量。探測的時窗主要取決于探測的深度，考慮到本次探測主要為初期支護探測，檢測深度在1m之內即可，則時窗可取為50ns。

3.2測線布置

根據規范要求及項目實施大綱，沿著隧道走向的3條測線，即拱肩2條（測線1、2）以及拱頂1條（測線3），如圖2所示。

圖2　測線布置圖

3.3地質雷達探測結果

（1）二襯厚度檢測結果。圖3是采用Reflex軟件處理后的地質雷達波形圖，該檢測段樁號范圍是ZK189+ 200～ZK189+230，沿測線1的位置數據采集。由于圍巖與二襯混凝土介電常數差別較大，電磁波在圍巖與混凝土界面傳播時將產生較強反射信號，圖3中繪制出的曲線即為該反射信號，表1列出了該檢測段測線3位置的二襯厚度的檢測結果。

圖3　地質雷達解譯結果

（2）二襯鋼筋數量檢測結果。圖4是采用Reflex軟件處理后的地質雷達波形圖，該檢測段樁號范圍是ZK189+110～ZK189+117.5，沿測線1的位置數據采集。由于鋼筋與混凝土介電常數差別很大，電磁波在混凝土與鋼筋界面傳播時將產生強烈反射信號，圖4中用垂直箭頭標記出了鋼筋具體位置，表2列出了該檢測段鋼筋數量的檢測結果。

表1　禮坊隧道左線二襯混凝土厚度檢測結果表

圖4　地質雷達解譯結果

表2　禮坊隧道左線二襯鋼筋間距檢測結果表

綜合表1、表2所得到的二襯厚度與鋼筋數量檢測數據，結果表明二襯施工質量滿足設計及有關規范的要求。

4　結論

通過在昌寧高速禮坊隧道進行的多次地質雷達無損檢測，得到了如下認識：

（1）地質雷達作為一種無損檢測技術，具有成本低，操作方便快捷，探測精度高，數據采集與處理集于一身，目標體等異常圖像清晰且易于識別等特點，能有效檢測出鋼筋異常以及二襯厚度。

（2）禮坊隧道現場檢測結果表明，檢測部位拱頂測線及左、右拱腰測線二襯厚度滿足設計要求，測線部位襯砌層與原巖耦合良好。二襯鋼筋總數滿足設計及有關規范的要求。

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P631.325

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1004-5716（2016）01-0185-03

2015-01-26

袁海波（1982-），男（漢族），四川南充人，工程師，現從事公路、鐵路、市政、城市地鐵等施工管理工作。