地質雷達探測技術在隧道結構檢測中的應用

摘 要：交通行業一直以來都是國之根基，其快速發展的同時，隧道數量也愈來愈多，但是其造成的危害也和其數量一樣成正比例增長。隧道產生的危害給交通業的發展帶來強大的阻力，所以，如何及時有效的解決隧道產生的危害成為了一個重大課題，而地質雷達探測技術有效的幫助我們解決了這個難題。地質雷達探測技術能夠探測出隧道的整體情況并作出具體分析，包括其整體結構、厚度和裂縫及其他情況。本文主要描述其原理和在實際中的應用。

關鍵詞：地質雷達；隧道結構檢測

中圖分類號：U452.1 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0174-02

引 言

經濟發展需要眾多支撐，類似于金字塔狀，而交通業則是經濟發展最底的一層，是基石。交通業迅速發展的同時，帶動了隧道數量的增加，也對安全性帶來了極大的挑戰。各種各樣的問題影響著隧道的保質期以及帶來諸多不良影響，例如：隧道襯砌出現裂損或者是隧道中出現漏水情況都會影響隧道的壽命。為此，專家和隧道工程人員一直在做著不懈的努力，以尋求更加高效的方法來減少這些危害。地質雷達探測技術以其效率髙和無損害被大規模的應用與地質勘測工作，下面的所闡述內容主要是關于地質雷達探測技術在隧道結構檢測中的應用相關的探究。

1 地質雷達探測技術的基本工作原理

地質雷達技術所應用的是反射原理，通過控制器和發射接收天線組成。其運作原理是通過天線進行發射電磁波，然后波段接觸到目標或界面時信號會回傳給天線，天線在接收的同時記錄信號的傳輸時間，通過發射和接收天線的方位對接觸的目標或界面的深度和缺陷的計算。（如圖1所示）雷達波穿透物質層的深度是由其所接觸目標介質本身的電性大小以及雷達電線的中心頻率來決定的。穿透深度根據其導電率的高低和天線中心的頻率來決定，成反比例函數式，當導電率越低和天線中心的頻率越低的時候，其穿透深度反而會越大；相反，當導電率越髙和天線中心的頻率越高的時候，其穿透深度會越小。我們所得到的能夠幫助我們解釋的數據或者圖像是由地質雷達在野外所采集的最原始的數據經過一系列的數據處理而得到的，因為原始數據不僅僅含有有用的信息，也有很多的噪音，為了避免這些噪音蓋住我們所要獲取的有用信息或者形成誤差，便需要進行數據處理。數據處理通過增強信號和壓制噪聲能夠幫助我們提取更好的數據，更加方便于從所獲取的數據中提取相位、速度、頻率和振幅等等代表性特征的信息，使我們的解釋人員能夠對數據進行更好地理解和解釋。

2 識別問題和辨識干擾圖像問題

為了找出隧道襯砌的問題（混凝土噴射的不嚴實、襯砌的后面存在空洞或者已經脫空），我們利用地質雷達探測技術對隧道的襯砌進行了質量方面的相關測驗。

由于水、混凝土以及空氣的介電常數相差比較大，因此電磁波會在介質的分界面產生特別大的強烈反射，而雷達圖會因此而產生明顯的反應表現出來，例如，當有空洞存在的時候，雷達圖會顯現出有很多次強反射特征的弧形形狀，有脫空這種問題時，雷達圖表現出的是一層一層的強反射現象空洞的厚度比值和縱方向上的尺寸會大一點；當襯砌不嚴實的時候，雷達圖就會表現出比較亂的信號波形，比較集中形成團塊的樣子；如果存在用片石回傳的行為，雷達圖會出現特別雜亂的強反射，這是由于那些片石之間存有大量的縫隙以至于不嚴實。表1為常見介質的相對介電常數，可供讀者參考。

地質雷達探測技術在對過濾干擾信號方面也有及其大的作用，因為隧道內部的不論是在結構方面還是環境方面都極其復雜，因此其中的干擾因素特別多，這些干擾因素如果存在于數據之中，我們在分析時一旦“放過”這些干擾因素，就有可能無法準確識別問題，從而形成不良影響。

除了有對隧道內的一些典型問題和信號干擾的雷達圖的認知以外，我們還需要了解隧道在設計和在施工的時候的一些技術，對尋找雷達圖中的“問題信號”掌握主動地位，從而我們可以更加準確的辨別干擾圖像以及更加高效的識別“問題信號”。比如說，當隧道被嚴重超過限度“挖空”的時候，一般來說其初期支護拱架后會有空洞或者背后已經脫空了的現象，雷達圖也會對其產生強烈反應，其直接表現為在深度20～40cm的位置上會開始出現異常性的反射；地質雷達探測技術在隧道的諸多領域都產生極為重要的作用，例如，檢測隧道的厚度襯砌以及襯砌質量檢測的里程定位問題，他能夠找到土體中存在問題的位置，準確的找到隧道底部的所有情況，通過其自身的監測和分析，我們就能夠了解到地板下沉和墻體為什么會開裂等等原因，以便于我們提前對隧道實施保護措施，除此之外，地質雷達探測技術更加應用于受到自然災害等地區隧道，對后期的修復及其他方面也存在很大意義。地質雷達探測技術在一定程度上具備了人們所期待的透視眼功能，對我國的交通行業有著無法忽視的作用。

地質雷達探測技術貫穿于整個隧道工程，對隧道安全方面起著不可或缺的作用，現代科技的進步也使得地質雷達探測技術更加趨向于完善，我們需要更加完善，更加準確的數據來保證更加安全的人身和更加有效的工作。

3 結 語

以上內容主要通過對地質雷達探測技術在隧道檢測中的原理和應用進行了簡單的分析闡述，地質雷達檢測技術已大規模的應用于各個大型隧道的施工過程，望這些想法能進一步促進地質雷達檢測技術的完善。

參考文獻

[1]夏 天，潘 榮.土木工程監測技術[M].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2]李大心.探地雷達方法與應用[M].北京：北京地質出版社，2014.

收稿日期：2018-5-10

作者簡介：孫海龍（1991-），男，助理工程師，本科，主要從事結構鑒定檢測工作。