淺析地質(zhì)雷達(dá)在隧道檢測(cè)中的應(yīng)用

摘要：隨著公路和鐵路的建設(shè)力度不斷增加，全國(guó)各地的隧道工程的發(fā)展也進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期，隧道工程的質(zhì)量檢測(cè)任務(wù)也日趨加重，隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和隧道襯砌質(zhì)量的檢測(cè)更是重中之重。因此，研究地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)及其應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)我國(guó)的隧道及地下工程有重要的現(xiàn)實(shí)和理論意義。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá);隧道檢測(cè);應(yīng)用

1地質(zhì)雷達(dá)工作原理

地質(zhì)雷達(dá)的工作原理是通過(guò)發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，當(dāng)在地表以下傳播時(shí)，因地質(zhì)界面不同，會(huì)發(fā)生不同的物理現(xiàn)象。傳播過(guò)程中，遇到不同電性界面時(shí)，一部分電磁波發(fā)生折射，透過(guò)界面繼續(xù)傳播;另一部分發(fā)生反射，該部分電磁波被反射回地表，被地質(zhì)雷達(dá)的接受天線接收，記錄在主機(jī)上。電磁波在傳播過(guò)程中不是只經(jīng)過(guò)一次反射或折射，在能量沒(méi)有被完全吸收之前，每遇到不同地質(zhì)界面均會(huì)發(fā)生不同程度的折射和反射現(xiàn)象，直至能量被完全吸收才會(huì)消失。電磁波在不同介質(zhì)的傳播過(guò)程中，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度、波速和波幅都會(huì)隨著所通過(guò)介質(zhì)的變化而不同。不同的地質(zhì)體（物體）具有不同的電性，因此，在不同電性的地質(zhì)體的分界面上，都會(huì)產(chǎn)生反射。

2地質(zhì)雷達(dá)在隧道質(zhì)量檢測(cè)中的功能和應(yīng)用

2.1厚度情況檢測(cè)

襯砌混凝土厚度的分布情況曾經(jīng)很長(zhǎng)一段時(shí)間困擾著工作人員，因?yàn)檫@是工程驗(yàn)收中最重要的指標(biāo)之一。傳統(tǒng)的驗(yàn)收方法采用的是鉆芯法，該方法存在很多的弊端，不僅僅破壞性極強(qiáng)，而且出來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)因數(shù)據(jù)少代表性不強(qiáng)。自90年代雷達(dá)技術(shù)在我國(guó)隧道檢測(cè)中應(yīng)用以來(lái)，就解決了上述問(wèn)題，通過(guò)該技術(shù)可以很準(zhǔn)確的了解到襯砌混凝土厚度的分布情況。因?yàn)槠涫且环N用于隧道檢測(cè)的無(wú)損檢測(cè)方法，所以該檢測(cè)對(duì)隧道的破壞性小、準(zhǔn)確率高、連續(xù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在隧道檢測(cè)中被廣泛的應(yīng)用，因其自身優(yōu)勢(shì)決定了其在隧道檢測(cè)中不可替代的作用。

2.2密實(shí)度（或脫空）檢測(cè)

混凝土不密實(shí)和背后脫空是隧道質(zhì)量存在的主要問(wèn)題之一，形成該問(wèn)題的主要原因是施工因素造成的，超挖太大、防水材料褶皺等因素都可能。傳統(tǒng)的檢測(cè)手段很難檢測(cè)出來(lái)混凝土的不密實(shí)情況。地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用后，由于其方便無(wú)損的檢測(cè)手段正好填補(bǔ)了傳統(tǒng)檢測(cè)的不足。其主要是通過(guò)連續(xù)的反射波組確定襯砌混凝土的不密實(shí)度，例如襯砌混凝土其內(nèi)部出現(xiàn)了強(qiáng)的反射波組，反射波同相軸發(fā)生畸變且振幅明顯增強(qiáng)，呈現(xiàn)出起伏不定的波形，根據(jù)以上特征，就可以判斷出該處襯砌混凝土的密實(shí)度較差，如果這種情況連續(xù)起來(lái)，就有很大可能是脫空現(xiàn)象。

2.3鋼筋位置檢測(cè)

混凝土中無(wú)鋼筋時(shí)，雷達(dá)信號(hào)反射幅度較弱，甚至沒(méi)有界面的反射信號(hào)。混凝土中的鋼筋，鋼架一般是月牙形強(qiáng)反射信號(hào)，鋼格柵一般是一組不均勻的小雙曲線形強(qiáng)反射信號(hào)，鋼筋一般是一個(gè)個(gè)連續(xù)的小雙曲線形強(qiáng)信號(hào)。判定一方面是從信號(hào)的形狀來(lái)確認(rèn)，鋼筋（架）一般是連續(xù)均勻的出現(xiàn)在收集處理的圖像中，另一方面要加強(qiáng)收集設(shè)計(jì)信息、施工信息來(lái)加強(qiáng)判定的可信度。

3隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)例

某隧道為單向雙洞公路，單拱長(zhǎng)隧道，隧道界面尺寸采用半圓拱型，此次超前預(yù)報(bào)掌子面里程樁號(hào)為K21+519，掌子面圍巖以泥巖及砂巖為主，巖體呈強(qiáng)～中風(fēng)化。巖體完整性差，巖體風(fēng)化差異較大;節(jié)理裂隙較發(fā)育、巖體較破碎、強(qiáng)度低，多呈碎裂狀及碎塊狀結(jié)構(gòu)，巖體層間存在砂巖及泥巖互層現(xiàn)象，巖體層間結(jié)合力差，地下水較豐富，主要以基巖裂隙水為主，掌子面拱頂出水呈淋雨?duì)睢蔂盍魉F(xiàn)象，右側(cè)呈滲水狀出水現(xiàn)象，受地質(zhì)構(gòu)造影響，巖體自穩(wěn)能力差，開(kāi)挖過(guò)后建議及時(shí)支護(hù)，避免發(fā)生坍塌。為了了解和判斷掌子面前方一定距離內(nèi)不良地質(zhì)的性質(zhì)、位置、寬度和影響隧道的長(zhǎng)度，由此判斷地下水情況、圍巖級(jí)別和對(duì)施工的影響。

（1）掌子面前方0～200ns時(shí)窗區(qū)段內(nèi)（對(duì)應(yīng)樁號(hào)K21+519～K21+529，參考電磁波波速為0.1m/ns，下同）：該區(qū)段電磁波信號(hào)總體較為規(guī)律，同相軸較為連續(xù)，局部地區(qū)呈斷續(xù)狀分布，反射信號(hào)以中～低頻率信號(hào)為主，信號(hào)振幅偏強(qiáng)，且存在低頻振蕩特征，局部地區(qū)頻率較高振幅較弱;初步判斷掌子面前方圍巖以泥巖及砂巖為主，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育、較為破碎、強(qiáng)度較低，總體裂隙含水較為豐富。其中掌子面前方50ns深度（對(duì)應(yīng)樁號(hào)K21+521.5）范圍存在一條斜向貫穿裂隙，裂隙富水性較強(qiáng)，掌子面前方160ns深度（對(duì)應(yīng)樁號(hào)K21+527）左側(cè)含水較為嚴(yán)重，裂隙富水性較強(qiáng)。巖層完整性自穩(wěn)性較差，注意層間的軟弱泥夾層。

（2）掌子面前方200～400ns時(shí)窗區(qū)段內(nèi)（對(duì)應(yīng)樁號(hào)K21+529～K21+539，參考電磁波波速為0.1m/ns）：該區(qū)段電磁波信號(hào)同相軸較為連續(xù)，振幅較強(qiáng)，反射信號(hào)以低頻率信號(hào)為主，且存在強(qiáng)烈的振蕩衰減特征;結(jié)合電磁波反射波形特征及相關(guān)地勘資料，初步判斷掌子面前方圍巖該區(qū)段含水量豐富。

4結(jié)語(yǔ)

地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用不但提高工程檢測(cè)的準(zhǔn)確性、整體性，而且它也極大的提高了質(zhì)量檢測(cè)的及時(shí)性、快速性。地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)的科學(xué)的方法，需要各方面的協(xié)作共同來(lái)完成，其中包括檢測(cè)中涉及到的方方面面、各個(gè)環(huán)節(jié)。

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（作者單位：湖南中大檢測(cè)技術(shù)集團(tuán)有限公司湖南長(zhǎng)沙）

作者簡(jiǎn)介：廖振華（1985.06.13），性別：男;籍貫：湖南;漢族;本科學(xué)歷;中級(jí)職稱;職務(wù)：隧道所技術(shù)負(fù)責(zé)人;研究方向：隧道檢測(cè);郵編：410000。