基于地質(zhì)雷達(dá)的公路隧道無(wú)損檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)管理

胡振興

(甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 730000)

1 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)檢測(cè)原理

地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)是借助于電磁技術(shù)，對(duì)隱藏物體實(shí)施檢測(cè)，在具體運(yùn)用中依靠發(fā)射高頻電磁波，從天線發(fā)出電磁脈沖并接收物體的反射信號(hào)，根據(jù)高頻電磁波相關(guān)原理，當(dāng)電磁波穿過(guò)各類地質(zhì)時(shí)，因?yàn)樯舷碌刭|(zhì)的介電特性存在差異，必然會(huì)出現(xiàn)差異性的折射與反射，特別是地質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)破損問(wèn)題后能夠觀察到電磁特性異常，根據(jù)反射波的波相特征(頻率、波幅、相位等)對(duì)地下目標(biāo)的位置、形態(tài)、結(jié)構(gòu)等作出推斷。比如說(shuō)遇到地質(zhì)體接觸面會(huì)出現(xiàn)層狀反射，遇到空洞情況會(huì)出現(xiàn)饒射的情況，如果地質(zhì)結(jié)構(gòu)的含水量相對(duì)較大，其介質(zhì)常數(shù)也會(huì)有一定程度的提高，因此應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對(duì)公路隧道實(shí)施無(wú)損檢測(cè)能夠有效提升檢測(cè)效率和精準(zhǔn)度。

2 公路隧道地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)方法與應(yīng)用

2.1 某公路工程概況

某隧道為XX高速公路隧道工程，該公路總長(zhǎng)12.5 km，其中包含7座隧道，為第一時(shí)間了解隧道施工建設(shè)質(zhì)量，利用地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)隧道實(shí)施檢測(cè)，以確保其質(zhì)量。

2.2 測(cè)線布置與檢測(cè)參數(shù)

應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)公路隧道質(zhì)量實(shí)施檢測(cè)，應(yīng)當(dāng)提前對(duì)測(cè)線予以布置，根據(jù)隧道工程實(shí)際情況合理選擇測(cè)線，該工程包含5條測(cè)線，分別為隧道拱頂、左墻、右墻和左右拱腰，可以更加全面地對(duì)隧道質(zhì)量實(shí)施檢測(cè)。檢測(cè)過(guò)程中設(shè)置512個(gè)采樣點(diǎn)，頻率為400 MHz，選擇時(shí)間觸發(fā)測(cè)量模式實(shí)施檢測(cè)。

2.3 隧道檢測(cè)

(1)鋼性材料檢測(cè)

襯砌中的鋼拱架、鋼筋等材質(zhì)屬于導(dǎo)電物體，其相對(duì)介電常數(shù)近乎為0，而混凝土的介電常數(shù)一般為6～12，當(dāng)電磁波穿過(guò)此類介質(zhì)時(shí)，其波相、振幅及頻率變化相較密實(shí)的混凝土而言，在波形圖上會(huì)產(chǎn)生較大的異常，其中波相、振幅變化最為明顯。

實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，視混凝土為均勻介質(zhì)，鋼筋為混凝土中的異常體，電磁波在鋼筋與混凝土的接觸面產(chǎn)生強(qiáng)反射，波形特征表現(xiàn)為孤立的點(diǎn)狀或弧形反射，依此特征來(lái)判定鋼筋分布情況，確定其位置及可計(jì)算保護(hù)層厚度。

(2)支護(hù)、襯砌厚度檢測(cè)

隧道初支、二襯與圍巖具有介質(zhì)差異性，正是因?yàn)殡姶判阅艿牟町悾詫?dǎo)致地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)范圍內(nèi)介電常數(shù)之間出現(xiàn)差異。特別是在圍巖結(jié)構(gòu)中，電磁波傳播過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生反射波能量不斷衰減的情況，經(jīng)過(guò)不同界面或介電常數(shù)差異較大的結(jié)構(gòu)時(shí)電磁波會(huì)出現(xiàn)不同的反射性，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)所獨(dú)有的傳播速度，在具體檢測(cè)過(guò)程中能夠根據(jù)反射時(shí)間以及傳播速度情況來(lái)識(shí)別混凝土厚度數(shù)據(jù)。不管何種界面中，電磁波的傳播速度都不能完全準(zhǔn)確判定，因此進(jìn)行時(shí)間檢測(cè)時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)其在隧道不同層次的反射時(shí)間予以準(zhǔn)確判斷，在了解傳播速度和反射時(shí)間后，借助于相關(guān)公式來(lái)獲取具體位置的準(zhǔn)確厚度。實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中可利用初支中的鋼支撐、初支二襯層間的防水板、混凝土與巖石接觸面等介質(zhì)分層處的波相特征，能夠?qū)Ω鲗右r砌厚度實(shí)施檢測(cè)。

(3)脫空區(qū)檢測(cè)

在對(duì)公路隧道襯砌以及混凝土施工作業(yè)過(guò)程中，由于現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制不嚴(yán)格，局部位置襯砌混凝土難免出現(xiàn)密實(shí)性達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的情況出現(xiàn)，從而造成混凝土出現(xiàn)縫隙，當(dāng)電磁波傳輸?shù)椒謱咏缑婧髸?huì)出現(xiàn)相對(duì)較強(qiáng)的反射信號(hào)。且混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部松散以及脫空問(wèn)題越嚴(yán)重，雷達(dá)圖像中異常反射波形就更明顯。可根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)圖像界面中各反射波的波相特征來(lái)判定混凝土內(nèi)部空隙的具體位置，隨著電磁波傳播的繼續(xù)所能夠看到的反射波也會(huì)更強(qiáng)，對(duì)隧道脫空位置與具體大小進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，可以通過(guò)介電常數(shù)等數(shù)據(jù)予以準(zhǔn)確判斷。

(4)數(shù)據(jù)分析

對(duì)該公路工程某隧道5條檢測(cè)線的數(shù)據(jù)信息實(shí)施采集，進(jìn)行總結(jié)分析后得到結(jié)果：5條測(cè)線數(shù)據(jù)正常，不存在較大的不密實(shí)帶，也尚未檢測(cè)出顯著的脫空情況，根據(jù)襯砌厚度分層結(jié)果也未發(fā)現(xiàn)厚度偏薄的部位。同時(shí)圍巖和錨噴混凝土的密貼程度高，支護(hù)和襯砌的混凝土結(jié)構(gòu)較為密實(shí)，所以也沒(méi)有檢測(cè)到圍巖中的松散脫空區(qū)。

為進(jìn)一步掌握該隧道的混凝土強(qiáng)度信息，借助于地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，分析后得出襯砌背后不存在空區(qū)，檢測(cè)段落內(nèi)襯砌厚度均滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，符合施工技術(shù)要求，隧道背后圍巖較為整齊統(tǒng)一，不密實(shí)問(wèn)題僅占0.9%，隧道整體混凝土模段襯砌強(qiáng)度為23 MPa，基于上述數(shù)據(jù)信息能夠得出結(jié)論，該公路隧道工程施工質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)定與設(shè)計(jì)要求。

3 公路隧道使用維修養(yǎng)護(hù)管理

3.1 維修管理

公路隧道維修管理工作對(duì)相關(guān)作業(yè)人員提出了新的要求，借助于地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，準(zhǔn)確分析了解隧道質(zhì)量情況，為維修工作帶來(lái)更多技術(shù)指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支持，確保維修活動(dòng)的有序開(kāi)展，真正實(shí)現(xiàn)隧道維修管理的科學(xué)化與智能化發(fā)展。比如在混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)中，結(jié)合實(shí)際情況選擇最佳的天線中心頻率，并合理設(shè)置測(cè)量參數(shù)，一般采用毫米級(jí)別的采樣間隔，高頻發(fā)射接收的采集方式，逐點(diǎn)發(fā)射接收。

在實(shí)際的維修管理工作中，應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)了解隧道可能存在的病害情況，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)科學(xué)分析病害損傷程度，制定有針對(duì)性的維修策略。維修管理的一般流程是：無(wú)損檢測(cè)→找出病害→分析原因→制定維修工作方案→后期養(yǎng)護(hù)。詳細(xì)來(lái)說(shuō)即是應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持做到定期檢測(cè)、定期保養(yǎng)。

3.2 養(yǎng)護(hù)管理

對(duì)于公路隧道的養(yǎng)護(hù)管理應(yīng)當(dāng)始終堅(jiān)持貫徹落實(shí)集中調(diào)度、統(tǒng)一指揮的基本要求，由各個(gè)不同專業(yè)工區(qū)構(gòu)成隧道養(yǎng)護(hù)作業(yè)隊(duì)伍，選擇合理時(shí)間協(xié)同作業(yè)，分別開(kāi)展好各自負(fù)責(zé)的養(yǎng)護(hù)區(qū)域。可以參考和借鑒國(guó)內(nèi)外其他隧道的維修養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合該公路工程隧道的實(shí)際情況，組織完善維修養(yǎng)護(hù)體系，確保隧道使用質(zhì)量。在定期檢查特別是專項(xiàng)檢測(cè)中借助于地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)定期對(duì)隧道質(zhì)量實(shí)施檢測(cè)，維修養(yǎng)護(hù)工作小組根據(jù)檢測(cè)結(jié)果制定養(yǎng)護(hù)作業(yè)方案，協(xié)調(diào)好主體結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)、附屬設(shè)備設(shè)施養(yǎng)護(hù)、災(zāi)害監(jiān)控等各項(xiàng)工作。另外還應(yīng)當(dāng)重視公路隧道的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)作業(yè)，一方面要開(kāi)展好定期養(yǎng)護(hù)活動(dòng)，根據(jù)隧道設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)科學(xué)確定養(yǎng)護(hù)周期；另一方面是按照隧道使用情況實(shí)施養(yǎng)護(hù)，利用地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)來(lái)評(píng)估隧道實(shí)際使用狀態(tài)，從而幫助我們更加科學(xué)的制定養(yǎng)護(hù)作業(yè)計(jì)劃，有效控制養(yǎng)護(hù)工作成本。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)與了解公路隧道的質(zhì)量問(wèn)題，可以為維修以及養(yǎng)護(hù)管理工作帶來(lái)重要的參考依據(jù)，從而進(jìn)一步延長(zhǎng)其使用壽命。

(2)應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)表現(xiàn)出檢測(cè)效率和準(zhǔn)確率高的突出優(yōu)勢(shì)，能夠更加全面地獲得隧道整體質(zhì)量數(shù)據(jù)信息。

(3)在應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的過(guò)程中，必須要嚴(yán)格遵循隧道維修養(yǎng)護(hù)管理的基本流程和相關(guān)制度規(guī)定，確保維修養(yǎng)護(hù)工作的有序開(kāi)展。

(4)公路隧道維修養(yǎng)護(hù)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)選擇多工種協(xié)調(diào)進(jìn)行作業(yè)，維修養(yǎng)護(hù)活動(dòng)要統(tǒng)一行動(dòng)，科學(xué)指揮，借助于地質(zhì)雷達(dá)輔助維修養(yǎng)護(hù)活動(dòng)的高效開(kāi)展。