鐵路隧道地質雷達檢測技術相關問題探討

歐陽天一

【關鍵詞】鐵路隧道;地質雷達檢測;檢測技術;數據采集;改進措施

【中圖分類號】U455 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）07-0112-03

1 地質雷達檢測技術應用概況

鐵路作為國民經濟大動脈、國家重要基礎和大眾化交通工具，在推動我國經濟社會發展中發揮著不可替代的作用。近年來，我國鐵路營業里程大幅增加，截至2019年底，中國高速鐵路營業總里程達到3.5萬km，位居世界第一，隨著高鐵新線的不斷開通運營，隧道工程質量對行車安全的影響不容忽視。隧道工程作為確保鐵路正常運營的重要一環，其施工質量直接影響將來的運營情況，由于建設過程及后期運營等多方面原因，因此隧道存在不同程度的病害，例如襯砌厚度不足、脫空、防水板切割襯砌、裂縫、滲漏水、施工冷縫、掉塊、混凝土鋼筋數量不足等問題，對運營單位及乘客的生命和財產安全構成了極大的危害。對此，近年來中國鐵路南寧局集團有限公司已多次組織對投入運營的時速為250 km及以上的高鐵隧道病害進行檢測、排查和評估[1]。典型病害如圖1至圖4所示。

地質雷達（Ground Penetrating Radar，GPR）是近幾十年發展起來的一種無損探測技術，具有探測速度快、探測過程連續、分辨率高、操作方便靈活、費用低等優點，目前廣泛應用于我國鐵路隧道建設過程中對二次襯砌的檢測[2]，有著較好的檢測效果。幾種主要的檢測設備如圖5至圖7所示。

目前，地質雷達主要用于對隧道襯砌混凝土厚度不足、脫空、空洞及不密實等缺陷進行檢測。地質雷達測線布置的位置往往是施工過程中容易出現問題的部位，主要以縱向布線為主，分別在拱頂、拱腰、邊墻和遂底（仰拱）布置縱向測線：在拱頂區域，二襯在灌注拱頂部分混凝土時，受施工工藝、澆筑過程管控不到位等因素影響，常會在拱頂處出現脫空、空洞缺陷，此類缺陷是拱頂測線的探測重點。？譺？訛在拱腰區域，隧道在爆破施工中，受沿隧道輪廓線布置的炮眼的爆破效果、圍巖堅硬程度等因素制約，當爆破效果不佳時，常常在拱腰處發生二襯厚度不足，此類缺陷是拱腰測線的探測重點。邊墻測線主要檢測二襯鋼筋的間距、數量。仰拱測線主要檢測是否存在基底不實問題。測線布置及現場檢測如圖8、圖9所示。通過對開通運營隧道及在建隧道進行地質雷達檢測，可使參建單位掌握隧道整體質量，也可作為缺陷處理和病害整治的一項重要參考依據。

2 地質雷達檢測中存在的問題

2.1 影響檢測準確性的因素

地質雷達作為隧道建設中重要的無損檢測手段，現被廣泛應用于各新線建設過程控制及運營線路病害整治中，能較好地滿足工程需要。但是，地質雷達檢測在實際運用中受到多種因素的影響，使得檢測結果的準確性存在問題。現列舉幾項主要因素。

（1）檢測人員的業務水平。從事地質雷達檢測的相關人員不僅需要大量的專業知識儲備，還應具備豐富的實踐經驗，然而實踐經驗需要不斷積累，并非一朝一夕能夠達成，現場檢測人員存在理論知識不強、對規范不熟、標準執行不嚴等問題。此外，檢測數據的采集與判讀人員通常不是同一人，而判讀人員無法知曉現場實際情況，易導致誤判、漏判問題;因此，從現場數據采集到后期數據處理應由同一人完成，將兩者分開進行是不科學、不合理的，結果是不準確的。

（2）隧道內的檢測環境。地質雷達掃描檢測時周圍不應有電磁干擾，而隧道內的各類電纜線、施工機具、爆破開挖等情況都會產生一定程度的電磁干擾，容易導致儀器信號失真，影響數據采集效果;隧道圍巖情況也對檢測的準確性有影響，圍巖級別、支護形式的不同，也會對數據產生影響。因此，隧道內的環境對檢測結果有很大影響，然而現實中一些施工單位不重視、不配合，致使檢測結果不準。

（3）儀器的自身缺陷。一是檢測儀器的分辨率和探測深度兩個參數相互矛盾，分辨率高意味著探測深度低。二是儀器檢測方式多為表面耦合形式，即在檢測過程中儀器必須全程緊貼襯砌表面，隨著檢測量的增加，檢測人員會產生疲勞感，不能保持密貼，影響數據采集質量。三是受技術的限制，目前沒有方法通過檢測完全確定襯砌內部缺陷的尺寸，更多的是結合破檢方式探明缺陷尺寸。四是對于鋼筋混凝土襯砌，絕大部分信號會被內層鋼筋反射，僅有小部分能透過鋼筋，導致技術人員很難通過圖像準確辨識內部缺陷，此類情況也一直困擾著參建單位。

2.2 現場檢測中存在的突出問題

（1）在對運營鐵路隧道進行檢測時，需在天窗點內開展檢測，由于封鎖時間短，加之洞內各類電纜線、接觸網設備使得檢測不連續，因此導致檢測效果不夠理想。未來，地質雷達還需向提高檢測效率、提升適應環境性、自動化采集程度高、全斷面測量的方向不斷發展、改進。

（2）檢測單位與缺陷整治單位對地質雷達的理解存在偏差，施工單位盲目相信檢測設備，但實際上測線以外的部分并沒有探測，并且受雷達探測靈敏度及深度范圍的制約，不能完全暴露襯砌內部缺陷，造成許多缺陷在工程交付前的驗收環節甚至是運營多年后才被發現。

（3）由于對檢測相關知識了解不深，因此各單位在實際中仍采用固定的檢測模式，忽視了影響檢測結果的各種因素，沒有充分考慮隧道的地質情況、洞內環境情況等因素針對性地細化檢測方案，針對性、靈活性不強，沒有充分利用檢測手段。

3 地質雷達檢測過程中的規范要點

想要準確地采集檢測數據并非易事，需要我們在檢測的過程中做到規范、細致，盡量減小影響檢測質量的因素所帶來的的影響。規范的操作流程決定了采集數據的質量，而數據質量的好壞決定了對實體質量的評判。因此，相關單位的首要任務是必須保證檢測前期準備、過程采集、后期處理全過程的規范性，確保檢測結果科學、準確。

3.1 規范檢測前期準備工作[3]

（1）提前收集隧道工程地質資料、設計資料、變更情況、施工記錄等資料，掌握施工過程中的情況，如有缺陷情況應記錄具體里程、部位。

（2）制訂詳細可行的檢測計劃，根據現場查勘情況選定合適的技術參數。

（3）提前做好待檢區段里程標記，發現有標記不明顯處或沒有標記處應立即反饋，及時修補。

（4）若測線路徑上有障礙物，需及時確定可行的檢測方案，保證檢測測線連續完整。

（5）選擇滿足現場檢測要求的儀器，做好儀器的檢查、標定和保養工作。

3.2 規范檢測過程數據采集[3]

（1）測量前應檢查儀器運行情況，確認其能滿足正常工作要求。

（2）測量前應對襯砌混凝土的介電常數或電磁波速做現場標定。

（3）檢測過程中對各類異常情況做好記錄，方便后期復檢。

（4）檢測過程中應確保設備與襯砌表面全程保持緊貼。

（5）檢測過程中確保移動平穩、移動速度均勻，移動速度不宜超過5 km/h。

（6）分段測量時，相鄰測量段接頭重復長度不應小于1 m。

（7）注意保護儀器接口及線纜，用完后及時清理，以免灰塵進入，影響數據傳輸。

（8）應隨時記錄可能對測量產生電磁影響的物體（如襯砌表面的滲水、電纜、鐵架等）及其位置。

（9）對待檢區段的技術參數進行記錄（如測線位置、里程等），以便后期處理與查詢。

3.3 規范數據處理與解釋[3]

（1）數據處理與解釋人員不僅應具備一定的理論知識，還需要有豐富的現場實踐經驗。

（2）必須使用經認證或鑒定合格的軟件進行數據處理與解釋。

（3）原始數據處理前應回放檢驗，數據記錄應完整、信號清晰，里程標記準確;不得對不合格的原始數據進行處理與解釋。

（4）根據現場記錄、分析可能存在的干擾體位置與圖像記錄中異常的關系，準確區分有效異常與干擾異常。

4 結語

隧道病害嚴重影響鐵路運營和工程結構的安全性、穩定性及耐久性，每年因隧道病害引起的安全事故給國家、鐵路行業造成了巨大的損失。地質雷達作為隧道缺陷檢測中應用最廣的檢測技術之一，經歷了不斷地發展與改進，目前技術已較為成熟。未來，仍需要通過不斷優化調整，期望地質雷達探測技術能更好地服務于工程建設。與此同時，各參建單位應做好檢測知識的學習普及，各級管理人員必須在一定程度上掌握檢測的工作原理、檢測技術及優缺點，提升對地質雷達檢測的整體認知，便能更好地應用到隧道工程建設中。對地質雷達這項新技術來說，也要與實踐相結合，找到自身短板，不斷提升行業的技術水平，提高探測精度及準確度。

對工程各參建單位來說，首要考慮的是如何做好隧道工程的過程管控，研究制定科學有效的質量控制預防措施，并嚴格落實好施工各環節的盯控，從而在施工初期階段就能有效控制住質量安全，爭取做到從根源上預防、避免缺陷問題的產生。這是我們從業人員應該反思的問題，也是未來鐵路建設管理的科學發展方向。

參 考 文 獻

[1]申耀偉，尤哲敏.高鐵運營隧道襯砌質量地質雷達檢測技術[J].鐵道建筑，2012（12）：57-60.

[2]張家鳴.提高地質雷達隧道襯砌質量檢測效果的幾點措施[J].隧道建設，2014（7）：691-695.

[3]TB 10223—2004，鐵路隧道襯砌質量無損檢測規程[S].