地質(zhì)雷達在隧道襯砌質(zhì)量檢測中的應(yīng)用分析

張玭昊

摘 要：在對隧道襯砌質(zhì)量實施檢測過程中，由于地質(zhì)雷達具有可靠、經(jīng)濟以及輕便靈活等特點，因此其應(yīng)用越來越廣泛，可以使隧道襯砌質(zhì)量檢測準確性進一步提高。本文首先對地質(zhì)雷達的相關(guān)原理加以分析，并根據(jù)實際工程，對檢測時的雷達圖像和隧道缺陷進行分析，最后對提高檢測精度的相關(guān)措施進行總結(jié)，旨在為今后檢測提供借鑒。

關(guān)鍵詞：圖像特征;隧道襯砌質(zhì)量;地質(zhì)雷達

1 概述

地質(zhì)雷達主要具有無損、高效、抗干擾能力強、可靠性、經(jīng)濟性、靈活性以及輕便性等特點，因此在對水利、市政、公路以及鐵路等實施無損檢測過程中，其應(yīng)用越來越廣泛。使用該種方法不但可以使隧道安全質(zhì)量狀況評價更加科學，還可以使隧道施工質(zhì)量管理力度進一步提高，從而達到提高隧道施工質(zhì)量的目的。因此施工單位在對隧道實施施工過程中，應(yīng)以地質(zhì)雷達為基礎(chǔ)，對其襯砌缺陷進行分析，為施工管理提供依據(jù)。

2 地質(zhì)雷達的主要原理

在實施地質(zhì)雷達檢測時，其本質(zhì)是電磁波探測技術(shù)，具有連續(xù)、非接觸、快速等特點，因此其分辨率高、采集速度快。電磁波的傳遞過程需要借助介質(zhì)，因此介質(zhì)的幾何形態(tài)以及電性質(zhì)與其波形、電磁場強度以及路徑息息相關(guān)。因此，技術(shù)人員可以以接收波的波形、幅度以及雙程走時（旅行時間）為基礎(chǔ)，對地下介質(zhì)分布情況加以分析。

接收部分以及發(fā)射部分為地質(zhì)雷達重要組成部分，其中發(fā)射部分主要可分成天線（向外輻射電磁波）以及發(fā)射機（產(chǎn)生高頻脈沖波）兩部分，以60°～90°波束角的形式將電磁波發(fā)射到地下，在電磁波的傳播過程中，若存在電性分界面，則會出現(xiàn)反射，隨后由接收電線接收反射波及直達波，并將其傳遞到接收機，并對其圖像進行處理，對前方目標體進行探測。圖1為計算圖。

其中：收發(fā)距為x（該值一般為固定的）;波速為v（介質(zhì)一定時，該值固定）;目標體深度為z;t為電磁波雙程走時。為了了解物體內(nèi)部的介質(zhì)剖面圖，技術(shù)人員可以將接收天線和發(fā)射天線同步在物體表面進行移動進行探測。

3 對隧道襯砌質(zhì)量進行檢測時其典型圖譜的主要特征

3.1 襯砌厚度

以原理為基礎(chǔ)對地質(zhì)雷達檢測原理加以分析可知，在介質(zhì)電性差異不斷增加的過程中，其探測效果差異則會隨之提高。因此在對襯砌混凝土實施檢測過程中，其圍巖和混凝土之間的接觸密實度越高，質(zhì)量越好，其反射能量則會相應(yīng)降低，圍巖和混凝的反射截面模糊性則會越高。技術(shù)人員在對雷達剖面圖進行分析時，可以得到能量強、連續(xù)性好的反射波組，則可明確圍巖或噴射混凝土與襯砌混凝土間分界面的具體位置，最終可對襯砌厚度進行分析。但是在對隧道圍巖實施開挖施工時，通常會出現(xiàn)欠挖或超挖問題，導致圍巖和襯砌截面反射波曲線具有一定的起伏。對襯砌厚度進行計算時，可以用以下式為依據(jù)：

其中：襯砌厚度為h;襯砌雷達波速為v;電磁波雙程旅行時間為Δt（ns）。以圖譜（圖2）為基礎(chǔ)，對其進行分析，可知部分施工段襯砌厚度與設(shè)計要求不相符。

當鋼筋混凝土為二襯布設(shè)時，在電磁波趨膚效應(yīng)等的影響下，混凝土中雙層鋼筋會使電磁波衰減，導致襯砌厚度計算困難進一步提高，為了使鋼拱架更清晰，技術(shù)人員可以運用反褶積、濾波等手段對圖像實施處理，與此同時，技術(shù)人員可以以鋼拱架位置為依據(jù)，對二次襯砌厚度進行分析。

3.2 鋼拱架和鋼筋

對相關(guān)規(guī)范進行分析可知，雷達圖譜所反映出的鋼筋信號應(yīng)為小雙曲線形（見圖3）;與此同時，雷達圖譜所反映出的鋼拱架信號應(yīng)為月牙形（見圖4）。

產(chǎn)生上述圖譜的主要原因是，在對隧道實施檢測過程中，其鋼筋混凝土中的鋼筋通常為多根并排的形式，相鄰鋼筋會產(chǎn)生干擾，由于雷達分辨率、鋼筋間距以及直徑等的影響，會使其呈現(xiàn)連續(xù)點狀強反射;在對鋼拱架進行檢測時，其呈現(xiàn)出的形狀為開口向下、分散的弧形，通常相較于鋼筋，鋼拱架的信號更強。

3.3 不密實和空洞

在對隧道襯砌質(zhì)量進行檢測時，不密實和空洞是常見的病害種類。當進行二次襯砌施工時，若所使用的工藝為模筑泵送混凝土工藝，拱頂施工接縫處極易出現(xiàn)三角形空洞，在雷達圖譜上主要表現(xiàn)為相鄰道間存在相位錯位、同相軸呈弧形、相位反轉(zhuǎn)、強反射以及多次性等特點。當存在不密實情況時，圖像有較分散、強反射信號同相軸不連續(xù)。

以地質(zhì)雷達技術(shù)為基礎(chǔ)對隧道襯砌質(zhì)量實施檢測過程中，剖面還可以反映出高壓線、機動車、鋼板、臺架以及模板臺車等物體，與此同時，檢測數(shù)據(jù)還會受到信號接收器以及移動電話的影響。在實施檢測時，為了使檢測數(shù)據(jù)更加準確，技術(shù)人員應(yīng)減少外部干擾，若無法控制干擾，技術(shù)人員應(yīng)對干擾信號進行記錄，并對雷達圖像實施觀察，一旦出現(xiàn)異常則應(yīng)對其原因進行查找，對構(gòu)造物以及地下管線等情況實施分析，使檢測準確性進一步提高。

4 保障檢測精度的主要措施

4.1 對數(shù)據(jù)采集增益設(shè)置過程進行控制

技術(shù)人員在實施增益設(shè)置過程中，應(yīng)采用現(xiàn)場錘擊聽聲法對變強噴射混凝土進行測試，選擇密實度最好的部位進行設(shè)置，由于隧道拱部極易出現(xiàn)脫空及崆峒等病害，因此技術(shù)人員不應(yīng)拱部位置實施增益設(shè)置。除此之外，在對現(xiàn)場實施增益設(shè)置時，技術(shù)人員還應(yīng)將雷達天線周圍干擾物清理干凈。

4.2 對干擾圖像辨識以及病害識別過程進行控制

為了使隧道干擾圖像辨別以及病害識別準確度進一步提高，技術(shù)人員不但需要熟悉干擾信號雷達圖和隧道典型病害，還需要了解隧道施工和設(shè)計技術(shù)，對雷達圖病害信號進行有針對性的分析。例如：當隧道出現(xiàn)超挖時，初期支護拱架會出現(xiàn)空洞或脫空等問題，此時圖像中的異常強反射通常出現(xiàn)在深度0.2 m～0.4 m處。與此同時，當隧道內(nèi)存在干擾源時，技術(shù)人員應(yīng)對其進行記錄，并對記錄內(nèi)容進行控制，提高其詳細度，使數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)分析更加準確;技術(shù)人員還應(yīng)對異常信號原因進行判斷，判斷其異常原因是由干擾源導致的還是由襯砌內(nèi)病害所導致的。在移動天線過程中，圍巖和襯砌之間的表面反射信號和反射信號變化應(yīng)為同步的，但是當隧道內(nèi)存在干擾源時，其反射波會呈現(xiàn)反向變化的情況，以此為依據(jù)，便可對異常原因進行判斷。

4.3 對隧道襯砌厚度檢測進行控制

為了使波速數(shù)值更加準確，技術(shù)人員應(yīng)多選擇幾個位置進行鉆孔，并對波速平均值進行計算，當波速值為3～5個時，可以將其誤差控制在5%的范圍內(nèi)。與此同時，在對波速進行檢測時，技術(shù)人員還可以使用微電測深法（誤差范圍為-2 cm～2 cm），該種方法不需要打孔，且測量過程便捷，達到多次測量的目的。通過對檢測過程進行分析可知，平均波速法可以將襯砌厚度誤差控制在-5 cm～5 cm的范圍內(nèi)。

4.4 對隧道襯砌質(zhì)量檢測里程定位進行控制

在對隧道襯砌質(zhì)量實施檢測過程中，時間觸發(fā)方式應(yīng)用較為廣泛。為了使其檢測精度進一步提高，技術(shù)人員在進行現(xiàn)場采集過程中，技術(shù)人員應(yīng)對天線移動速度進行控制，并盡量保持勻速，使里程內(nèi)插誤差進一步降低，與此同時，為了使定位里程準確度進一步提高，技術(shù)人員應(yīng)提高記錄的詳細性。

5 結(jié)束語

在對隧道襯砌質(zhì)量進行無損檢測過程中，地質(zhì)雷達技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，其不但可以為隧道竣工驗收和施工質(zhì)量控制提供借鑒，還可以對隧道運營安全性進行評價，在隧道維護、運營以及建設(shè)過程中起到了至關(guān)重要的作用。技術(shù)人員應(yīng)充分了解地質(zhì)雷達的檢測原理，對質(zhì)量缺陷進行分析，判斷其圖譜異常的主要原因，與此同時，技術(shù)人員還應(yīng)對地質(zhì)雷達檢測準確性進行控制，使其判定更加準確，保障地質(zhì)雷達的檢測精度，從而達到提高隧道襯砌質(zhì)量的目的。

參考文獻：

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