小議地質雷達在隧道襯砌檢測中的應用

韓立軍

中鐵一局集團有限公司廣州分公司 廣東廣州 510000

摘要：21世紀，隨著我國基礎建設的發展非常迅速，隧道工程也在蓬勃興起，人們對隧道的地質和質量問題也逐漸重視起來。隧道襯砌質量是隧道穩定及安全運營的關鍵因素，而襯砌結構受力特性較為復雜，容易出現病害，因此隧道襯砌施工質量尤為重要。采用地質雷達法重點對隧道襯砌質量進行快速檢測，得到襯砌內部空洞或不密實等異常部位，并對隧道襯砌厚度進行檢測，對隧道襯砌混凝土施工質量進行評價。

關鍵詞：隧道襯砌；地質雷達；質量檢測；應用；施工質量

引言：

新時期下，由于社會在不斷的進步發展，我國對于各類基礎設施的建設力度也在逐步加大，鐵路、公路等產業均得到了極為良好的發展。而在這些基礎建設中，隧道工程的比重極大。運用雷達方式對隧道最終的襯砌狀況進行檢測能夠獲得較高的精度，但也不可否認存在著一定的問題，影響其最終檢測效果。本文采用地質雷達快速無損檢測方法對某高速隧道襯砌施工質量進行檢測評定，取得了較好的效果。

1、地質雷達簡要介紹

眾所周知，地質雷達技術是一門新興的檢測技術，其優勢特點為能夠實現長時間的檢測，且獲得較好的檢測效果。因此，雷達檢測手段已廣泛應用于隧道襯砌及路面的檢測工作中。在對隧道襯砌進行科學檢測時，還需應用到升降機。在將工作人員抬升至指定位置后，工作人員需將雷達上的天線與隧道中的襯砌面相互貼合，而其具體的檢測速度是每小時3～5千米。整體的檢測效率極為低下。而由于鐵路的天窗時間受到一定程度上的限制，因此，上述所說的檢測方法無法對現場類的檢測工作需求進行充分滿足。為鐵路隧道進行相關檢測車輛的配置，對其具體的技術狀況進行科學檢測成當務之急。運用專屬的雷達檢測車輛進行隧道檢測，應著重關注兩方面的問題：第一，使地質雷達上配備的天線與隧道襯砌保持適宜的距離，以此將整體的檢測速率進一步提升；第二，配備多個雷達天線并完成相應的安裝工作，以此實現對多條線路的檢測工作。

2、地質雷達無損檢測技術

傳統隧道病害檢測方法基于人工視覺已不能滿足隧道工程發展要求，建立一種既不破壞隧道結構又能快速有效檢測隧道質量的方法成為一個亟待解決的問題。目前出現了多種快速無損檢測方法，主要有地質雷達法、聲波法、瞬態面波、地震法等。這些方法針對對象不同，對應測試內容也有所區別。

2.1 檢測方法選用原則

隧道襯砌病害檢測時應遵循如下原則：

（1） 檢測結果要準確可靠。選擇檢測方法時首先應確保其能準確地反映隧道損壞情況及程度。

（2） 檢測效率高，操作方便且過程短。由于質量檢測一般與施工同時進行，為盡量避免與隧道開挖、爆破等施工不相互干擾，要求檢測方法必須快速。

（3） 檢測費用經濟。由于隧道施工是漸進式的，襯砌質量檢測也要漸進進行，因此襯砌檢測頻率較高，這就要求每次的減倉費用要盡可能的低，以使整個施工過程的檢測費用相對較少。

2.2 地質雷達檢測原理

與其他幾種無損檢測方法相比，地質雷達法的優點主要是與地面不接觸，采用不同天線和信號源可以探測不同的目標層。

其工作基本原理如下：發射機向地下發送脈沖形式高頻電磁波，在地下傳播過程中當電磁波遇到電性差異的目標體時，如空洞、地層分界面，便發生反射，折回地面，由天線接收并對反射波進行處理和分析，通過波形、強度等參數就可推斷目標體空間位置、結構、幾何形態等。地質雷達可實現快速連續無損檢測，其組成主要包括發射機、天線、接收機、信號處理機和終端設備等，地質雷達探測原理如圖1 所示。

圖 1 GPR 工作原理示意圖

3、隧道質量控制標準

3.1 建筑物地表變形控制

隧道開挖不可避免地影響地表變形，包括沉降和水平位移，當隧道通過的區域地表有建筑物時，其變形控制將嚴格。我國及部分歐美國家規定地下采空的建筑物地表容許變形值，如表 1 所示。

表 1 各國建筑物地表（地基） 允許變形值

3.2 圍巖變形控制

3.2.1 最大位移值

《公路隧道施工技術規范》（JTJ042 -94） 規定，隧道周邊允許相對位移值如表2 所示。設測試位移為S，最大位移允許值為Sa，則有：

（1）當測試位移S

（2）當測試位移Sa/3< S<2Sa/3 時，說明圍巖變形已偏大，應嚴密監視圍巖動向；

（3）當測試位移 S >2Sa/3 時，應立即停止施工，并采取超前支護、注漿等加固措施。

表 2 隧道周邊允許相對位移值（m）

3.2.2 位移速率

（1）當位移速率v> 1mm/d 時，說明圍巖變形變化急劇，應嚴密監控圍巖動態；

（2）當位移速率 0.2

（3）當位移速率 v <0.2mm/d 時，說明圍巖已達到基本穩定，可進行襯砌施工。

3.3 混凝土強度標準

根據《錨 桿 噴 射 混 凝 土 支 護 技 術 規 范》（GB50086- 2001），噴射混凝土強度如表3 所示。其中，噴射混凝土1d 齡期抗壓強度不應低于 5MPa，鋼纖維噴射混凝土設計強度等級不應低于 C20，噴射混凝土彈性模量如表 4 采用。

表 3 噴射混凝土強度設計值（MPa）

表 4 噴射混凝土彈性模量（GPa）

4、隧道襯砌施工質量檢測與評價

4.1 檢測內容

襯砌是隧道最易出現病害的部位，其質量狀況是隧道整體施工質量最重要一環。隧道施工過程中由于混凝土振搗不實造成襯砌結構脫空、初襯松散欠密實，以及偷工減料造成的初襯混凝土厚度不足等問題，為此，工程現場采用地質雷達重點對襯砌質量進行無損快速檢測。本文依托某高速公路隧道開展現場質量檢測與評價。

4.2 測試方案

（1） 檢測以沿隧道軸線平行的縱向布線為主，橫向布線為輔?？v向布線分別位于隧道拱頂、左右邊墻和隧道底；橫向布線根據檢測要求布設，直線段橫向 8～12m 布設一條，曲線段 4～6m 布設一條，點測時每斷面不低于 6 個點，特殊地段進行加密檢測。

（2） 竣工驗收質量檢測與施工過程布線方式類似，以縱線為主，橫線為輔?？v向橫向布線的位置與第一條相同。

4.3 結果分析與評價

4.3.1 初襯質量檢測

在隧道初襯完成后，二襯開始之前，對隧道的初襯質量進行地質雷達快速檢測，根據隧道設計及施工具體情況，布設了縱向測線 8 條，分別布設于左右洞室的拱頂（2條）、拱腰（4條）、側墻（2條）；橫向測線 10 條，具體布置位置詳見表 5。

表 5 部分施工測線明細表

于 2010 年 4 月 18 日進入現場開展檢測工作，左洞左拱腰處的地質雷達測試結果圖像如圖2 所示，圖中顯示，在K21 +202～ K21+205.3 樁號范圍內的左洞左拱腰處襯砌界面反射信號較強，三振相十分明顯，分析認為初襯支護后有長約 3.3m，厚度（隧道徑向）為 0.23m 的異常區域，初步認定為空洞區域。若反射信號同相軸成射弧狀，不連續較分散，則說明初襯墻后有不密實異常。

K101 + 220～ 223.3 范圍內右洞右拱腰處襯砌界面反射信號較強，三振相十分的明顯，說明初襯墻后有長約3.3m 異?？斩?。若反射信號同相軸成射弧狀，不連續較分散，則說明初襯墻后有不密實異常。

圖 2 右洞右拱腰異常剖面

整個布設測線檢測結果中共發現8 處明顯異常，初步認為這些區域為空洞或不密實，現場對異常點取芯進行驗證，綜合分析后，得到具體檢測結果如表6所示，應對這些病害區域采取二次注漿進行加固。

表 6 異常解釋成果表

由表6 檢測結果可知，隧道左洞僅拱頂出現兩處長度小于4m，厚度小于 15cm 的不密實區，初襯施工質量較為良好，右洞右側拱腰出現4 處的異常

區，1 處為空洞，其余 3 處為不密實區，右洞左側拱腰出現2 處異常區。1 處為空洞，1 處為不密實區。右洞初襯出現的病害較多，應對檢測出的各病害區

進行相應處理。

4.3.2 混凝土厚度評定

對襯砌混凝土厚度的質量評定應符合下列規定：

（1）檢測噴射混凝土平均厚度≥設計厚度；

（2）檢查點中 60%≥設計厚度；

（3）檢測噴射混凝土最小厚度≥設計厚度/2。

初襯混凝土厚度檢測結果如表 7 所示。左右洞分別布設了3 條測線，分別為側墻、拱頂和拱腰，由表中數據可知，左右洞3條測線均符合質量要求，但

拱腰和側墻初襯厚度的施工質量相對較差，小于等于設計厚度占有率分別達32.7%和28.9%（右洞）、30.3% 和 31.1%（左洞）。拱頂的初襯厚度質量最好，小于等于設計厚度占有率為 3.7%（右洞）、5.4%（左洞）。

表 7 某隧道襯砌厚度檢測不合格結果

5、結束語

綜上所述，運用地質雷達進行鐵路隧道襯砌具體狀況的科學檢測，雖然具有精度高、無損性較強的優勢，但相應的代價便是巨大的工作量及較高的檢測難度。對地質雷達檢測工作進行一系列科學措施的制定，分析研究其相關問題，能夠進一步提升整體的檢測效果及相應的施工質量，并隨著實踐經驗的積累和技術水平的提高，我們有理由相信地質雷達探測技術在未來將更加成熟，并勢必在隧道超前預報中發揮出更加重要的作用。

參考文獻：

[1]邱海濤，譚卓英，趙永貴，于宏東.雷達無損檢測技術在南昆鐵路隧道檢測中的應用[J].廣西地質，2010（4）.

[2]董鑫，胡文廣，劉寶許，張偉.小型挖掘機在公路隧道大直徑豎井施工中的應用[J].筑路機械與施工機械化，2008（6） .

[3]孫凱，肖正福.地質雷達在隧道襯砌厚度檢測中的準確度分析[J].路基工程，2013（03）.

[4]費奎，郝海龍.地質雷達在襯砌檢測中的誤差分析[J].交通建設與管理，2011（02）.