地質雷達在高速公路隧道無損檢測中的應用分析

王翠翠

哈爾濱鐵道職業技術學院 黑龍江哈爾濱 150000

1 地質雷達檢測原理

地質雷達是通過雷達天線對隱蔽目標體進行全斷面掃描的方式獲得斷面的垂直二維剖面圖像，當雷達系統利用天線向地下發射寬頻帶高頻電磁波，電磁波信號在介質內部傳播時遇到介電差異較大的介質界面時，就會發生反射、透射和折射。兩種介質的介電常數差異越大，反射的電磁波能量也越大；反射回的電磁波被與發射天線同步移動的接收天線接收后，由雷達主機精確記錄下反射回的電磁波的運動特征，再通過信號技術處理，形成全斷面的掃描圖[1]。

2 隧道當中常見的質量缺陷及判斷標準

2.1 隧道中常見質量缺陷

在隧道檢測中，常見的問題是襯砌厚度不足、空洞以及襯砌結構與圍巖之間的縫隙。此外，由于受溫度變化的影響和地下水的影響，隧道容易發生漏水、腐蝕、振動等現象，嚴重影響隧道的運營和使用壽命。

2.2 探地雷達準則

根據相關文獻，探地雷達的圖像判斷標準主要是從密集、空曠、鋼架、鋼筋方向判斷。

3 地質雷達在高速公路隧道當中的無損質量分析

3.1 探地雷達參數設置

結合探測的實際要求和本次探測的目的，有必要采用不同頻率的雷達天線。例如，900Hz雷達天線具有以下性能。首先，其探測深度可達0.5-1米，平均每秒采樣點數為60個，每米掃描次數接近60次，每5米就可以做一次標記。因此，設置探地雷達的參數可以滿足相應的要求。

3.2 探地雷達圖像解譯

在解釋探地雷達圖像的過程中，需要注意以下幾個方面。首先，不同的介質具有不同的介電常數。因此，在探地雷達襯砌厚度圖像的解釋過程中，有必要根據其平均值、設計厚度和雷達探測方法的介電常數進行分析。其次，在隧道連接未知的情況下進行圖像判讀時，應根據相位變化和深部雜波反射進行推斷。在對隧道內鋼筋圖像進行解譯時，需要對鋼筋的位置進行判斷，從而檢測出鋼筋的位置和間距，推斷出鋼筋的缺失信息。

3.3 地質雷達圖像分析難點

在對地質雷達圖像的分析過程當中會存在以下的難點，第一是鋼筋信號的分析，由于設計中大多數是雙層鋼筋布置，所以外層鋼筋的雷達信息很好判別；而內層鋼筋的信息，由于會受到其他因素的干擾，很難看出其具體的位置，再加上，由于施工各個因素的影響會導致鋼筋的位置有所偏移，由此對鋼筋的信號并未呈規則分布，由此給數據的分析造成了難度。最后，在采用地質雷達進行檢測時，圖像信息會受到其他信號的影響，從而會掩蓋掉一部分真實的信號，這會給圖像信息的分析帶來一定程度的難度，比如在運行過程當中發電機、高壓線以及其他帶有磁的物體，都會影響隧道信息的獲取，使得地質雷達圖像處理識別受到其他信號的干擾[2]。

4 雷達檢測技術在混凝土隧道地質檢測中的應用

4.1 在軟弱夾層檢測中的應用

某隧道穿過剝蝕的丘陵地貌。下伏基巖以泥巖夾砂巖為主，夾少量頁巖。從基巖整體情況看，抗風化能力較差。在水的作用下，巖體會軟化和崩塌。隧洞進口端頂部為砂巖，出露現象明顯。節理較發育。頁巖和泥巖的抗風化能力較弱。軟巖與硬巖接觸處可能存在富水。推測隧道某段發育向斜，為軟巖與硬巖的接觸帶，部分接觸帶存在上部滯水。由于隧道埋深較大，受結構物影響，局部基巖可能破碎。在隧道開挖過程中，出口端邊坡非常不穩定，應做好支護工作。用探地雷達探測隧道后，得到斷面圖。結果表明，隧道局部存在強反射波，頻率低，振幅大，同相軸光滑。據此推斷：掌子面前22m范圍內有一軟弱夾層，主要由頁巖和泥巖組成。巖體全風化，呈破碎狀態，隧道圍巖穩定性差。隧道其他部位反射波單一，說明巖性與掌子面基本一致。當隧道開挖至該段時，可能發生塌方等問題。

4.2 在破碎帶檢測中的應用

某隧道穿過剝蝕的中低山地貌區。入口端邊坡植被較發育，覆蓋不同厚度的角礫土，質地松散。有一條河從斜坡下面流過。受河流長期沖刷影響，邊坡穩定性較差，造成進口段地形偏斜。洞身巖性為砂巖夾頁巖。巖體堅硬、厚且穩定。無斷裂構造通過，存在少量小斷層。地下水賦存于裂隙中，相對豐富，在致密帶中可能較為豐富。出口一端為松散碎石土，最大厚度5.0m，洞身巖性較軟。隧道進出口地層相互接觸，無明顯斷裂構造通過。有一條不清楚的斷層與隧道相交。該斷層對出口圍巖有一定的影響，導致圍巖本身穩定性的惡化。洞身巖層以頁巖為主，埋深較大。由于頁巖質地較軟，在隧道開挖過程中可能發生膨脹變形。利用探地雷達探測隧道出口端，得到相應斷面。可見，局部界面存在反射波，強度較高，同一相軸上有多處斷層，頻率變化較大。根據隧道前期地質勘探資料，結合掌子面圍巖條件，推斷掌子面前方18m范圍內巖體完整性較好，但由于節理裂隙發育的影響，局部巖體受到破壞，從而形成破碎帶，大大降低了穩定性，在施工中極易坍塌。在該段后續開挖過程中發現了巖體破碎帶，驗證了前人的推斷。因此，探地雷達可以有效地探測隧道地質中的斷裂帶[3]。

5 結語

我國是世界上最早使用地質雷達探測公路病害的國家之一。時至今日，應用雷達探測方法已比較廣泛，目前國內公路工程質量檢測和驗收應充分利用地質雷達檢測技術，減少對路面的破壞，而無損檢測技術也是日后檢測技術的發展趨勢，因此地質雷達的應用前景廣闊，是將來公路檢測的發展方向，它必將對以后公路建設和公路養護，以及公路工程質量控制及減少經濟損失提高效益做出巨大貢獻。