隧道初期支護(hù)雷達(dá)檢測電磁參數(shù)的準(zhǔn)確控制

岳仍滄，申鐵軍＊

(1.山西路橋集團(tuán)試驗(yàn)檢測中心有限公司，山西 太原 030006；2.山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006)

引言

隧道初期支護(hù)作為公路隧道襯砌的重要組成部分，其質(zhì)量直接關(guān)乎隧道工程結(jié)構(gòu)安全和使用壽命。客觀、準(zhǔn)確地評價(jià)初期支護(hù)施工質(zhì)量，是工程的重中之重，關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。“安全生產(chǎn)責(zé)任重于泰山”，積極探索、分析隧道初支雷達(dá)檢測中非質(zhì)量引發(fā)電磁參數(shù)異常的因素，采取相應(yīng)措施，控制相關(guān)條件，排除安全隱患，客觀、公正地評價(jià)初支施工質(zhì)量。公路工程隧道初支需進(jìn)行全長度施工質(zhì)量檢測，檢測合格后方可進(jìn)行下一步工序。地質(zhì)雷達(dá)檢測中若電磁參數(shù)異常影響質(zhì)量判定時(shí)，需采取開挖、鉆芯、注漿及斷面檢測等相關(guān)方法進(jìn)行復(fù)測驗(yàn)證，不僅成本高、難度大，且對工期影響頗大。故提高隧道初支超聲檢測準(zhǔn)確性，對隧道初支雷達(dá)檢測電磁參數(shù)的準(zhǔn)確控制非常重要。

1 電磁參數(shù)準(zhǔn)確控制對隧道初支雷達(dá)檢測的影響

隧道地質(zhì)雷達(dá)檢測是目前公路行業(yè)隧道初期支護(hù)施工質(zhì)量檢測的重要手段，公路隧道初期支護(hù)長度需進(jìn)行100%施工質(zhì)量檢測。雷達(dá)電磁波透射法相比于傳統(tǒng)的鑿孔破碎法具有檢測覆蓋范圍廣、靈敏度高、成本底、方便快捷及不受隧道設(shè)計(jì)參數(shù)影響等優(yōu)點(diǎn)，已成為公路行業(yè)最主要的隧道初期支護(hù)質(zhì)量檢測方式。隧道工程作為百年工程，初期支護(hù)作為整個(gè)隧道工程的基礎(chǔ)及首層“保護(hù)傘”，其施工質(zhì)量直接關(guān)乎隧道工程的使用壽命，加之其作為隱蔽工程，檢測要求尤為嚴(yán)格。由此可見，對隧道初期支護(hù)施工質(zhì)量準(zhǔn)確判定極其重要［1］。2018—2020 年隧道初支雷達(dá)電磁波檢測統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1、表2。

表1 2018—2020 年隧道初支雷達(dá)檢測電磁參數(shù)檢測結(jié)果

表2 2018—2020 年隧道初支復(fù)測信息

由2018—2020 年隧道初期支護(hù)雷達(dá)電磁波檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)可知，由非質(zhì)量引發(fā)隧道初支雷達(dá)檢測電磁參數(shù)異常率高達(dá)8.8%，直接導(dǎo)致累計(jì)復(fù)測天數(shù)達(dá)30 d，年均復(fù)測費(fèi)用高達(dá)7.97 萬元。與同行檢測單位交流發(fā)現(xiàn)，普遍存在非質(zhì)量引發(fā)電磁參數(shù)異常較高，干擾隧道初期支護(hù)施工質(zhì)量的準(zhǔn)確評定的問題，需要驗(yàn)證的隧道初期支護(hù)頻率高、距離長、范圍大，降低檢測效率的同時(shí)還增加了檢測成本，并且耽誤施工單位后續(xù)工作，影響工程進(jìn)度［2］。

2 隧道初支雷達(dá)檢測電磁參數(shù)控制因素分析

2.1 測距輪是否磨損，導(dǎo)致距離產(chǎn)生誤差

隧道初支雷達(dá)電磁波法施工質(zhì)量檢測時(shí)，測距輪經(jīng)過多次檢測后可能會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損變形，測距輪輪徑會(huì)逐漸變小。但每次檢測前都會(huì)對測距輪實(shí)際輪徑進(jìn)行測量，將測量后的實(shí)際輪徑輸入采集軟件；通過實(shí)際采集距離與卷尺測量距離進(jìn)行準(zhǔn)確性確認(rèn)，確認(rèn)結(jié)果合理準(zhǔn)確時(shí)再開展檢測工作，見圖1～圖3。

圖1 內(nèi)置測距輪輪徑測量

圖2 測距輪輪徑測量

圖3 軟件實(shí)際采集距離

2.2 初期支護(hù)平整度的影響

（1）現(xiàn)場隧道初支檢測時(shí)，如果隧道內(nèi)部路面整體相對干凈、無其他雜物影響，路面相對平坦，升降車行駛相對平穩(wěn)，升降斗上檢測人員受到的前后左右晃動(dòng)、擺動(dòng)較小，電磁波檢測天線能很好地貼合隧道初支噴漿面，采集軟件接收的反射信號波形完整，識別圖像清晰，信號接收采集情況。（2）現(xiàn)場隧道初支檢測時(shí)，如果隧道內(nèi)部路面高低起伏、雜物胡亂堆放，路面相對高低不平時(shí)，高空升降車在行進(jìn)過程中容易發(fā)生上下、左右及前后的不規(guī)律晃動(dòng)，升降車上面檢測人員受到的晃動(dòng)較明顯，在上述無規(guī)律的晃動(dòng)影響下，升降車斗中的檢測人員無法保證電磁波發(fā)射天線能很好的貼合隧道初支噴漿面，采集軟件接收的反射信號波形局部起伏較大，識別圖像模糊，局部為主電磁信號失真，影響初期支護(hù)施工質(zhì)量的評判［3］。

2.3 雷達(dá)檢測時(shí)升降車行駛速度過快的影響

初期支護(hù)施工質(zhì)量檢測時(shí)，采用地面耦合式一體屏蔽天線，該天線中心頻率高達(dá)900 MHz，每秒發(fā)射脈沖512 個(gè)，疊加次數(shù)4 次，每米測線測點(diǎn)數(shù)多達(dá)80～100 個(gè)，檢測時(shí)數(shù)據(jù)傳輸量特別大，發(fā)射天線在前，接收天線在后。檢測時(shí)升降車行駛速度過快時(shí)，天線發(fā)射的高頻脈沖發(fā)射至初支內(nèi)部還未被主機(jī)接收，測線已錯(cuò)過掃描部位進(jìn)入下一段掃描，造成掃描速度過快，接收速度慢。導(dǎo)致發(fā)射接收不匹配，造成雷達(dá)波脈沖多次疊加出現(xiàn)信號異常。檢測時(shí)升降車行駛速度較慢時(shí)，天線發(fā)射高頻脈沖后，主機(jī)能更好地接收反射信號，掃描速度與行駛速度相匹配。高空升降車行駛過快時(shí)直接影響檢測雷達(dá)掃描速度，發(fā)射信號來不及接收而強(qiáng)制進(jìn)入下一區(qū)段掃描檢測，造成雷達(dá)波形局部疊加不均衡，導(dǎo)致檢測圖像失真，電磁信號異常。高空作業(yè)車行駛速度≤ 5.0 km/h 時(shí)，檢測波形圖形清晰，識別相對容易，雷達(dá)圖像不易失真，電磁參數(shù)異常概率較低，整體檢測效果好，復(fù)測概率較小。

3 隧道初支雷達(dá)檢測電磁參數(shù)準(zhǔn)確控制措施分析

3.1 選擇合適的減震材料

在幾種減震材料中選擇并自制合適尺寸規(guī)格、厚度和硬度的減震片貼在雷達(dá)天線外側(cè)用于初期支護(hù)現(xiàn)場實(shí)際檢測，既保證雷達(dá)檢測天線與初支噴漿面貼合更密實(shí)，同時(shí)，還能減少檢測時(shí)路面平整度差帶來的前后左右晃動(dòng)影響。通過對材料彈性、厚度、硬度、耐磨性、表面光滑性及粘貼難易程度反復(fù)比較，選擇最佳的減震材料自制成定規(guī)格的減震片，粘貼在雷達(dá)檢測天線底部用于減輕隧道路面不平帶來前后晃動(dòng)的影響。經(jīng)過反復(fù)使用前后對比發(fā)現(xiàn)，使用減震片后，檢測時(shí)天線掃描時(shí)受到的阻力更小，貼合更密實(shí)，實(shí)施效果顯著。

3.2 解決升降車速度過快問題

通過現(xiàn)場反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，升降車行駛速度與初期支護(hù)雷達(dá)檢測時(shí)電磁參數(shù)異常有一定的對應(yīng)性，即速度慢時(shí)檢測波形圖形清晰，識別相對容易，雷達(dá)圖像不易失真，電磁參數(shù)異常概率較低。整體檢測效果好，復(fù)測概率較小。速度過快時(shí)檢測波形圖像拱架易出現(xiàn)前后疊加，圖像模糊，局部位置波形圖像失真，電磁參數(shù)異常概率較高。整體檢測效果差，復(fù)測概率較大。綜上，初期質(zhì)量檢測時(shí)高空作業(yè)車行駛速度≤5.0 km/h 時(shí)，檢測波形圖形清晰，識別相對容易，雷達(dá)圖像不易失真，電磁參數(shù)異常概率較低，整體檢測效果好，復(fù)測概率較小。

4 結(jié)語

檢測時(shí)，天線變位影響天線與初支噴漿面貼合密實(shí)程度，天線貼合不密實(shí)電磁波發(fā)射信號出現(xiàn)散亂無規(guī)律反射，嚴(yán)重影響電磁波脈沖傳輸，需特別注意。