隧道地質雷達試驗檢測準確性的影響因素分析

岳仍滄，申鐵軍

(1.山西路橋集團試驗檢測中心有限公司，山西 太原 030006；2.山西路橋建設集團有限公司，山西 太原 030006)

1 隧道雷達檢測準確性的影響因素

1.1 設備輔助線纜連接是否有誤

因非質量引起的初支雷達電磁參數異常率較高，影響初支施工質量的準確評定，需要進行重新檢測甚至需采取開挖、鉆孔、取芯等方式進行驗證。本研究使用的初支施工質量檢測設備采用俄羅斯GEOTECH公司生產的OKO-3型地質雷達，配備900 MHz屏蔽天線，主要由供電電源、發射機、接收機及采集筆記本電腦組成，見圖1～2。線纜連接采用屏蔽航空接頭連接，線纜數量少，電源線1根，發射接收線纜1根，連接方式簡單、操作方便快捷，所以設備輔助線纜連接是雷達電磁波參數的因素之一，但不是重要因素。

圖1 地質雷達原理圖

圖2 地質雷達連接圖

1.2 測距輪與發射天線是否共面

該研究使用的初支雷達檢測系統自帶兩套測距輪，分別是DPI內置測距輪及DPP200測距輪：當使用內置測距輪DPI時，檢測天線自帶3輪，其中前方單輪為測距輪，后方雙輪為定位輪，同時天線上部有共面調節彈簧，檢測之前只要在初支噴漿平面上反復練習幾次，檢測過程中只要保證3個輪均不脫離初支噴漿面，由空間幾何學可知，3點可確定1個平面，在保持共面前提下貼合初支平面并非難題，當使用外接測距輪DPP200時，檢測天線由1個滑動貼合面及外接測距輪組成，外接測距輪上設置共面調節彈簧，調節范圍90℃～180℃，由空間幾何學可知，適當調整很容易使1個平面與1條直線共面。使用內置及外接測距輪檢測時，檢測前適當練習，在調解彈簧幫助下，檢測天線與初支噴漿共面容易實現。

1.3 檢測時升降高度是否合適

隧道初支施工質量檢測時，會根據現場施工臺車、二村臺車的擺放位置合理選擇高空檢測作業車，現場無臺車阻擋時，采用體積較大升降較靈活的單懸臂升降臺車；當現場臺車或其他雜物阻擋時，采用體積較小升降車，上述兩種車行升降通視條件較好，高度自由可調，能勝任初支檢測工作。此外，為保證初支檢測工作正常開展，升降車司機、高空檢測操作人員、現場圖像采集人員均佩戴對講機，檢測過程中高度不合適時隨時進行調整。因此，檢測時升降高度影響因素在現場積極配合、互相溝通中完全可以規避[1]。

1.4 初支表面粗糙程度

該研究使用的初支雷達檢測系統自帶兩套測距輪，分別是DPI內置測距輪及DPP200測距輪；其中DPI內置測距輪輪徑80 mm，主要適用于初支表面較平整時的初支護質量檢測：DPP200外接測距輪輪徑167 mm，主要適用于噴射混凝土表面坑洼不平、平整度較差的初期支護質量檢測。現場通過對DPI內置與DPP200外接測距輪所測雷達曲線進行比較發現，檢測天線貼合密實的情況下，兩組測距輪所測雷達波曲線均清晰可見、未見電磁參數異常，所以初支表面粗糙程度是雷達電磁波參數的因素之一，但不是重要因素[2]。

1.5 檢測時路面平整度及測距輪的磨損

1)路面平整度差時，高空升降車上檢測人員受到前后左右晃動較大，檢測天線一定程度會發生相對晃動、脫離、偏移及旋轉，對雷達檢測影響很大。

2)多次檢測后測距輪確實可能存在一定程度的磨損與變形。

3)輸入實測測距輪直徑后，軟件實際采集距離與卷尺現場測量距離一致，表明軟件采集距離準確，滿足現場檢測精度要求，測距輪參數是影響現場檢測的因素之一，但不是重要因素。

2 隧道雷達檢測異常帶來的不利影響

由2019—2021年隧道初期支護雷達電磁波檢測結果統計可知，因為非質量引發隧道工程初期支護雷達檢測的電磁參數異常率高達8.5%，導致了累計復測的天數達到29.9 d，3 a平均復測費用達到8.0萬元，見表1～2。與同行檢測單位交流中發現，隧道工程普遍地存在非質量引發的電磁參數異常較高的問題，干擾了隧道初期支護施工質量準確評定，需要驗證隧道初期支護距離長、頻率高、范圍大，降低了檢測效率的同時還大大增加了檢測成本，而且耽誤了施工單位的后續工作實施，拖延了工期，影響了工程進度[3]。

表1 2019-2021年隧道工程初期支護雷達檢測檢測統計表

表2 2019-2021年隧道工程初期支護雷達復測統計表

3 消除影響隧道雷達檢測準確性的措施

1)首先，針對檢測時路面平整度差儀器天線貼合不密實的問題，要積極同施工單位溝通，及時處理路面；同時，尋找合適的減震材料，確保檢測貼合更密實。其次，要積極同施工單位溝通，要求在技術交底時強調行駛速度對檢測結果影響情況的重要性，同時總結分析不同行駛速度導致雷達電磁學參數異常的典型圖例，找到一個與檢測工作匹配性高的行駛速度。最后，細化隧道初期支護施工質量控制與改進措施，納入單位質量體系文件，在日常檢測過程中嚴格執行與驗證。

2)此項技術可參與土體本構模型研究工作，可協助建立隧道、地鐵沿線部分土體本構模型；可參與精細化數值模型建立及相關巖土體參數研究，可協助建立部分土體的本構模型，參與部分數值模擬工作，揭示注漿填充率對地表沉降及樁基變形的影響規律；可協助建立地鐵、隧道開挖引起的自由位移場預測方法，揭示位移場的演化規律；可參與現場調研及現場測試工作，為提出基于現場反分析算法的數值模擬提供了基礎；可參與部分現場監測工作，為提出適用于多工況下地鐵隧道開挖對受荷樁基影響分析評價方法提供基礎；提出不同工況下鄰近受荷樁基沉降控制標準和主要控制指標。可參與土體本構模型研究工作，建立隧道沿線部分模型中的土體本構模型；參與現場調研及現場測試工作，為提出基于現場反分析算法的數值模擬提供基礎，推廣精細化數值模擬工作在隧道、地鐵相關項目中的應用。

4 結束語

依托現場實施與驗證，隧道地質雷達檢測技術取得了可觀的經濟效益，并積極與其他檢測機構進行交流、驗證和效果檢驗，取得了顯著效果，隧道初支質量檢測能力與水平得到了顯著提高，非質量引發隧道初支雷達檢測電磁參數異常率得到有效控制，復測工作量減小，復測成本明顯降低，經濟效益顯著。不僅提高了企業檢測人員的專業技術水平與能力，且相關成果具備潛在推廣價值，有利于提升隧道初期支護雷達檢測現場解決相關問題的能力。此項技術在在建高速公路進行了現場實施與驗證，不僅大大提高了隧道初期支護檢測質量，而且有效縮短了工期，節省了成本，具有一定的實用價值和推廣應用價值。

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