隧道工程質量檢測中的地質雷達技術分析

摘要 為解決隧道工程施工建設期間所產生的質量問題，必須選擇合適的檢測技術，對隧道施工質量進行無損檢測，而地質雷達檢測技術，能夠很好地完成隧道檢測工作，及時掌握隧道工程質量問題。基于此，文章以某公路工程中的A隧道項目為例，通過地質雷達技術在隧道工程質量檢測中的應用，并搭配使用鉆孔法進行結果驗證。結果表明，基于地質雷達檢測技術的應用，所得到的隧道襯砌厚度檢測誤差普遍維持在不超過±3cm的狀態，滿足了隧道工程在檢測精度方面的實際要求。應用地質雷達技術，能夠實現對隧道工程質量的精準檢測。

關鍵詞 隧道工程；地質雷達技術；質量檢測

中圖分類號 U415.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0072-03

0 引言

由于地質雷達技術可以在復雜環境中獲取高精度、高分辨率的圖像與結果數據，因此在隧道工程質量檢測中得到了廣泛應用[1]。在地質雷達技術的支持下，可以迅速、準確定位隧道工程的質量問題，為后續施工質量問題的處理提供有力支持，推動隧道工程總體施工質量的不斷提高。

1 項目概述

某公路工程的總體施工路段長度約17 km，規劃設計為雙向六車道，公路的設計車速為100 km/h，設定路基的寬度為33.5 m。在整個公路工程中，包含多座隧道，其中引入了2座最大單幅達到15 054 m的特長隧道，以及2座最大單幅達到656 m的連拱隧道。該文主要選定其中1座隧道（A隧道）為例進行分析。A隧道的埋深線深度最大值為731 m，整個隧道結構包含在深埋隧道的范疇內，屬特長隧道，在質量檢測中面對的工作難度相對較高。為更順利地獲取更為精準的隧道工程質量檢測結果，在A隧道的質檢作業中引入了地質雷達檢測技術，重點對施工裂縫、孔洞等質量缺陷進行探測與排除。

2 地質雷達技術在隧道工程質量檢測中的具體應用

2.1 工程質量檢測儀器與設備

基于地質雷達技術在A隧道工程質量檢測中的應用，使用的儀器設備包括Pulse EKKO 1000A型地質雷達系統及其硬件設備、電氣化檢修作業車、計算機設備等，并結合EKKO-View Deluxe數據分析處理系統的應用，完成檢測數據的分析與資料處理。

2.2 工程質量檢測過程與方法

在整個地質雷達檢測期間，設定450 MHz為檢測天線的頻率；將地質雷達系統調整至連續模式，針對隧道壁實施快速掃描作業，以完成現場數據的采集。在電氣化檢修作業車平臺上進行實際的檢測作業，并控制電氣化檢修作業車在整個檢測過程中始終保持勻速的行駛狀態。在此期間，將電氣化檢修作業車的行駛速度長時間維持在3 km/h的水平。

2.2.1 測線布置

以A隧道的K1047+899～K1047+944（隧標125～170 m）為例，在該段檢測里程范圍內，進行地質雷達檢測的實際隧道長度為45 m；總測線長度達到225 m。在測線布置期間，主要在隧道拱頂位置、左側與右側的拱腰位置、左側與右側的邊墻位置，分別設定測線，對應的測線編號依次設定為測線1、測線2與測線2`、測線3與測線3`；該標段內共完成了5條測線的設計，如圖1所示。另外，在實際布線與檢測期間，受電氣化接觸網的限制，主要對拱頂測線進行向左偏移隧道中心線的處理，偏移距離設定為50 cm。

2.2.2 數據分析與資料處理

為了切實地將電性分布轉變為介質分布，并在此基礎上完成對襯砌厚度、背后回填等信息的判別與確定，必須對采集到的現場數據進行處理作業[2]。在該項目實踐中，主要使用專門為地質雷達檢測儀器所配置的數據后處理軟件進行數據處理，相應軟件具備水平濾波、二維濾波、數據自動化處理、圖像繪制等多樣性功能，提升了數據處理的便捷性。

2.2.3 測量電磁波傳播速度

使用地質雷達技術對襯砌厚度進行檢測期間，所使用的儀器設備主要對界面反射波雙程走時完成記錄。為確定襯砌厚度，必須計算出襯砌混凝土結構內地質雷達電磁波的傳播速度。在該項目的檢測實踐中，主要通過厚度法的應用，確定A隧道電磁波的實際傳播速度。以A隧道中選定的K1047+899～K1047+944（隧標 125～170 m）

為例，主要在里程為136 m的位置，進行拱頂區域的鉆孔處理，70 cm為相應位置的襯砌厚度值，且該位置對應的界面反射波雙程走時為14.1 ns。通過下式計算襯砌混凝土結構內地質雷達電磁波的傳播速度（V），即：

D=V·t/2 （1）

式中，t——界面反射波的雙程走時；D——襯砌厚度值。計算結果表明，襯砌混凝土結構內地質雷達電磁波的平均傳播速度為9.929 cm/ns。

2.2.4 減小誤差的解決方法

（1）盡可能在平整區域內完成對測線的布設，保證測線與隧道內壁的緊密貼合。雷達超聲波發射裝置天線與接收裝置天線之間的范圍，即為雷達的實際可檢測范圍，對應面積普遍保持在20～30 cm2。為了提升探測雷達檢測作業的全面性及連續性，必須結合探測區域的實際情況，完成對測線布設數量的合理設定。在此期間，應針對一些容易發生質量與安全問題的區域，適當增大測線的布設密度。

（2）合理確定雷達的超聲波速度。在不同的施工區域，應切實參考相應區段的實際地形特點，完成對雷達超聲波速度的針對性設定，以保證最終測算的砌筑厚度數據結果更準確，并獲取更為精準的圖像與數據結果，保證參考所得的數據結果迅速，精準地定位質量問題的所在位置、范圍以及嚴重程度，為質量問題的高質量處理提供有力支持。同時，應在地形更為穩定、平緩的區段設置取樣點，確保最大限度地降低測量誤差，從而確定出更為合適的雷達超聲波速度。另外，反射波接收時間也會對襯砌厚度數據的計算產生一定程度的影響，應對其實施嚴格控制[3]。現階段，時間檢測精度已達0.000 1 ns的水平，可以滿足相關檢測與規定要求。

（3）在組織開展室內數據分析作業期間，必須全面、有效排除各種干擾，并針對一些容易出現干擾的地區提前實施特殊處理，以確保最終得到的數據分析結果更準確、更可靠。

（4）強化落實整個隧道工程中空洞、裂縫等質量問題的全面記錄，并在參考圖紙、圖像等項目資料的基礎上，形成綜合性更強的評估判斷結果。

3 基于地質雷達技術的隧道工程質量檢測結果分析與驗證

3.1 工程質量檢測結果與分析

3.1.1 初期支護質量檢測

在該項目支護初期，主要依托地質雷達技術的應用，判斷初期支護是否超過圍巖的壓力承受能力、是否存在塌陷或是地表晃動等問題，并檢測鋼支撐結構的現實布設數量、分布與位置等。在檢測期間，所得到的石棉瓦墊層部位雷達圖如圖2所示，對比分析基本正常的雷達圖（如圖3所示），能夠判斷出在初步支護構造中存在空洞缺陷。

對比分析圖2與圖3可知，在圖2中發現存在豎直狀態的異常波形，數量為3條，由此可以直接判斷出存在空洞問題；進一步分析得知，其空洞的深度達到30 cm，埋深在20 cm左右，主要集中在21.5～23.5 m的深度區間。同時，從圖2中還能夠觀察到反射形象，數量為1處，位置在22.5 m（深度）的位置，由此可以判斷出可能存在空洞被強反射隔開的現象。兩圖主要在施工環境條件基本一致的位置進行采集，然而最終所表現出的圖像則存在極為明顯的差異，反射狀態也不盡相同。相比較而言，圖2的反射分布狀況的不均勻程度更為明顯，而圖3的反射分布狀況更加均勻，具有一定的連續性，同時也不存在異常現象（雙線、中斷等）。從這一角度來看，無論在結構方面還是在厚度方面，圖3所對應的初步支護構造均達到了該隧道工程的建設要求，工程質量檢測結果合格。

結合該項目的實際建設情況來看，在初步支撐構造與周邊巖層的內部構造方面，存在相對明顯的復雜性特點。基于此，在實際獲取到的檢測圖像中，很難能夠做到二者之間界線的清晰劃定。與此同時，施工現場還存在一些可能對檢測工作產生不同程度干擾的其他因素，使得電磁波的反射次數有所增加，最終導致在所呈現的雷達圖像中，能夠觀察到初步支護與圍巖之間存在的空隙大小（檢測值）保持在明顯高于實際大小的水平。

3.1.2 二次襯砌質量檢測

在應用地質雷達技術進行二次襯砌質量檢測作業，主要對第二襯層的厚度大小、是否存在空洞或是裂縫等缺陷、是否存在滲水現象等進行檢查。在此過程中，搭配使用超聲回彈法，對襯砌層牢固程度實施檢測。在該項目實踐中，所得到的混凝土強度檢測結果的推定值具體如下：在檢測里程為120～650 m的范圍內，混凝土設計強度為C25，圍巖類別為V，混凝土強度換算值的平均值為29.4 MPa、標準差為2.35 MPa、最小值為22.5 MPa，混凝土強度的推定值為25.5 MPa。結合上述推定值結果，可以明確襯砌層內存在一定的空洞，但混凝土構造的實際承載能力、牢固程度均滿足質量要求。基于此，在后續的施工作業中，只需要針對空洞位置實施加固處理，即可獲取到更為理想的隧道工程施工質量與效果[4]。

3.2 工程質量檢測結果的驗證

3.2.1 檢測結果驗證方法

為了保證所得檢測結果的準確，在該項目的質量檢測實踐中，應在利用地質雷達技術完成檢測后，進一步組織進行鉆孔驗證。

3.2.2 襯砌檢測厚度驗證及計算誤差

界面判識的準確性及電磁波速度變化，是引起襯砌厚度計算誤差的兩項主要因素。在隧道工程中，受不同區段含水量方面的差異、襯砌混凝土標號及密實程度等多種因素的影響，電磁波速度均有可能發生一定程度的變化。同時，在襯砌混凝土厚度的計算中，由于只能選定一種固定的電磁波傳播速度，因此很可能會產生襯砌厚度的計算誤差。由于相關技術人員經驗、干擾波大小、界面的明顯程度等，均會對界面判識（回波時間的讀取）的準確性產生一定程度的影響，進而可能導致襯砌厚度的計算誤差。

在此次襯砌檢測厚度驗證中，所得到的襯砌厚度檢測結果與鉆孔驗證的比值結果（以A隧道中選定的K1047+899～K1047+944標段為例，下同）如下所示：左側拱腰位置（里程100 m）的檢測厚度為61.5 cm，鉆孔厚度為60 cm，誤差為+1.5 cm；右側拱腰位置（里程80 m）的檢測厚度為97.2 cm，鉆孔厚度為100 cm，誤差為-2.8 cm；右側拱腰位置（里程165 m）的檢測厚度為66.7 cm，鉆孔厚度為65 cm，誤差為+1.7 cm。綜合對比分析，基于地質雷達檢測技術的應用，所得到的隧道襯砌厚度檢測誤差普遍維持在不超過±3 cm的狀態，可以滿足隧道工程在檢測精度方面的現實要求。

3.2.3 襯砌回填松散驗證

進一步對隧道襯砌背后回填情況的檢測結果進行鉆孔驗證，結果表明：在拱頂位置（里程136 m），襯砌背后的回填檢測結果為密實，鉆孔結果為無回填松散、以前有壓漿；在左側拱腰位置（里程100 m），襯砌背后的回填檢測結果為回填松散，鉆孔結果為襯砌背后松散、無空洞；在右側拱腰位置（里程80 m），襯砌背后的回填檢測結果為回填松散，鉆孔結果為襯砌背后松散、無空洞。鉆孔驗證的對比結果表明，隧道襯砌背后的回填質量良好，基本滿足隧道工程的建設質量要求。

4 總結

綜上所述，在隧道工程的質量檢測中，所面對的工作難度相對較高。在實踐中，為更順利地獲取更為精準的隧道工程質量檢測結果，在實際的隧道施工質檢作業中，可以引入地質雷達檢測技術，重點對施工裂縫、孔洞等質量缺陷進行探測與排除。基于地質雷達檢測技術的應用，所得到的隧道襯砌厚度檢測誤差普遍維持在可允許的誤差狀態，可以滿足隧道工程在檢測精度方面的實際要求。

參考文獻

[1]李有福.地質雷達在公路隧道工程檢測中的應用[J].運輸經理世界， 2024（8）：80-82.

[2]胡振興.基于地質雷達的公路隧道無損檢測與養護管理[J].黑龍江交通科技， 2021（9）：153-154.

[3]郭壯.地質雷達在地鐵隧道施工中的應用分析[J].工程技術研究， 2023（18）：117-119.

[4]胡圣輝，梁世剛，周小兵，等.地質雷達在隧道襯砌檢測中的應用研究[J].西部交通科技， 2024（3）：118-120+124.