地質(zhì)雷達技術在隧道工程無損檢測中的應用

【摘要】在隧道施工中，對于工程質(zhì)量問題需要進行快速全面的檢測，地質(zhì)雷達作為一個無損檢測方法，具有簡便方便的特點，因此在隧道工程的檢測中廣泛應用。本文將結合具體的隧道工程實例，簡要介紹地質(zhì)雷達無損檢測技術的應用。

【關鍵詞】地質(zhì)雷達；隧道工程；無損檢測；雷達技術

1、引言

在隧道工程的施工中，會出現(xiàn)各種各樣的工程質(zhì)量問題，比如襯砌不夠密實、脫空等，因此為了及時發(fā)現(xiàn)隧道工程中的質(zhì)量問題，應采取一種快速全面的檢測方式進行檢測，并及時對質(zhì)量問題進行處理。隨著隧道工程的發(fā)展，傳統(tǒng)的檢測技術如鉆孔取芯、壓水測試等方法已經(jīng)無法達到工程檢測的要求。地質(zhì)雷達作為一種新型的無損檢測技術，操作簡單易懂，設備輕便，同時具有高分辨率的特點，因此在隧道工程的質(zhì)量檢測中廣泛應用。

2、工程概況

本工程為某市一長約9.8km的高速公路隧道，一共的12座，隧道的設計施工均是依據(jù)新奧法的原理，采用復合襯砌的形式。在本工程的隧道施工中，為了能夠及時發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題，本工程采用了地質(zhì)雷達無損檢測技術對施工中的一些項目進行質(zhì)量抽檢，并對施工質(zhì)量進行分析。以下將對初期支護厚度、二次襯砌混凝土厚度、脫空區(qū)檢測以及鋼供架規(guī)格與分布的檢測過程進行簡要的探討和分析。

3、測線布置與檢測參數(shù)

在隧道工程施工質(zhì)量檢測中，應做好測線布置工作，本工程對具體情況進行分析，決定在隧道拱頂、左右拱腳及左右邊墻共布置了五條測線，這樣可以較為全部的檢測隧道的施工質(zhì)量問題。

本工程中用于檢測的地質(zhì)雷達為RAMAC/GPR型，選用500MHz 屏蔽天線。本隧道工程施工質(zhì)量檢測中需要進行控制的參數(shù)有以下幾點：采樣的頻率設置為7005MHz，采樣點數(shù)為483點，疊加次數(shù)為8次，窗口時間為65ns，觸發(fā)采用時間觸發(fā)的方式。

4、地質(zhì)雷達檢測應用

在本隧道工程施工質(zhì)量檢測中，會得到原始的地質(zhì)雷達檢測數(shù)據(jù)。這些原始的檢測數(shù)據(jù)如果沒有進行任何的處理，是無法僅憑原始數(shù)據(jù)得出隧道襯砌的具體情況的，因此需要采用專門的地質(zhì)雷達資料處理數(shù)據(jù)，對原始的雷達檢測數(shù)據(jù)進行一定的變化和濾波處理。對原始數(shù)據(jù)的處理主要是對波形進行處理。波形的處理方式主要有增強有效信號，過濾無效信號，抑制隨機噪音，提高圖像的信噪比和分辨率等，經(jīng)過波形處理之后的原始檢測數(shù)據(jù)才可進行使用。其中還涉及到圖像判釋這一重要環(huán)節(jié)。圖像判釋的依據(jù)是地址雷達圖像的正演成果和地質(zhì)勘探資料，在這些資料的基礎上可以對所獲得的雷達圖像上的一些現(xiàn)象進行合理的闡釋，并且判斷所測量的對象是否有異常的問題，最終將各測線的圖釋結果匯總到成果圖上。根據(jù)最后的成果圖，就可以從中對隧道施工的質(zhì)量問題進行分析和判斷。

4.1初期支護厚度檢測

通常情況下，在天線發(fā)射出來的雷達波中，速度最快，最先達到接收天線的應為空氣直達波，而稍晚一點接收到的將為表面直達波，最后才是混凝土和圍巖膠結面的反射波。圍巖與混凝土之間的物性差異直接影響到反射波的能量，兩者之間的物性差異與反射波的能力成正相關關系。雷達波經(jīng)由混凝土和圍巖界面反射到地質(zhì)雷達中的反射信號表現(xiàn)在圖像中則為較強的振幅和較為連續(xù)的同相軸，根據(jù)這一特點，即可在讀取出混凝土的厚度。

4.2二次襯砌混凝土厚度檢測

圍巖與一次、二次襯砌之后是存在著很多的區(qū)別，主要體現(xiàn)在物質(zhì)成分和物理性質(zhì)上，這些方面的區(qū)別導致了這三者之間的介電常數(shù)存在著很明顯的不同，特別是在襯砌和圍巖之間。當電磁波從襯砌進行圍巖時，可以發(fā)現(xiàn)反射波的振幅出現(xiàn)了明顯增大的現(xiàn)象，同時視頻率出現(xiàn)了降低。

電磁脈沖在各結構層的界面會出現(xiàn)反射，同時在不同的結構層中電磁脈沖的速度有所不同，根據(jù)反射時間和速度，通過一定的公式計算可以求出隧道結構層混凝土的厚度。電磁脈沖在混凝土中的速度是可以預先知道的，因此在進行混凝土的厚度檢測中，最為關鍵的是準確的確定電磁脈沖在隧道各結構層的反射時間。根據(jù)反射時間和傳播速度，即可計算出結構層的厚度。在一次襯砌和二次襯砌之間往往存在縫隙，在地質(zhì)雷達的圖像上即可讀取出二次襯砌的厚度。但是在實際的地質(zhì)雷達檢測中，往往會出現(xiàn)襯砌混凝土與噴射混凝土之間的分界面在圖像中不能清楚的表現(xiàn)出來，這是因為這兩種結構的物質(zhì)都是混凝土，因此本身之間的物性差異很小，當襯砌混凝土和噴射混凝土之間結合情況較好時，在電磁脈沖的傳播過程經(jīng)過兩種結構的分界面時基本不會出現(xiàn)反射的現(xiàn)象，這表現(xiàn)在圖像中就是分界面不清晰的問題。

4.3脫空區(qū)檢測

空氣與混凝土是這兩種截然不同的物質(zhì)，兩者之間存在很大的物性差異，因此兩者物質(zhì)之間的介電常數(shù)差別較大，在隧道工程的施工中，如果襯砌混凝土背后回填時其密實度沒有達到要求的話，在混凝土與圍巖之間存在縫隙的情況下，電磁波在經(jīng)過空氣與混凝土的界面時，會出現(xiàn)很強的反射信號。脫空區(qū)越大的話，在圖像中圍巖的界面就越清晰。在地質(zhì)雷達的圖像中可以看到形狀為弧形的反射波多次出現(xiàn)，并且具有同相軸的特點，其出現(xiàn)的位置通常是在混凝土層以下，隨著時間的變化，弧形反射波的能力出現(xiàn)明顯增大的趨勢。對于脫空區(qū)大小的計算主要是根據(jù)雷達波在洞內(nèi)的行走速度和介電常數(shù)兩個參數(shù)，同時根據(jù)水平距離也可以求出脫空區(qū)的范圍。

4.4鋼拱規(guī)格與分布

由雷達發(fā)射出來的電磁波在傳播過程中，存在在能量的傳遞。根據(jù)電磁波理論，良性導體比如金屬材料，在電磁波入射到其上時會產(chǎn)生很強的反射現(xiàn)象，因此從中可以知道當電磁波在傳播過程中，如果入射到良性導體的表面時，會出現(xiàn)很強的反射現(xiàn)象，這是因為導體的存在會有較大的電磁性差異。在隧道襯砌的施工中，通常會涉及到鋼支撐和鋼筋網(wǎng)的使用，這兩種結構均是良性導體的金屬材料。在隧道工程的地質(zhì)雷達檢測中，當電磁波入射到混凝土中時，如果混凝土中存在鋼筋的話，在雷達圖像中會出現(xiàn)強烈的、明顯的反射信號，呈現(xiàn)連續(xù)點狀；如果混凝土中存在鋼拱的話，在雷達圖像中會出現(xiàn)強烈的月牙形發(fā)射信號，并且每一個鋼拱在圖像中都能出現(xiàn)一個信號。根據(jù)檢測所得到的雷達圖像，可以求出鋼拱和鋼筋的數(shù)目，根據(jù)信號的形狀，可以知道鋼拱的分布情況，同時結合設計的話，可以判定鋼拱和鋼筋的用量是否符合設計和規(guī)范要求。

5、結語

為了及時發(fā)現(xiàn)隧道工程中的質(zhì)量問題，應采取一種快速全面的檢測方式進行檢測，并及時對質(zhì)量問題進行處理。隨著隧道工程的發(fā)展，傳統(tǒng)的檢測技術如鉆孔取芯、壓水測試等方法已經(jīng)無法達到工程檢測的要求。通過采用地質(zhì)雷達檢測的方法可以對隧道襯砌混凝土的厚度、初期支護厚度等進行檢測，具有精度高、快速、無損檢測等優(yōu)點。文章通過結合工程實例，應用雷達檢測實施，總結探地雷達的應用效果。從1效果來看，雷達檢測其操作簡單易懂，設備輕便，同時具有高分辨率的特點，因此在隧道工程的質(zhì)量檢測中廣泛應用。

參考文獻

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