地質(zhì)雷達分段識別技術(shù)在隧道初期支護檢測中的應(yīng)用

李　洋,龔　倫,李　濤,楊位中

(西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室,土木工程學院,成都　610031)

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地質(zhì)雷達分段識別技術(shù)在隧道初期支護檢測中的應(yīng)用

李洋,龔倫,李濤,楊位中

(西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室,土木工程學院,成都610031)

摘要：隨著國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),隧道工程的投資也在不斷增加。隧道工程內(nèi)有諸多的隱蔽工程,其質(zhì)量的控制與檢查過程存在許多困難。地質(zhì)雷達檢測法作為一種較先進的檢測手段,具有快速、高效、無損等優(yōu)點,在隧道工程施工過程中得到廣泛應(yīng)用。以遂資眉高速公路萬家溝隧道的質(zhì)量檢測項目為依托,針對檢測過程中出現(xiàn)的鋼架數(shù)量與實際不符等問題,提出鋼架數(shù)據(jù)處理過程中的分段識別,檢測結(jié)果與實際驗證的準確率達97.2%。

關(guān)鍵詞：隧道；地質(zhì)雷達；分段識別技術(shù)；初期支護

隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的快速建設(shè)，隧道工程的建設(shè)也得到了極大的發(fā)展。隧道工程作為交通體系中的重要組成部分，其安全對于線路的通暢至關(guān)重要。2008年汶川地震時通往災(zāi)區(qū)汶川的多條公路受損，沿途受災(zāi)隧道多出現(xiàn)襯砌掉塊、錯臺、仰拱隆起；更有甚者出現(xiàn)局部的壓潰，垮塌。通過震后的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：在大量出現(xiàn)襯砌掉塊的部位存在質(zhì)量缺陷，減少了隧道結(jié)構(gòu)的安全儲備[1-4]。

隧道的施工質(zhì)量與隧道營運的安全息息相關(guān)，為了有效評價隧道的施工質(zhì)量，各種檢測手段應(yīng)運而生[5-6]。地質(zhì)雷達檢測法作為一種先進的無損檢測手段有許多優(yōu)點：檢測快捷，可靠度較高，成本低[6-9]。但雷達檢測法也存在目標物定位易產(chǎn)生偏差，檢測過程易受隧道內(nèi)環(huán)境干擾，增加檢測數(shù)據(jù)的處理難度，對檢測結(jié)果的準確性有較大影響。

1工程概況及問題的提出

1.1依托工程

萬家溝隧道位于遂資眉高速公路K161+350～K162+500段，左洞長1150 m，右洞長1124 m，隧道采用四心圓斷面，內(nèi)凈空78.22 m2，寬11 m，高7.15 m，設(shè)計時速120 km。針對該隧道為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，隧道檢測分為初期支護檢測和二次襯砌檢測，其中，初期支護檢測布置左、右拱腳和拱頂3條測線。

1.2問題提出

在對萬家溝隧道左線ZK162+380～+500段初期支護檢測中，出現(xiàn)了鋼架數(shù)量檢測結(jié)果與現(xiàn)場驗證不符。檢測報告中ZK162+380～+500段鋼拱架為196榀，與現(xiàn)場驗證ZK162+380～+498段鋼架212榀相比，兩者相差較大。

2原因分析

2.1現(xiàn)場檢測原因

現(xiàn)場檢測時，因存在隧道內(nèi)路面凹凸不平、兩側(cè)堆有材料、機具等情況，造成檢測時地質(zhì)雷達天線不能一直保持與檢測面的良好接觸，隨即出現(xiàn)了天線脫離、停頓的情況(圖1、圖2)。

圖1　存在天線脫離的地質(zhì)雷達圖像

圖2　檢測過程中的天線停頓

2.2數(shù)據(jù)處理原因

天線脫離、天線停頓在常規(guī)數(shù)據(jù)處理時通常會被剪掉，以形成有效的標記里程，完整的地質(zhì)雷達圖像，后續(xù)的結(jié)構(gòu)厚度、鋼架數(shù)量、背后缺陷等檢測結(jié)果均在完整的地質(zhì)雷達圖像上進行分析獲得。

在此次數(shù)據(jù)處理時，因地質(zhì)雷達圖像前期處理的剪輯、調(diào)距等數(shù)據(jù)處理人員的經(jīng)驗不足，仍按常規(guī)方法進行處理，將因天線脫離的雷達圖像剪去，導致用于結(jié)果分析的地質(zhì)雷達圖像無法統(tǒng)計天線脫離處的鋼架，造成鋼架偏少(圖3)。

注：該段因圖像剪輯后造成鋼架只有6榀，而原始圖形中有鋼架9榀，少了3榀。圖3　ZK162+455～+460段右拱腳測線雷達圖像

經(jīng)對本次檢測的原始雷達圖形分析，左拱腳、拱頂、右拱腳測線天線脫離分別為30處、21處、31處。在數(shù)據(jù)處理過程中由于大量的數(shù)據(jù)被裁剪而造成數(shù)據(jù)缺失，是導致檢測結(jié)果失真的主要原因。

3分段識別技術(shù)

根據(jù)以上分析知，本次檢測結(jié)果不準確，存在著現(xiàn)場檢測和數(shù)據(jù)處理兩方面的問題。如何解決類似檢測結(jié)果不準確的問題，是每個隧道檢測工作者一定會面臨、又不得不克服的難題。

而發(fā)現(xiàn)這類問題的時間，往往是在室內(nèi)進行數(shù)據(jù)處理時暴露出來，此時又可能面臨無法或難以重新采集數(shù)據(jù)，留給檢測人員的只有通過充分利用已采集的數(shù)據(jù)、改進數(shù)據(jù)處理方法來彌補現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的缺失。

隧道鋼拱架都是環(huán)向在拱墻部位設(shè)置，同時，根據(jù)《鐵路隧道無損檢測技術(shù)規(guī)程》對隧道進行檢測時，往往沿隧道布置5～7條縱向測線進行檢測，若現(xiàn)場檢測時無異常，則每條測線都會檢測到任意的一榀鋼架。

若因隧道內(nèi)道路不平或材料阻擋造成天線的脫離，該種脫離使其中1榀鋼架在每條測線上都不反映的機率是相當小的，同時，每條測線檢測時天線均有脫離，不能只以其中某一條測線進行分析?；谶@一實際情況，提出了地質(zhì)雷達分段識別技術(shù)，旨在通過其他幾條測線的數(shù)據(jù)彌補其中一條測線在天線脫離時的數(shù)據(jù)缺失。

針對上述現(xiàn)象，提出摒棄剪除天線脫離、停頓后統(tǒng)計各條測線鋼架數(shù)量取最大值的方式，在不剪除天線脫離、停頓雷達圖像的前提下，采用地質(zhì)雷達分段識別技術(shù)進行鋼架檢測結(jié)果的分析，即以沿縱向每5 m長度為1個單元，對每個單元分別進行鋼拱架數(shù)量分析，取各條測線檢測結(jié)果的最大值為該單元檢測結(jié)果(表1)，再統(tǒng)計各單元的結(jié)果即得本次檢測的鋼拱架數(shù)量。

由表1可知，采用地質(zhì)雷達分段識別技術(shù)分析所得ZK162+380～+500段鋼架共計210榀，與現(xiàn)場驗證鋼架數(shù)量(216榀)對比的準確率達到97.2%。該方法也可用于隧道二次襯砌內(nèi)鋼筋數(shù)量的檢測，因為隧道二次襯砌中鋼筋的布置也是環(huán)向拱墻或全環(huán)設(shè)置的。

表1　各分段單元鋼拱架數(shù)量

4結(jié)論

(1)在地質(zhì)雷達檢測前的準備工作中，應(yīng)對檢測車經(jīng)過路線的路面進行平整并清除障礙，確保檢測過程的連續(xù)性和檢測結(jié)果的準確性。

(2)數(shù)據(jù)處理過程中，要根據(jù)實際情況具體分析，不能機械處理，避免將天線脫離時采集的數(shù)據(jù)當作無效數(shù)據(jù)，應(yīng)做詳細分析，保留有效數(shù)據(jù)，確保檢測結(jié)果的準確性。

(3)采用地質(zhì)雷達分段識別技術(shù)，分析檢測過程中天線脫離較多的數(shù)據(jù)，可有效提高鋼架檢測結(jié)果的準確性，本次鋼架檢測結(jié)果的準確率達97.2%。

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Application of Sectional Ground Penetrating Radar Detection Recognition to the Inspection of Tunnel Preliminary Support LI Yang, GONG Lun, LI Tao, YANG Wei-zhong

(Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering, Ministry of Education, School of Civil Engineering,

Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)

Abstract：With the development of domestic infrastructures, tunnel project investments have been increasing. Tunnel engineering has many hidden works and many difficulties remain in quality control. Ground penetrating radar detection, as a kind of advanced detection method, has been widely used during tunnel construction due to fast speed, effectiveness, non destructiveness it offers. Based on the preliminary support quality testing of WanJiagou tunnel, located in SuiZiMei expressway, this paper addresses the problem that the number of steel frame detected are inconsistent with the actual one and proposes sectional recognition applied to steel frame data processing. The detection results reach 97.2% accuracy against actual verification.

Key words：Tunnel; Ground penetrating radar; Sectional recognition; Preliminary support; Steel frame

中圖分類號：U456.3

文獻標識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.01.021

文章編號：1004-2954(2015)01-0083-03

作者簡介：李洋(1993—)，男，碩士研究生，E-mail:346315607@qq.com。

基金項目：國家自然科學基金項目(51178399)；西南交通大學創(chuàng)新項目(2682013CX052)

收稿日期：2014-04-20； 修回日期：2014-05-11