淺談隧道襯砌雷達(dá)檢測技術(shù)

胡 凱

(貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司)

1 簡單分析隧道襯砌雷達(dá)監(jiān)測技術(shù)

1.1 隧道襯砌可能出現(xiàn)的問題

由于修建隧道的地點大都位于山高路陡的地方，施工地點地質(zhì)條件復(fù)雜，隧道施工環(huán)境相對惡劣，施工難度很高。如果施工隊的技術(shù)水平不到位或者施工工藝不規(guī)范、工序不嚴(yán)格，則易產(chǎn)生隧道襯砌厚度不足、襯砌與圍巖不密實、出現(xiàn)空洞、隧道滲漏水等質(zhì)量通病。這種問題在隧道修建初期往往無法被人們所發(fā)現(xiàn)，而這些質(zhì)量問題留下了巨大的安全隱患，影響工程的交付使用和營運安全。襯砌厚度不足以及襯砌與圍巖不密實可能導(dǎo)致隧道的局部崩落，給人民的生命財產(chǎn)安全帶來了很大的隱患。而隔水層斷裂或者存在空洞則很容易導(dǎo)致隧道內(nèi)部積水，影響隧道的正常交付使用。因此，對隧道襯砌進(jìn)行科學(xué)、嚴(yán)格的檢查是十分必要的。

1.2 隧道襯砌雷達(dá)監(jiān)測技術(shù)原理分析

隧道襯砌雷達(dá)監(jiān)測技術(shù)是一種利用寬頻帶高頻電磁波探測介質(zhì)分布的非破壞性探測儀器，這種探測儀器使用的成本低且效果好、可信度高，在隧道建設(shè)施工當(dāng)中能發(fā)揮巨大的作用。隧道襯砌雷達(dá)的通過儀器表面的天線進(jìn)行平面移動，通過電磁脈沖波成像技術(shù)獲得斷面的掃描圖像。電磁脈沖波通過發(fā)射平臺發(fā)射一定頻率的電磁波，電磁波在隧道襯砌中進(jìn)行傳播，當(dāng)電磁波遇到差異分界面的時候就會產(chǎn)生波的反射和折射，被反射的電磁波再次通過襯砌傳回到設(shè)備的接收設(shè)備當(dāng)中，再通過計算機的成像處理形成隧道雷達(dá)面的橫斷圖。

由于隧道襯砌為層狀結(jié)構(gòu)，均為非磁性介質(zhì)，各層介質(zhì)的介電常數(shù)有明顯的差異，它們之間能形成良好的電磁反射界面。由此可以形成清晰可見的雷達(dá)成像，當(dāng)結(jié)構(gòu)層存在空洞、裂隙、脫空等情況時，在雷達(dá)資料中便會出現(xiàn)明顯的特征反射，如脫空時將產(chǎn)生夾層反射，空洞會產(chǎn)生繞射等，因此在鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)層劃分、病害檢測、隱患調(diào)查中具有良好的檢測效果。

1.3 使用雷達(dá)監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行隧道襯砌檢測的方法

不同的隧道工程的襯砌存在差異，在實際的施工過程中需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)選擇不同的雷達(dá)頻率，一般采用500 ～1 000 MHz 的頻率。在保證襯砌厚度測試精度和足夠探測厚度的前提下，一般選取采樣范圍為20 ～60 ns。在此采樣范圍之下的雷達(dá)數(shù)測線布設(shè)于易出現(xiàn)質(zhì)量問題的拱頂及左、右邊拱處，然后開始進(jìn)行檢測。如果施工地點環(huán)境惡劣，容易出現(xiàn)施工漏洞，也可于邊墻部位增加縱向測線來提高測量的效果。在活動測量數(shù)據(jù)之后再對照地質(zhì)雷達(dá)反饋波形參數(shù)表格，從而獲得檢測結(jié)果。

2 隧道襯砌雷達(dá)監(jiān)測技術(shù)的實際應(yīng)用

2.1 淺析隧道中使用雷達(dá)檢測的特點

地質(zhì)雷達(dá)檢測系統(tǒng)擁有抗干擾性強的特點，這使得其檢測精度高的特點，非常適合隧道工程這種復(fù)雜的建筑工程;另外，地質(zhì)雷達(dá)具有檢測速度快、檢測無損傷等優(yōu)越性，能夠在短時間內(nèi)獲得完整的數(shù)據(jù)。探地雷達(dá)檢測隧道襯砌厚度和空洞可做到定性分析、定量解釋。還可區(qū)分厚度不足、脫空、漏水等質(zhì)量問題，方便施工隊伍進(jìn)行二次填補，大大節(jié)約了人力、物力。

2.2 地質(zhì)雷達(dá)反饋波形參數(shù)的意義

在進(jìn)行隧道襯砌檢測之后，技術(shù)人員可根據(jù)所獲得的雷達(dá)圖像進(jìn)行定性分析，確定檢測部位是否存在質(zhì)量問題。具體來說，檢測出問題就會在圖像中呈現(xiàn)出特別的波紋，下面舉例分析:當(dāng)雷達(dá)斷面波形圖呈現(xiàn)二次襯砌底界波動的情況，且采樣范圍在30 ns，設(shè)計襯砌厚度為40 cm，這時的意義是底界40 cm 左右略有變化。這時需要對二次襯砌層進(jìn)行重新覆蓋。

當(dāng)雷達(dá)斷面波形圖呈現(xiàn)在采樣范圍30 ns，設(shè)計襯砌厚度為60 cm 的地方存在波形空洞(深色空隙)，這時的意義是拱頂部位厚度有較兩側(cè)邊拱部位薄的趨勢，且有較大的可能存在空洞，這種空洞往往會出現(xiàn)在二次襯砌層和隔水層之間，這時就需要對此層進(jìn)行二次填充。

當(dāng)采樣范圍30 ns，設(shè)計襯砌厚度為40 cm 時存在一組小波不均勻，為隔水層斷裂反映，除此之外，如果在此處出現(xiàn)深色密集波紋，且波紋深度在35 ～40 cm 之間，則也有較大的可能為隔水層斷裂。

2.3 針對使用隧道襯砌雷達(dá)監(jiān)測技術(shù)的一些建議

雷達(dá)隧洞襯砌檢測可以對目標(biāo)部位進(jìn)行詳細(xì)的檢測，在實際的施工中多有使用。在使用過程中，需要注意一下幾點:在保證分辨率且場地條件許可時，盡量使用中心頻率低的天線，這樣可以使得數(shù)據(jù)圖像足夠清晰，也可以降低對技術(shù)的要求，因為根據(jù)要求，雷達(dá)采樣的速度至少要達(dá)到天線中心頻率的3 倍，記錄波形才能更完整，如果中心頻率過高，可能會使得波形缺失，影響了實際的檢測效果。另外，在進(jìn)行檢測之前，操作人員就要對檢測地點的情況有一定的認(rèn)識，要在容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的地方進(jìn)行施工，而不能隨便布線，影響檢測的效率。

3 結(jié) 語

雷達(dá)檢測利用的是電磁波成像技術(shù)，具體來說是通過向目標(biāo)地點發(fā)出一定頻率的電磁波，利用電磁波遇到不同介質(zhì)會發(fā)生反射的特點來進(jìn)行成像。在利用此技術(shù)進(jìn)行檢測時，操作人員要根據(jù)實際的施工情況選擇性的進(jìn)行檢測，重點檢測拱頂以及其周邊的襯砌，對于垂直墻體要進(jìn)行選擇性的檢測，而不能隨便布線，影響檢測的效果。

［1］李大心.地球物理方法綜合應(yīng)用與解釋［M］.武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2011:56－57.

［2］蘇智光，錢東宏，廖建軍等.淺談地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)的精細(xì)處理［J］.工程勘察，2012，(7):84－88.

［3］熊昌盛，李晉平，陳輝等.地質(zhì)雷達(dá)檢測鐵路隧道襯砌質(zhì)量的效果驗證［J］.鐵道建筑，2011，(11):32－34.