地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道襯砌檢測(cè)中的應(yīng)用

田明昆

中鐵九局集團(tuán)第二工程有限公司

地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道襯砌檢測(cè)中的應(yīng)用

田明昆

中鐵九局集團(tuán)第二工程有限公司

隧道混凝土襯砌是隧道的主要承載結(jié)構(gòu)，是隧道防水的重要工程，其施工質(zhì)量的好壞對(duì)隧道長(zhǎng)期穩(wěn)定、使用功能的正常發(fā)揮具有很大的影響。地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)隧道襯砌質(zhì)量的原則是確保施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，檢測(cè)項(xiàng)目主要包括襯砌厚度，鋼筋鋼架分布，回彈密實(shí)情況等。針對(duì)隧道施工中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，采用雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)，對(duì)混凝土襯砌與圍巖結(jié)合部出現(xiàn)的脫空、回填欠實(shí)、富水區(qū)圈定、襯砌厚度等進(jìn)行無損檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，為采取加固措施消除隱患提供依據(jù)，起到了對(duì)隧道施工質(zhì)量時(shí)實(shí)監(jiān)控的作用。

地質(zhì)雷達(dá)；鐵路隧道；襯砌檢測(cè)；應(yīng)用

1　探地雷達(dá)工作原理

地質(zhì)雷達(dá)是工程上常用的一種檢測(cè)方法，被廣泛地應(yīng)用于工程的各個(gè)領(lǐng)域之中，如場(chǎng)地勘查、工程質(zhì)量檢測(cè)、隧道病害診斷及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等。地質(zhì)雷達(dá)一種是利用高頻電磁波(頻率：106～109Hz或更高)來探測(cè)地下介質(zhì)分布的檢測(cè)技術(shù)，其基本原理是：將高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式，由地面通過天線發(fā)射器發(fā)送至地下，經(jīng)過地下目的體或地層界面反射后返回地面，并被雷達(dá)天線接收器接收，通過對(duì)接收到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行處理和解釋，從而達(dá)到探測(cè)目標(biāo)體的目的。

2　隧道襯砌檢測(cè)方法技術(shù)

2.1數(shù)據(jù)采集

地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集的主要問題包括采集參數(shù)的選擇以及標(biāo)記混亂問題。第一，通過對(duì)已知厚度的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，標(biāo)定介電常數(shù)等相關(guān)地質(zhì)雷達(dá)采集參數(shù)，多次試驗(yàn)，確定合理有效的數(shù)據(jù)采集參數(shù)，如時(shí)窗、采樣率、濾波和增益等。第二，在隧道左右邊墻上，每5m做一個(gè)單標(biāo)記，每50m做一個(gè)雙標(biāo)記，盡量避免因標(biāo)記錯(cuò)位而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果錯(cuò)位。

2.2數(shù)據(jù)處理

地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的主要問題表現(xiàn)在處理參數(shù)的選擇。地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的步驟主要有標(biāo)記疏理、廢道剔除、直達(dá)波校正、距離歸一化、濾波(包括垂直濾波和水平濾波)、反褶積等，這些處理方法是常規(guī)地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的流程。其中，有些處理參數(shù)需要進(jìn)行多次數(shù)據(jù)分析確定，如濾波、反褶積等。

2.3資料解釋

地質(zhì)雷達(dá)資料解釋的主要問題表現(xiàn)在襯砌缺陷的定性判斷和定量判斷。地質(zhì)雷達(dá)資料解釋的原則具體如下：第一，對(duì)初期支護(hù)背后空洞、二次襯砌脫空、二次襯砌背后不密實(shí)、鋼拱架缺失，以及鋼筋網(wǎng)缺失等襯砌缺陷來說，只需要定性判斷它們是否存在。通常情況下，運(yùn)用正演數(shù)值模擬隧道襯砌缺陷的地質(zhì)雷達(dá)響應(yīng)特征可直接確定檢測(cè)結(jié)果。第二，對(duì)鋼拱架間距、鋼筋間距及襯砌厚度等襯砌缺陷來說，不僅需要定性判斷它們是否存在，而且需要定量判斷它們的規(guī)模。故這類問題僅僅采用襯砌缺陷的地質(zhì)雷達(dá)響應(yīng)特征確定檢測(cè)結(jié)果是不充分的。此時(shí)，還要采用一些特殊的處理方法，如速度分析、偏移等。

3　檢測(cè)數(shù)據(jù)分析中應(yīng)注意的問題

3.1襯砌背后鋼架信號(hào)的識(shí)別

目前隧道初期支護(hù)的鋼架分為2種，即格柵鋼架和型鋼鋼架。格柵鋼架，它的斷面形式目前采用較多的是由3根或4根主筋組成，其中4根主筋的形式采用較多。4根主筋型的格柵鋼架每根鋼筋相同，在等高情況下，其抗彎和抗扭慣性矩大于三主筋型。格柵與鋼支撐一樣也是分段加工的，在架設(shè)時(shí)再組裝成形。格柵鋼架能夠很好的隨混凝土一起與圍巖密貼，噴射混凝土能充滿格柵及其圍巖的所有空隙，支護(hù)效果好;型鋼鋼架，鋼支撐為剛性拱架，多用工字鋼，剛度和強(qiáng)度大，但是這類鋼支撐與混凝土粘結(jié)不好，與圍巖間的空隙難于用噴射混凝土緊密充填。地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)到的型鋼支撐為分散的月牙形強(qiáng)反射信號(hào);格柵鋼架為分散的月牙強(qiáng)反射信號(hào)，并且呈倒置的W形狀。按照規(guī)范要求，鋼架的布置間距也有嚴(yán)格要求，一般來說，隧道圍巖較差，如Ⅴ級(jí)圍，鋼架的間距較小，而且主要用型鋼支撐;圍巖較好，如Ⅳ級(jí)，鋼架間距較大，主要用到鋼格柵，當(dāng)然圍巖更好的段落也可能不設(shè)置鋼架，施工單位在鋼架的布置上也會(huì)通過拉大鋼架的間距而達(dá)到偷工減料的目的。

3.2襯砌內(nèi)部鋼筋信號(hào)的識(shí)別

隧道二襯混凝土分為鋼筋混凝土和素混凝土2種類型，鋼筋混凝土一般布置主筋設(shè)計(jì)間距為20～25cm的雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋的雷達(dá)信號(hào)表現(xiàn)為連續(xù)的小雙曲線強(qiáng)反射信號(hào)。二襯內(nèi)部鋼筋網(wǎng)的布置情況是隧道二襯質(zhì)量檢測(cè)的一項(xiàng)重要的內(nèi)容，出現(xiàn)偷工減料的情況較多，如縱向主筋間距拉大、只布置單層鋼筋網(wǎng)、在圍巖變化段落附近少布置甚至不布置鋼筋等。

3.3襯砌背后空洞的識(shí)別

3.3.1初期支護(hù)背后空洞的識(shí)別。隧道開挖過程中由于圍巖及爆破等原因會(huì)出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)施工人員為了省事，用鋼筋網(wǎng)片、澆筑板等對(duì)超挖部分進(jìn)行遮擋并在表面噴射混凝土，從而造成初期背后空洞，這種空洞對(duì)隧道質(zhì)量安全造成嚴(yán)重隱患。某隧道利用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行初期支護(hù)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，在右拱腰DK70+985～DK70+987部位存在空洞雷達(dá)反射信號(hào)，后經(jīng)定位復(fù)測(cè)，并鉆孔驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，該部位的確存在空洞，混凝土厚度為15cm，空洞底部達(dá)到45cm，空洞本身深度為30cm，從雷達(dá)圖像上來看，從混凝土表面到空洞頂部的界面是可以確定的，但是當(dāng)電磁波進(jìn)入空洞內(nèi)部，它的傳播速度較難確定，空洞的底部界面是較難確定的。

3.3.2二襯背后空洞的識(shí)別。二襯模筑混凝土施工過程中一般會(huì)在隧道拱頂兩板接頭部位形成空洞(空腔)，這主要是由于泵送混凝土壓力不夠或澆筑過程中發(fā)生堵管，混凝土不能填充滿襯砌兩端的堵頭部位，而形成空洞(空腔)，并且伴有二襯厚度不足。這種空洞(空腔)為二襯混凝土本身的缺陷，在防水板的內(nèi)側(cè)，可以通過拱頂預(yù)留注漿孔壓漿處理。二襯背后空洞雷達(dá)圖像，雷達(dá)圖像反映的就是拱頂板接頭處的三角空腔，驗(yàn)證后得到空腔體的最大深度約30cm。

3　結(jié)論

總而言之，運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)是一種非常有效無損檢測(cè)手段，但是要提高檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性，一方面要提高理論水平，另一方面要在檢測(cè)實(shí)踐工作中注意收集和整理典型實(shí)例，注意理論和實(shí)踐的相互驗(yàn)證，才能不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高檢測(cè)水平。。

[1]楊文.地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道工程襯砌質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用探討[J].甘肅科技縱橫,2015,02:55-57.

[2]景勝.地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道檢測(cè)中的應(yīng)用及典型圖像分析[J].西部探礦工程,2015,04:188-191.