地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道二襯質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用

袁海波

（中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙410117）

地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道二襯質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用

袁海波*

（中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙410117）

介紹了地質(zhì)雷達(dá)的工作原理，地質(zhì)雷達(dá)是一種廣泛用于地質(zhì)探測(cè)的高頻電磁脈沖波技術(shù)，結(jié)合昌寧高速禮坊隧道實(shí)際工程，闡述了地質(zhì)雷達(dá)在隧道二襯質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用，簡(jiǎn)述了測(cè)線布置、數(shù)據(jù)采集、圖像處理步驟，并對(duì)典型的雷達(dá)圖像進(jìn)行分析，證明地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在隧道工程無(wú)損檢測(cè)中能取得了較好效果。

地質(zhì)雷達(dá)；隧道；二襯檢測(cè)

1　概述

隧道工程由于種種原因在施工期或運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，可能會(huì)出現(xiàn)表面裂紋、滲漏水等病害，通常這些病害多是由隧道潛在的隱患導(dǎo)致的，如襯砌厚度不足、襯砌背后存在大面積空洞或回填不密實(shí)等。傳統(tǒng)的施工質(zhì)量檢測(cè)往往采取鉆孔取芯、開(kāi)挖取樣的破壞性手段，這樣對(duì)于防水要求極為嚴(yán)格的隧道施工極為不利。由于隧道工程是隱蔽性工程，因此需要一種有效、快速、無(wú)損的方法和手段進(jìn)行檢測(cè)。本文結(jié)合昌寧高速禮坊隧道實(shí)際工程，對(duì)禮坊隧道二襯質(zhì)量進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)。結(jié)果表明質(zhì)雷達(dá)在公路隧道質(zhì)量檢測(cè)方面效果比較理想，達(dá)到了指導(dǎo)施工的目的。

2　地質(zhì)雷達(dá)的工作基本原理

地質(zhì)雷達(dá)作為一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，自20世紀(jì)70年代開(kāi)始應(yīng)用至今已有30多年的歷史，在工程各個(gè)領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用，主要解決場(chǎng)地勘查、線路選擇、工程質(zhì)量檢測(cè)、病害診斷、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和地質(zhì)構(gòu)造等問(wèn)題。探地雷達(dá)的基本原理如圖1所示。地質(zhì)雷達(dá)是利用高頻電磁脈沖波的反射探測(cè)目的體及地質(zhì)現(xiàn)象的。其探測(cè)過(guò)程如下：地質(zhì)雷達(dá)通過(guò)發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁脈沖，此脈沖在向地下傳播過(guò)程中遇到地下介質(zhì)分界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射。反射波傳播回地表后被接收天線所接收，并將其傳入主機(jī)進(jìn)行記錄和顯示，每一測(cè)點(diǎn)接收到一道雷達(dá)波形，一條測(cè)線上全部測(cè)點(diǎn)的雷達(dá)波形排列在一起，形成完整的雷達(dá)剖面，經(jīng)過(guò)資料的后處理，進(jìn)行反演解釋便可得到地下地層或目的體的位置、分布范圍、埋深等。

圖1　地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理

3　工程應(yīng)用

3.1工程概況及參數(shù)設(shè)置

禮坊隧道為一分離式隧道，隧道長(zhǎng)度為1625m，凈空寬×高為10.75m×5m。隧道區(qū)位于構(gòu)造剝蝕低山丘陵區(qū)，山體連綿起伏，山體植被發(fā)育，沿洞軸線洞身最高點(diǎn)高程約700m，地形起伏大，山勢(shì)較陡峻，隧道進(jìn)出洞口地形較緩，植被發(fā)育，風(fēng)化層厚。隧道區(qū)山體總體走向比較紊亂，大致呈南北走向，隧道區(qū)內(nèi)水量豐富，隧道區(qū)內(nèi)微地貌發(fā)育，主要為山間沖溝，為山間洪水及地下水的排泄通道。

本次檢測(cè)儀器采用美國(guó)GSSI公司研制的Terra-SIRch SIR 3000地質(zhì)雷達(dá)。檢測(cè)之前，必須根據(jù)具體地質(zhì)情況，調(diào)節(jié)相應(yīng)的參數(shù)（主要包括雷達(dá)天線中心頻率、時(shí)窗和采樣次數(shù)等），以達(dá)到儀器的理想狀態(tài)?？紤]到探測(cè)對(duì)象主要為隧道二襯質(zhì)量，檢測(cè)對(duì)象為二襯的厚度，鋼筋數(shù)量及二襯支護(hù)背后是否有空洞，所以本次檢測(cè)采用400MHz中心頻率的天線，測(cè)量方式采用連續(xù)測(cè)量。探測(cè)的時(shí)窗主要取決于探測(cè)的深度，考慮到本次探測(cè)主要為初期支護(hù)探測(cè)，檢測(cè)深度在1m之內(nèi)即可，則時(shí)窗可取為50ns。

3.2測(cè)線布置

根據(jù)規(guī)范要求及項(xiàng)目實(shí)施大綱，沿著隧道走向的3條測(cè)線，即拱肩2條（測(cè)線1、2）以及拱頂1條（測(cè)線3），如圖2所示。

圖2　測(cè)線布置圖

3.3地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果

（1）二襯厚度檢測(cè)結(jié)果。圖3是采用Reflex軟件處理后的地質(zhì)雷達(dá)波形圖，該檢測(cè)段樁號(hào)范圍是ZK189+ 200～ZK189+230，沿測(cè)線1的位置數(shù)據(jù)采集。由于圍巖與二襯混凝土介電常數(shù)差別較大，電磁波在圍巖與混凝土界面?zhèn)鞑r(shí)將產(chǎn)生較強(qiáng)反射信號(hào)，圖3中繪制出的曲線即為該反射信號(hào)，表1列出了該檢測(cè)段測(cè)線3位置的二襯厚度的檢測(cè)結(jié)果。

圖3　地質(zhì)雷達(dá)解譯結(jié)果

（2）二襯鋼筋數(shù)量檢測(cè)結(jié)果。圖4是采用Reflex軟件處理后的地質(zhì)雷達(dá)波形圖，該檢測(cè)段樁號(hào)范圍是ZK189+110～ZK189+117.5，沿測(cè)線1的位置數(shù)據(jù)采集。由于鋼筋與混凝土介電常數(shù)差別很大，電磁波在混凝土與鋼筋界面?zhèn)鞑r(shí)將產(chǎn)生強(qiáng)烈反射信號(hào)，圖4中用垂直箭頭標(biāo)記出了鋼筋具體位置，表2列出了該檢測(cè)段鋼筋數(shù)量的檢測(cè)結(jié)果。

表1　禮坊隧道左線二襯混凝土厚度檢測(cè)結(jié)果表

圖4　地質(zhì)雷達(dá)解譯結(jié)果

表2　禮坊隧道左線二襯鋼筋間距檢測(cè)結(jié)果表

綜合表1、表2所得到的二襯厚度與鋼筋數(shù)量檢測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明二襯施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)范的要求。

4　結(jié)論

通過(guò)在昌寧高速禮坊隧道進(jìn)行的多次地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)，得到了如下認(rèn)識(shí)：

（1）地質(zhì)雷達(dá)作為一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，具有成本低，操作方便快捷，探測(cè)精度高，數(shù)據(jù)采集與處理集于一身，目標(biāo)體等異常圖像清晰且易于識(shí)別等特點(diǎn)，能有效檢測(cè)出鋼筋異常以及二襯厚度。

（2）禮坊隧道現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果表明，檢測(cè)部位拱頂測(cè)線及左、右拱腰測(cè)線二襯厚度滿足設(shè)計(jì)要求，測(cè)線部位襯砌層與原巖耦合良好。二襯鋼筋總數(shù)滿足設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)范的要求。

［1］李大心.探地雷達(dá)方法與應(yīng)用［M］.北京：地質(zhì)出版社,1994.

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P631.325

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1004-5716（2016）01-0185-03

2015-01-26

袁海波（1982-），男（漢族），四川南充人，工程師，現(xiàn)從事公路、鐵路、市政、城市地鐵等施工管理工作。