地質(zhì)雷達法在某鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測中的應用

中交二公局國際公司 陜西西安 710000

1 工程概況

該文主要使用檢測、數(shù)據(jù)處理和圖表分析來確定鐵路隧道襯砌中的主要問題類型：襯砌空腔，襯砌厚度不足和襯砌質(zhì)量差。中國交建馬來西亞東海岸鐵路分部經(jīng)理部第六分部線路起訖里程為CH313+900至CH458+000，正線全長144.1km，劃分為三個工點[1]。

其中一工點由二公局國際公司實施，起訖里程CH313+900 至CH364+507，線路全長50.607km，位于關丹、甘邦境內(nèi)。一工點隧道共3.064km/6 座，其中5 號隧道1.393km，設計為單洞雙線隧道，全長1393m，隧道出口里程為CH362+368，隧道進口里程為CH360+975，全隧出口至進口3.0‰上坡，隧道最大埋深為66m，該隧道圍巖等級主要為四級～Ⅴ級，明、洞門采用明挖法，長41m，暗洞采用CRD 法、三臺階法和臺階法進行施工，長1352m，隧道由出口單頭掘進。

隧址區(qū)地形地貌起伏較大，海拔高度約為100m。表面由第四紀沖積層和沖洪積層組成。層厚度變化很大?；鶐r的種類多樣化，包括砂巖、泥巖、花崗巖、火成巖、頁巖等。表層植被茂密，分布廣泛，主要為棕櫚樹，橡膠樹和原始森林，雨水較多，對施工影響大。

2 地質(zhì)雷達法檢測原理

探地雷達（GPR）是一種地球物理方法，使用高頻無線電波來確定物質(zhì)在介質(zhì)中的分布。它使用寬帶電磁波檢測地下物體或識別不可見物體或結構，地質(zhì)雷達探測系統(tǒng)包括發(fā)射和接收天線以及管理數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收和存儲的控制系統(tǒng)。測試鐵路隧道質(zhì)量最重要的參數(shù)是：被測介質(zhì)的電特性和天線的中心頻率。其中包括：檢測介質(zhì)的電特性主要包括電導率（確定電磁波進入介質(zhì)的深度），介電常數(shù)（確定電磁波的傳播速度，識別目標物體并評估襯里的厚度）。主要基于檢測深度和垂直分辨率來考慮天線中心頻率的選擇。研究表明，在地球介質(zhì)中傳播的電磁波頻率越高，衰減越大。如果頻率恒定，則濕度越高，平均損耗越大，穿透地面的雷達中心頻率越高，雷達的探測深度越低，反之亦然。垂直分辨率是雷達區(qū)分垂直方向上最低異常的能力。根據(jù)雷達系統(tǒng)理論，垂直分辨率是雷達脈沖波長的四倍。一部分，根據(jù)以上兩個特性以及檢查鐵路隧道襯砌質(zhì)量的一般要求，我們通常選擇中心頻率為100MHz 至900MHz 的陰影天線來檢查鐵路隧道襯砌[2]。

3 檢測項目及儀器設備

測試項目：隧道襯砌上和隧道底部混凝土的厚度和濃度，以及隧道底部襯砌，鋼格柵和鋼筋的分布。設備：使用美國GSSI 公司制造的TERRASIRCHSIR3000 地質(zhì)雷達系統(tǒng)（縮寫為SIR3000）。該工具使用先進的數(shù)字控制和處理軟件，具有功能小、重量輕、功耗低、頻率帶寬、數(shù)據(jù)質(zhì)量好、干擾強等優(yōu)點，而用于400MHz 天線檢測的高頻則為2.6m 左右。如果隧道襯砌既厚又?。ㄔ?0 厘米以內(nèi)），則使用900MHz 頻率的天線也可以滿足隧道質(zhì)量檢查的要求。

3.1 二襯背后空洞

某隧道A 的里程為082.0-090.0 的雷達剖面圖集在此時顯示了襯砌界面的強烈反射，并顯示了隔離相的特征。這三個振動級別很明顯，并且在下部仍然有高反射性的界面信號。分析將其判斷為空腔。在082.6 檢查鉆孔，鉆孔的結果是第二襯里的厚度為28cm，空腔為24cm（圖1）。此外，隧道金庫B 的千米區(qū)868.0-865.0 的雷達玻璃顯示，襯管界面在該點的反射信號較強，并且襯管界面呈條紋狀分布。這三個振動水平很明顯。分析認為這是無效的。在865.2 上鉆孔以進行驗證?？椎慕Y果是第二襯里的厚度為33.5 厘米，空腔為4 厘米（圖2）。

圖1 鋼筋混凝土板縫端二襯楔形空洞圖譜及破檢結果圖

圖2 素混凝土二襯背后空洞典型圖譜及破檢結果

3.2 二襯背后不密實

某隧道A 左墻里程數(shù)為1005.0-1014.0 的雷達圖顯示，此時的襯砌界面具有高反射信號，入射軸不連續(xù)且折射。分析判斷第二襯板的背面不厚，在1012.0 處有一個孔，第二襯板的厚度為27厘米。使用內(nèi)窺鏡檢查第二個襯管的背面，外觀清晰可見（圖4）。

3.3 二襯厚度不足

某隧道B 左圓弧中心在118.4.0-122.4 公里處的雷達圖顯示，此時存在襯管反射界面，振幅較弱，襯管與初始支座緊密相連，但雷達圖顯示第二襯層的厚度為32m-45cm。襯里設計的厚度為45厘米，分析表明第二個襯管不夠厚，在120.4 處鉆了一個孔進行檢查。鉆孔的結果是第二襯板的厚度為33cm，沒有空隙（圖3）。

圖3 鋼筋混凝土二襯厚度不足圖譜及破檢結果圖

4 數(shù)據(jù)分析與解釋

襯板中鋼筋和鋼框架的數(shù)量和分布標準：鋼筋鋼筋，強烈的連續(xù)小雙曲線反射信號?？蚣芄馐焊叨壬⑸涞脑卵佬畏瓷湫盘枺垍⒁妶D5。評估襯板后面的空隙和密度的主要依據(jù)。①密實度：反射波信號的振幅很弱，界面上甚至沒有反射信號。在襯套的界面處反射的強信號的同相軸是衍射弧，是不連續(xù)且相對分散的。②脫空（空洞）：界面具有高反射率的信號襯里，可以感覺到三重振蕩相位，下部仍然具有高反射率的界面信號，兩組信號之間的時間差較大。

圖4 二襯背后不密實圖譜及破檢結果圖

5 結語

綜上所述，利用地質(zhì)雷達探測鐵路隧道可以通過雷達地圖直接反映隧道襯砌的混凝土厚度、空隙、鋼筋、鋼架縫隙和異常情況等。其次，如果使用地質(zhì)雷達檢測鐵路隧道，請選擇一個共享的400MHz 陰影天線，將時間窗口設置為45 秒，并檢測深度從0m到2.5m 的疾病。對于在建或完工的鐵路隧道項目，地質(zhì)雷達探測技術可以快速、高效、科學地確定鐵路隧道的病害，而不會破壞隧道的混凝土襯砌結構[3]。

圖5 雷達檢測鋼架分布示意圖