地質(zhì)雷達(dá)在高速公路隧道無損檢測中的應(yīng)用分析

王翠翠

哈爾濱鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 黑龍江哈爾濱 150000

1 地質(zhì)雷達(dá)檢測原理

地質(zhì)雷達(dá)是通過雷達(dá)天線對隱蔽目標(biāo)體進(jìn)行全斷面掃描的方式獲得斷面的垂直二維剖面圖像，當(dāng)雷達(dá)系統(tǒng)利用天線向地下發(fā)射寬頻帶高頻電磁波，電磁波信號在介質(zhì)內(nèi)部傳播時遇到介電差異較大的介質(zhì)界面時，就會發(fā)生反射、透射和折射。兩種介質(zhì)的介電常數(shù)差異越大，反射的電磁波能量也越大；反射回的電磁波被與發(fā)射天線同步移動的接收天線接收后，由雷達(dá)主機(jī)精確記錄下反射回的電磁波的運(yùn)動特征，再通過信號技術(shù)處理，形成全斷面的掃描圖[1]。

2 隧道當(dāng)中常見的質(zhì)量缺陷及判斷標(biāo)準(zhǔn)

2.1 隧道中常見質(zhì)量缺陷

在隧道檢測中，常見的問題是襯砌厚度不足、空洞以及襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖之間的縫隙。此外，由于受溫度變化的影響和地下水的影響，隧道容易發(fā)生漏水、腐蝕、振動等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響隧道的運(yùn)營和使用壽命。

2.2 探地雷達(dá)準(zhǔn)則

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，探地雷達(dá)的圖像判斷標(biāo)準(zhǔn)主要是從密集、空曠、鋼架、鋼筋方向判斷。

3 地質(zhì)雷達(dá)在高速公路隧道當(dāng)中的無損質(zhì)量分析

3.1 探地雷達(dá)參數(shù)設(shè)置

結(jié)合探測的實際要求和本次探測的目的，有必要采用不同頻率的雷達(dá)天線。例如，900Hz雷達(dá)天線具有以下性能。首先，其探測深度可達(dá)0.5-1米，平均每秒采樣點數(shù)為60個，每米掃描次數(shù)接近60次，每5米就可以做一次標(biāo)記。因此，設(shè)置探地雷達(dá)的參數(shù)可以滿足相應(yīng)的要求。

3.2 探地雷達(dá)圖像解譯

在解釋探地雷達(dá)圖像的過程中，需要注意以下幾個方面。首先，不同的介質(zhì)具有不同的介電常數(shù)。因此，在探地雷達(dá)襯砌厚度圖像的解釋過程中，有必要根據(jù)其平均值、設(shè)計厚度和雷達(dá)探測方法的介電常數(shù)進(jìn)行分析。其次，在隧道連接未知的情況下進(jìn)行圖像判讀時，應(yīng)根據(jù)相位變化和深部雜波反射進(jìn)行推斷。在對隧道內(nèi)鋼筋圖像進(jìn)行解譯時，需要對鋼筋的位置進(jìn)行判斷，從而檢測出鋼筋的位置和間距，推斷出鋼筋的缺失信息。

3.3 地質(zhì)雷達(dá)圖像分析難點

在對地質(zhì)雷達(dá)圖像的分析過程當(dāng)中會存在以下的難點，第一是鋼筋信號的分析，由于設(shè)計中大多數(shù)是雙層鋼筋布置，所以外層鋼筋的雷達(dá)信息很好判別；而內(nèi)層鋼筋的信息，由于會受到其他因素的干擾，很難看出其具體的位置，再加上，由于施工各個因素的影響會導(dǎo)致鋼筋的位置有所偏移，由此對鋼筋的信號并未呈規(guī)則分布，由此給數(shù)據(jù)的分析造成了難度。最后，在采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行檢測時，圖像信息會受到其他信號的影響，從而會掩蓋掉一部分真實的信號，這會給圖像信息的分析帶來一定程度的難度，比如在運(yùn)行過程當(dāng)中發(fā)電機(jī)、高壓線以及其他帶有磁的物體，都會影響隧道信息的獲取，使得地質(zhì)雷達(dá)圖像處理識別受到其他信號的干擾[2]。

4 雷達(dá)檢測技術(shù)在混凝土隧道地質(zhì)檢測中的應(yīng)用

4.1 在軟弱夾層檢測中的應(yīng)用

某隧道穿過剝蝕的丘陵地貌。下伏基巖以泥巖夾砂巖為主，夾少量頁巖。從基巖整體情況看，抗風(fēng)化能力較差。在水的作用下，巖體會軟化和崩塌。隧洞進(jìn)口端頂部為砂巖，出露現(xiàn)象明顯。節(jié)理較發(fā)育。頁巖和泥巖的抗風(fēng)化能力較弱。軟巖與硬巖接觸處可能存在富水。推測隧道某段發(fā)育向斜，為軟巖與硬巖的接觸帶，部分接觸帶存在上部滯水。由于隧道埋深較大，受結(jié)構(gòu)物影響，局部基巖可能破碎。在隧道開挖過程中，出口端邊坡非常不穩(wěn)定，應(yīng)做好支護(hù)工作。用探地雷達(dá)探測隧道后，得到斷面圖。結(jié)果表明，隧道局部存在強(qiáng)反射波，頻率低，振幅大，同相軸光滑。據(jù)此推斷：掌子面前22m范圍內(nèi)有一軟弱夾層，主要由頁巖和泥巖組成。巖體全風(fēng)化，呈破碎狀態(tài)，隧道圍巖穩(wěn)定性差。隧道其他部位反射波單一，說明巖性與掌子面基本一致。當(dāng)隧道開挖至該段時，可能發(fā)生塌方等問題。

4.2 在破碎帶檢測中的應(yīng)用

某隧道穿過剝蝕的中低山地貌區(qū)。入口端邊坡植被較發(fā)育，覆蓋不同厚度的角礫土，質(zhì)地松散。有一條河從斜坡下面流過。受河流長期沖刷影響，邊坡穩(wěn)定性較差，造成進(jìn)口段地形偏斜。洞身巖性為砂巖夾頁巖。巖體堅硬、厚且穩(wěn)定。無斷裂構(gòu)造通過，存在少量小斷層。地下水賦存于裂隙中，相對豐富，在致密帶中可能較為豐富。出口一端為松散碎石土，最大厚度5.0m，洞身巖性較軟。隧道進(jìn)出口地層相互接觸，無明顯斷裂構(gòu)造通過。有一條不清楚的斷層與隧道相交。該斷層對出口圍巖有一定的影響，導(dǎo)致圍巖本身穩(wěn)定性的惡化。洞身巖層以頁巖為主，埋深較大。由于頁巖質(zhì)地較軟，在隧道開挖過程中可能發(fā)生膨脹變形。利用探地雷達(dá)探測隧道出口端，得到相應(yīng)斷面?？梢?，局部界面存在反射波，強(qiáng)度較高，同一相軸上有多處斷層，頻率變化較大。根據(jù)隧道前期地質(zhì)勘探資料，結(jié)合掌子面圍巖條件，推斷掌子面前方18m范圍內(nèi)巖體完整性較好，但由于節(jié)理裂隙發(fā)育的影響，局部巖體受到破壞，從而形成破碎帶，大大降低了穩(wěn)定性，在施工中極易坍塌。在該段后續(xù)開挖過程中發(fā)現(xiàn)了巖體破碎帶，驗證了前人的推斷。因此，探地雷達(dá)可以有效地探測隧道地質(zhì)中的斷裂帶[3]。

5 結(jié)語

我國是世界上最早使用地質(zhì)雷達(dá)探測公路病害的國家之一。時至今日，應(yīng)用雷達(dá)探測方法已比較廣泛，目前國內(nèi)公路工程質(zhì)量檢測和驗收應(yīng)充分利用地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)，減少對路面的破壞，而無損檢測技術(shù)也是日后檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢，因此地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用前景廣闊，是將來公路檢測的發(fā)展方向，它必將對以后公路建設(shè)和公路養(yǎng)護(hù)，以及公路工程質(zhì)量控制及減少經(jīng)濟(jì)損失提高效益做出巨大貢獻(xiàn)。