地質(zhì)雷達無損探測技術(shù)在隧道檢測中的應用

姚軍

廣西恒寧建筑工程質(zhì)量檢測有限責任公司 廣西 南寧 530000

1 地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)的概述

近些年，我國交通建設處在高速發(fā)展的時期，也因此，對于不同交通工程設施的需求也在提升，其中就包括公路、鐵路等。在對隧道工程進行建設時，需要對其本身的質(zhì)量問題予以高度重視，就實際來看，在以往的隧道工程施工中，施工單位一般都會使用直接爆破的施工方式，這樣施工則會使得隧道后期建設運行出現(xiàn)問題，尤其是在襯砌層內(nèi)部會產(chǎn)生較大的空洞，致使隧道內(nèi)側(cè)的厚度沒有達到相應的施工要求，這就會在隧道工程中埋下安全隱患。在這種情況下，就需要應用相應的檢測技術(shù)，對隧道工程質(zhì)量問題進行科學檢測，以便于及時發(fā)現(xiàn)其中的問題，通常會使用地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)，該技術(shù)在隧道工程檢測中具有較大的優(yōu)勢，在對該技術(shù)進行應用時，需要對該技術(shù)的工作原理予以掌握，實現(xiàn)對該技術(shù)的有效應用[1]。

1.1 地質(zhì)雷達檢測的基本原理

具體來說，地質(zhì)雷達就是通過無線電波，針對需要檢測的隧道襯砌、巖土、鋼筋等多種類型的介質(zhì)進行全面掃描，并以寬頻帶短脈沖這一形式對高頻電磁波進行應用，在隧道工程的襯砌面發(fā)射天線，并將其傳播到隧道襯砌內(nèi)部，之后則會經(jīng)過空氣、混凝土、鋼筋以及巖層等多種介質(zhì)層，反射之后返回，最終被接收天線接收到相應的信號。在信號被雷達接收到之后，技術(shù)人員就可以利用計算機對相關(guān)信號予以科學分析處理，結(jié)合分析結(jié)果對隧道襯砌的質(zhì)量情況進行合理判斷。

1.2 地質(zhì)雷達檢測方法分析

在隧道工程檢測過程中應用地質(zhì)雷達無損探測技術(shù)時，天線發(fā)出的信號會在隧道中停留一段時間，如果時間越長，那么在接收反射信號的時間也會變得更長。若是隧道內(nèi)壁沒有裂紋、空洞等多種問題，那么信號就不會接觸到這種類型的邊界，這樣則會反射過來比較強的信號。相關(guān)技術(shù)人員則能夠根據(jù)反射回來的信號的強弱情況，對具體的數(shù)據(jù)信息進行分析，以此對隧道內(nèi)壁的實際情況予以合理判斷，明確其中是否存在問題，隧道襯砌是否存在安全隱患，同時也會結(jié)合隧道內(nèi)部的結(jié)構(gòu)狀況，對其本身存在的缺陷問題所處的位置予以大致判斷，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)無損檢測的目的，進而提高隧道檢測的有效性[2]。

另外，據(jù)有些實驗證明，雷達發(fā)出的電磁波，若是在傳播過程中遇到不同類型的介質(zhì)，其自身的傳播速度也會出現(xiàn)一定的變化，而介質(zhì)常數(shù)既與其自身的屬性有著較大的關(guān)系，同時也會受到含數(shù)量的影響，如果對地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)進行科學運用，則能夠在一定程度上改善物質(zhì)檢測的靈敏度，對以往檢測方式存在的問題予以有效解決，比如，信號不明顯、收集難度高等，通過使用地質(zhì)雷達檢測技術(shù)則能夠保障信號的強度，也能夠保障檢測數(shù)據(jù)信息的精準性，使得不同物質(zhì)能夠被清楚分辨出來，免受介質(zhì)的影響。

2 地質(zhì)雷達無損探測技術(shù)在隧道檢測中的應用分析

在隧道工程中，空氣介質(zhì)會與襯砌中的混凝土、鋼筋、鋼架等多種介質(zhì)之間，在介電常數(shù)方面會產(chǎn)生較大的差異，通過雷達發(fā)射的高射電磁波，會在空氣中進入到隧道襯砌內(nèi)部的混凝土層之中，以此產(chǎn)生界面強反射。同時，高頻電磁波在經(jīng)過襯砌會傳播到巖層之中，在這一傳播過程中，會遇到鋼筋、工字鋼等材料，或者是遇到界面問題，致使雷達剖面上的象位、振幅出現(xiàn)一定的變化，面對這種情況，就能夠?qū)σr砌厚度以及施工問題予以了解，進而針對具體問題制定相應的解決措施。

2.1 儀器設備及檢測過程

相關(guān)施工單位在針對隧道檢測工作，選用地質(zhì)雷達無損檢測所需要使用的地質(zhì)雷達時，通常會使用國外生產(chǎn)的地質(zhì)雷達，并且還會結(jié)合隧道地質(zhì)環(huán)境的具體情況，選擇合加拿大的EKKO系列儀器設備或者是美國的SIR系列儀器設備，使得選定的儀器型號能夠符合實際檢測需求，進而保障實際檢測效果。另外，在具體的檢測過程中，一般會將檢測項目分為三部分，那就是隧道襯砌層厚度、襯砌層與圍巖之間的密度度、巖體之間的電性這3個檢測項目。在對這3個方面進行檢測時，就是通過地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)，掌握隧道不同部門的具體數(shù)據(jù)信息，并能夠通過分析數(shù)據(jù)信息，判斷隧道內(nèi)部是否存在施工問題。就實際來看，探地雷達的發(fā)射天線在運行過程中，就是將高頻短脈沖電磁波直接定向送入到地下，而在電磁波的傳播過程中，若是遇到具有電性差異的地層或者是相應的目標體，那么電磁波就會進行反射以及透射，探地雷達的天線在接收到相應的反射波信號之后，就會將其數(shù)字化，并且還會借助電腦將反射波的波形形式予以詳細記錄下來，這也有助于提高分析的效率及效果[3]。

在對采集的各項數(shù)據(jù)信息進行處理時，相關(guān)技術(shù)人員則可以結(jié)合反射波的具體傳播時間、幅度以及波形等多方面，對地下目標體的空間位置、結(jié)構(gòu)、分布特點等進行科學合理的判斷。此外，在對地質(zhì)雷達進行選擇時，也要對有關(guān)參數(shù)及隧道工程的具體特點予以充分考量，進而選擇適合隧道工程檢測的地質(zhì)雷達。以某隧道工程為例，經(jīng)過綜合考慮，相關(guān)單位在對隧道工程進行檢測之前，選用了RAMAC/GPR 型地質(zhì)雷達，并且還配備了500mHz的屏蔽天線。具體來看，該雷達具有高集成化、真數(shù)字式、體積小、重量輕等多個特點，并且能夠進行擔任操作，功耗也比較低，主機的功耗僅有25W,整個系統(tǒng)的耗電量也比較低，不需要電瓶進行供電，也為處在野外環(huán)境中的隧道工程檢測提供了較大的便利性。

2.2 檢測數(shù)據(jù)收集

在針對隧道工程應用相應的地質(zhì)雷達無損探測技術(shù)的過程中，技術(shù)人員對于天線發(fā)射的信號與隧道襯砌的實際結(jié)合程度予以高度重視，若想獲取到精準的探測數(shù)據(jù)信息，則應該嚴格遵循相應的檢測標準要求，對地質(zhì)雷達設備進行正確操作，而且在對其進行滑動時，需要沿著既定的檢測路線進行移動。在雷達設備發(fā)出相應的信號時，就要對隧道內(nèi)的信號狀態(tài)進行時刻關(guān)注，也要為信號收集做好相應的準備工作。一般情況下，地質(zhì)雷達發(fā)出的脈沖信號，其頻率基本為每秒64，所以，在每一個脈沖信號被發(fā)出之后，在發(fā)射區(qū)域就能夠獲得諸多監(jiān)測點，通常在45到60這一范圍內(nèi)。有關(guān)技術(shù)人員在隧道檢測工作中，應該立足于無損這一基礎上，保障檢測數(shù)據(jù)的準確性以及全面性，針對收集到的數(shù)據(jù)信息，對隧道工程情況進行分析，正確判斷其中存在的安全隱患。

地質(zhì)雷達在檢測之前，需要對隧道檢測位置的介電常數(shù)予以清晰標定。在具體的工作過程中，要按照具體步驟進行，在隧道工程現(xiàn)場對襯砌混凝土的介電常數(shù)進行標定時，要保證每一座隧道至少有一處，在對每一處位置進行檢測時，至少要檢測3次，同時還要取平均值，將其作為這一隧道工程的介電常數(shù)。若是遇到長隧道工程，則要增加一定的標定點數(shù)。在進行介電常數(shù)標定時，要選用合適的方法。比如，進行鉆孔測定；在已知的隧道厚度位置進行測量；在洞口或者是洞內(nèi)的避車位置，使用雙天線直達波法進行測量。在進行參數(shù)求取時，應該做好相應的準備，確定測量目標體的厚度在15cm及以上，明確厚度[4]。

2.3 測量數(shù)據(jù)處理分析

在隧道檢測過程中所使用的地質(zhì)雷達，主要是借助超高頻、寬頻帶電磁脈沖技術(shù)開展相應的檢測工作，也因此，采集的數(shù)據(jù)很多都是將反射波的特點作為相應的參考依據(jù)。不過，在實際檢測中，隧道環(huán)境會對雷達信號造成干擾，為了防止出現(xiàn)這類干擾，使得檢測結(jié)果更加準確，則要對原始數(shù)據(jù)進行科學處理，所以，相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員要對收集到的數(shù)據(jù)信息予以系統(tǒng)分析。在對數(shù)據(jù)信息進行處理，通常涉及記錄數(shù)據(jù)回訪、正式信息處理這兩個階段。在第一階段，技術(shù)人員對收集到的數(shù)據(jù)信息進行處理分析時，應該著重注意隧道內(nèi)的異?，F(xiàn)象，并對其進行全面分析，結(jié)合雷達圖像現(xiàn)象出來的頻率、位置以及形態(tài)等多方面的特點，深入分析相關(guān)信息，及時明確隧道內(nèi)部的安全隱患。在第二階段，技術(shù)人員要使用專門的雷達軟件，對已經(jīng)收集整理好的數(shù)據(jù)信息進行進一步處理，結(jié)合反射波，對隧道內(nèi)部的具體情況予以分析了解，完成最后的數(shù)據(jù)處理分析工作。

2.4 檢測項目及檢測要點

2.4.1 支護厚度檢測。在利用地質(zhì)雷達無損探測技術(shù)對隧道支護厚度進行檢測時，在沒有其他因素的影響前提下，通過地質(zhì)雷達天線發(fā)射的雷達波中，空氣直達波具有較快的傳輸速度，并且能夠在最先被雷達天線所接收，緊接著就是表面直達波，反射波的傳輸速度最慢。對反射波造成關(guān)鍵性影響的因素，主要是隧道圍巖、混凝土之間的物性差異。具體來看，地質(zhì)雷達發(fā)出的反射信號，通常會在圖像中呈現(xiàn)出強振幅、連續(xù)同相軸的現(xiàn)象，利用該特點就能夠?qū)炷梁穸扔枰悦鞔_。

2.4.2 二次襯砌厚度檢測。對于隧道內(nèi)部的圍巖來說，其本身與一二次襯砌之間有著較大的差異性，主要是表現(xiàn)在物性以及成分上，也因此，三者之間在介電常數(shù)上更是存在明顯的不同，特別是在襯砌與圍巖之間。在具體的檢測工作中，地質(zhì)雷達發(fā)射的電磁波經(jīng)過襯砌進入到圍巖內(nèi)部時，就能夠發(fā)現(xiàn)反射波振幅出現(xiàn)增大的情況，而且其頻率也在降低。之所以會呈現(xiàn)出這種現(xiàn)象，是因為電磁脈沖會在結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的不同界面上，會出現(xiàn)不同程度的反射，且速度也不一樣。所以，在這一基礎上，針對隧道襯砌厚度開展檢測工作時，若想明確檢測結(jié)果，則要對地質(zhì)雷達發(fā)射的電磁脈沖，在不同結(jié)構(gòu)層的具體反射時間予以明確。

2.4.3 脫空區(qū)檢測。對于空氣與混凝土來說，這二者之間的物性存在較大的差異性，以至于它們在介電常數(shù)方面的差別也比較大。在建設隧道工程的過程中，如果襯砌混凝土的背后換填密實度沒有達到相應的設計標準要求，就會導致混凝土與圍巖這二者之間產(chǎn)生一定的縫隙，在這種情況下，當?shù)刭|(zhì)雷達發(fā)出的電磁波經(jīng)過空氣與混凝土這一界面時，其反射信號就會增強。就有關(guān)研究表明，如果隧道內(nèi)部得脫空區(qū)越大，那么圍巖界面在雷達圖像中的呈現(xiàn)就會更加清晰。具體來看，圍巖界面在雷達圖像中所呈現(xiàn)出的反射波通常為弧形，而且會反復多次出現(xiàn)，與此同時，反射波也會具備與同相軸一樣的特點，其出現(xiàn)位置基本處在混凝土層的下方位置，在時間的不斷變化過程中，反射波的能力也會逐漸增強，因此，在對脫空區(qū)進行檢測并計算其大小時，應該對水平距離予以明確。

2.4.4 鋼拱檢測。地質(zhì)雷達發(fā)射的電磁波在傳播過程中，若是遇到金屬材料這種良性導體，其反射現(xiàn)象就會比較強烈。在隧道工程的建設過程中，鋼材料是必不可少的，通常會使用鋼支撐、鋼筋網(wǎng)這兩種良性導體材料，在應用地質(zhì)雷達無損探測技術(shù)對隧道工程進行整體檢測時，如果在檢測過程中遭遇到混凝土中的鋼拱，就會在雷達圖像上呈現(xiàn)月牙形的反射信號，不過，并不明顯，每個鋼拱都有其相對應的反射信號。如果是鋼筋，雷達圖像上的反射信號就會呈現(xiàn)出連續(xù)點狀，也并不強烈。通過對反射信號的合理判斷，就能夠?qū)︿摴?、鋼筋在隧道工程中的?shù)量及分布現(xiàn)狀予以明確，能夠判斷其用量是達到實際施工設計要求。

3 結(jié)束語

就實際來看，隧道檢測工作本身具有系統(tǒng)性、煩瑣性，而在隧道檢測工作中對地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)進行科學應用，能夠改善隧道檢測中的問題，提高實際檢測效率以及效果，同時也能夠避免對隧道運行產(chǎn)生影響。在應用地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)對隧道進行檢測時，能夠?qū)σr砌中的隱患問題、鋼筋分布情況等予以全面了解，這樣也能夠獲取到精準的數(shù)據(jù)信息，針對具體信息進行分析，了解隧道工程本身存在的問題，進而制定出科學完善的應對措施，做好隧道工程的維護檢修工作，提高工程質(zhì)量及安全。