地质雷达在隧道检测中的应用探讨

发表时间：2020-09-14T03:27:09.042Z 来源：《防护工程》2020年4期 作者： 李帅 张文

[导读] 本文结合地质雷达技术的应用原理，充分阐述了地质雷达检测技术在公路隧道检测中应用情况。通过技术路线分析可知，地质雷达技术不仅能够准确的判断出公路隧道中的缝隙位置，同时，还能有效的识别出公路隧道建设过程中可能存在的安全隐患，因此这项技术的应用对于进一步促进我国公路隧道建设质量有着非常重要的意义。

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摘要：地质雷达因其操作简单、精度高、无损等优势成为检测隧道衬砌质量的主要手段之一。本文结合地质雷达技术的应用原理，充分阐

述了地质雷达检测技术在公路隧道检测中应用情况。通过技术路线分析可知，地质雷达技术不仅能够准确的判断出公路隧道中的缝隙位置，同时，还能有效的识别出公路隧道建设过程中可能存在的安全隐患，因此这项技术的应用对于进一步促进我国公路隧道建设质量有着非常重要的意义。

关键词：地质雷达；隧道；检测；应用1 引言

改革开放以来，我国综合实力不断提升，基础设施建设力度也在一直加大。其中，交通建设规模日益扩大，而公路隧道更是近年来大力发展的交通运输方式。隧道衬砌作为防止围岩变形坍塌的手段应当具有足够的强度以及耐久性。因此，隧道衬砌的施工质量应该严格把控，以确保隧道的运营安全、结构性能和使用寿命。在隧道衬砌施工时，有几种施工质量问题在实际工程中经常发生，例如:二次衬砌的厚度不能满足实际工程要求，钢筋或者钢拱架数量不足以防止围岩产生较大变形，衬砌与围岩之间接触不够密实。地质雷达检测施工衬砌是利用不同探测介质之间性质的差异性，接收反射回来的电磁波并形成图像，进而分析衬砌施工质量。该方法检测效率相对较高，准确率也还不错，操作较其他检测方法简单，因此，在实际工程中，经常被用来检测隧道衬砌质量问题

[1]。

2 地质雷达工作原理

地质雷达的基本探测原理是:实施探测时，雷达天线将根据控制电脑的设定参数向目标地层发射电磁波(入射波)。入射电磁波在目标地层中传播时，其原始频率、振幅、能量以及相位会与地层媒介颗粒的电磁场产生叠加，由此导致其原始物理特征会产生改变并以反射回波的形式被接收器所接收。通过信号转换器，反射回波最终被转换成图像。在隧道质量检测时为能够获取初始数据检测参数，这些参数未经过加工处理，所以，在实际工作中，利用这些原始技术参数很难准确判断隧道其真实情况，因此需要采用先进的地质雷达检测技术并将这迎着些原始数据给予适当的处理，也就是对能够对所涉及的数据进行加工处理，在初始数据过滤时需要进行波形加工处理，通常情况下采用的检测方式，为增强有效信号过滤无效信号，同时还需要尽可能降低干扰噪音，提升整体的图像分辨率，利用该方法进行数据处理，并将其运用于公路隧道质量检测中。

3 地质雷达在隧道检测中的应用

3.1 测线布置与检测参数

地质雷达检测隧道工程，首先需要进行侧线布置，结合工程要求选择合适的测线进行检测，具体包括隧道拱顶，左墙和右墙以及左右拱脚，能够从整体角度在检测工程是否存在质量时，能够进一步结合工程需求选择地质雷达型号为美国地球物理公司生产的RAMAC/CPR，屏蔽天线选用为500MHz。实施检测中需对技术参数进行控制，使用时间触发测量工具进行检测。

3.2 钢拱规格与分布

从电磁波理论我们可以发现，在具体检测过程中使用金属材料良性导体，在电磁波传输时经过该材料之后会发生较大反射，在检测时也会出现这种反射现象，由于所使用的材料不同，反射现象也有所不同，同时反射效果差异明显，在公路隧道衬砌施工过程中主要使用钢筋网和钢支撑结构，这些结构为良性导体，因此在运用地质雷达检测时，电磁波遇到上述材料会出现较强反射信号，并以连续性的方式呈现出来

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。如果对于钢拱结构部分检测时，那么经分析之后，呈现出的图像是月牙形，进而通过雷达进行数据分析，可判断钢筋和钢拱的

数量，结合图像形状判断钢拱分布范围，比对设计方案时可进一步了解哪些结构符合施工质量要求。

3.3 隧道二衬混凝土背后空洞检测

空洞是指隧道衬砌背后没有全部回填，衬砌与围岩间存在的空气。衬砌混凝土与围岩的介电常数差异较小，如果衬砌密贴，地质雷达图像中就会表现为振幅较弱的界面反射信号或没有界面反射信号。而如果衬砌与围岩之间有明显的空隙，空气与混凝土的介电常数差异较大，地质雷达图像中就会表现为衬砌界面反射信号增强，如果空洞较大，还会在界面信号下方产生绕射信号。检测所使用的仪器配置工作频率为900MHz的天线。具体检测起点4m~10m范围内，衬砌界面反射信号较强，下部仍有较强的震荡反射信号，两组信号时程差较大，表明空隙较大，且该段二衬厚度严重不足。根据对现场情况的调查发现，该段隧道衬砌位置产生裂缝，且部分裂缝深度贯通。通过对施工记录的调查发现，由于压浆设备故障，导致二衬混凝土浇筑施工时，混凝土未灌满，从而产生隧道结构产生空洞并开裂，严重影响了隧道结构的承载能力。

3.4 钢筋检测

钢筋作为一种较为均匀的介质，当电磁波从混凝土射入，遇到异常物要发生反射。与混凝土相比，钢筋的介电常数和电导率均为无限大，因此，电磁波对钢筋的穿透非常小，反射信号强，在雷达剖面图上，钢筋信号表现为曲线形式的强反射信号。检测所使用的仪器配置工作频率为1600MHz的天线，工作频率的天线的最大探测深度为0.5m，且分辨率高。可以清晰的看到两层钢筋反射信号，从而判断结构中钢筋的数量及位置。

3.5 探地雷达检测效果

探地雷达可采用非接地性测量对检测对象进行快速无损检测，并能比较直观地反映检测目标的状况，是当前工程隐蔽结构勘探检验的重要措施。探地雷达也是隧道二衬混凝土浇筑质量检验的主要手段，探地雷达隧道衬砌检测的主要工作原理是利用主频为106~109Hz波段的电磁波，通过天线发射器以宽频带短脉冲的形式，由衬砌混凝土表层发送至衬砌内部，经衬砌与岩层或衬砌与注浆材料的界面反射后返回到衬砌混凝土表层后由雷达天线接收器接收，最后通过对所接收的雷达信号进行处理和图像解释，达到探测衬砌混凝土内部质量状况的目的。隧道衬砌检测中，由于衬砌混凝土与围岩及空气三者间介电常数存在较大的差异，雷达信号在不同介质界面间传播时会有比较明显的反射，进而为二衬厚度、二衬空洞位置等的确定提供依据。因此，通过提高隧道二衬带模注浆材料的填充密实性，以避免新的脱空区的再次产生。同时，通过注浆材料的合理选择及配制，以确保隧道二衬带模注浆材料与衬砌混凝土间介电常数的一致性，可避免雷达信号在不同介电常数介质间反射，进而提高探地雷达在二衬混凝土脱空区注浆检测的合格率。

4 结束语

总之，为了快速、准确的发现公路隧道建设过程中存在的问题，尽可能的釆用高科技、全面而无损的质量检测技术，并将质量问题及时整改处理很有必要。而地质雷达检测方式既不会给任何结构造成损害，又能快速准确判定出混凝土结构的内部缺陷。所以，地质雷达技术被广泛应用于公路隧道无损检测中将对我国建筑工程技术的发展产生积极的影响。

参考文献：

[1] 巨德彬.地面穿透雷达检测公路路基岩溶洞穴的应用研究[J].公路工程,2018,43(06):269-273.[2] 刘安,赵莉,刘莲娟.地质雷达在某公路隧道衬砌检测中的应用[J].山西建筑,2018,44(34):168-169.[3] 尹萍,张慧峰.公路隧道超前地质预报技术地质雷达的应用[J].价值工程,2018,37(36):192-193.[4] 张琳.地质雷达法检测隧道底部缺陷图像演示及实例分析[J].安徽建筑,2018,24(06):102-105.

[5] 甯艳,肖宏跃,邓唯淅,陈秀清,周茜茜.地质雷达对隧道衬砌空洞检测的正演研究及实例分析[J].勘察科学技术,2018(05):54-57.