1. 山东泉建工程检测有限公司 250014 2. 济南黄河路桥建设集团有限公司 250000
摘要：为提高地质雷达诊断隧道健康状况的准确性和工作效率，文章针对地质雷达无损检测隧道衬砌质量存在的问题建立模型，模拟隧道衬砌结构并进行室内试验，探求地质雷达波传播与混凝土介电常数中各影响因素间的变化关系。
关键词：隧道；衬砌；地质雷达；无损检测
1引言
近几年来，我国公路隧道工程的建设越来越多，但由于隧道建设普遍施工周期长、成本也较高、承载交通运营又大，而且使用年限也比较长，因而对其质量要求也非常高。然而在实际工程中，我国现阶段公路隧道建设中质量问题依旧十分严重。在隧道初砌质量的检查中，通常都是釆用钻探取芯、开挖抽样等方法，这种方法的使用不仅增加了工人的工作量、降低了工作效率、成本也相对较高，而且对隧道结构可能造成破坏，尤其是隧道中的防水层破坏给公路隧道留下不可预知的安全隐患。地质雷达检测技术是近年来我国应用于公路隧道检测中的一种新型手段。由于它在检测中具有对工程无损、工作效率高、精准度高并且可以实现连续检测等优势，目前被广泛用于公路隧道检测中[1]。
2地质雷达技术运行原理
2.1工作原理
地质雷达主要是电磁技术，能够对隐藏地下物体进行检测，在实际使用过程中可以借助高频电磁波通过脉冲的方式，在检测位置上发射，由天线发出并通过地下物体反射出来，利用天线进行反射信号的接收，结合高频电磁波的理论知识，当电磁波穿过不同地质时，由于上下地质的电磁特性的不同，会产生出不同的折射和反射，尤其是地质内部发生破损现象时，电磁特性会异常。也就是说，利用高频电磁波进行检测中，如果某地质内部存在不同波形或较强电磁波时，此时由于地质不同，电磁波会呈现不同特点。如，地质有脱空情况时，将会产生出夹层反射，而空洞中会产生出绕射现象[2]。当地质结构中含水量较大时，反映出的介质常数也会随之明显增大，这种情况下会呈现出高含水性的反射。因此在进行公路路段雷达技术检测时，应当要收集该地区的波形，数据进行分析，准确获取地质内部结构空间结构信息，需要注意的是在实际使用时还需要结合不同介质，选择合适的发射天线频率。
2.2特点分析
地质雷达是当前公路隧道检测中常使用的一种隐蔽性探测技术。尽管其具有较强的检测水平，然而在实际使用时存在较大缺陷，虽然地质雷达技术其分辨率较高，然而发射过程中声波频率越高，且雷达检测速度衰减越快对于地质探测的整体深度会越小，进一步会降低分辨率，此外，在介质传播中雷达电磁脉冲信号很容易受到高频电信产生的影响，进而会使数据准确度，地质勘探深度受到较大影响，比如对于介质为砂砾等物质时检测距离高于几十米，但如果介质为黏土、淤泥时相应的检测距离只能够达到几米，因此未来针对该技术还需要进一步完善，只有提升检测技术水平，才能够确保最终结果的精确度。
3地质雷达检测技术的应用
3.1二次初砌厚度检测
一次、二次衬砌以及围岩之间存在一定差异，主要是由于各物理性能存在较大差异，因此造成整个检测区域中介电常数较大的差异，尤其是在衬砌、围岩结构，当电磁波在围岩后传播时会出现反射波振幅增强的现象，此时图像分辨率也随之降低，通过不同界面后，电磁波会产生不同反射性，结合不同结构存在不同传播速度，所以，在实际检测中，就可通过反射时间和传播速度的不同[3]，进一步判定混凝土的厚度参数，无论在哪种界面中电磁波都无法准确判定传播速度，所以时间检测中，需要对其在隧道各层次之间的反射时间做到准确判断，在获取了传播速度及反射时间之后，通过计算公式来确定该位置的准确厚度，在实际使用过程中，以此二次衬砌在施工中存在裂隙，此时可以借助雷达图像技术对每一层衬砌厚度进行检测。
在实践中通常有些工程会出现衬砌与喷射混凝土部位，利用地质雷达检测很难进行分离，在图像中没有准确反应，上述结构采用同种材料及混凝土，因此两者差异是比较小的，而当混凝土与衬砌结构相融合的位置，其状态良好时，在传播界面中电磁波不会出现反射，此时在雷达线中的图像呈现比较模糊，导致最终检测结果精确度差。
3.2脱空区的检测分析
空气与混凝土两者材料其差异较大，物理性能差异较大，因此上述两种材料具备的机介电常数不同，当进入施工过程中，对衬砌和混凝土施工时，由于没有达到相应的设计质量标准，密实度较差，进一步会使混凝土本身存在缝隙，在电磁波传输到分析界面时会产生较强反射信号，并且混凝土结构中存在的缝隙及脱空现象越多，发射图像中存在明显界面，如果在所呈现的地质雷达图像中，有多种反射波具备相同走向特点，那么对于裂缝位置可以判断为下部位置，会随传输继续进行呈现出的反射波会越来越强，在检测脱空位置和大小时，能够在洞内依靠雷达行走速度，介点常数等信息进一步确定[4]。
3.3欠阻尼装置应用
利用欠阻尼中心回线装置与过阻尼中心回线装置分别对衬砌模型试验槽进行检测，模拟隧道衬砌内部钢筋及衬砌背后空洞病害，并通过试验结果，验证两种中心回线装置对于衬砌缺陷的应用效果。瞬变电磁雷达采用两种中心回线装置都对衬砌内部的钢筋及衬砌背后空洞有较好的识别效果，但欠阻尼中心回线装置在晚期图像依然明显，抗干扰能力强，同时图像中同相轴具有连续性，分辨率较高，对砂土堆积中的不密实区域具有图谱反映；而过阻尼中心回线装置则不存在同相轴，虽对较大目标体图像反映明显，但晚期抗干扰能力和分辨率较低。总体来看，瞬变电磁雷达欠阻尼中心回线装置可用于隧道衬砌内部钢筋、衬砌背后空洞等缺陷的探测，并具有一定的优越性。
3.4推断解释
1)经过数据预处理，计算明洞已知厚度部分的复合介电常数，确定相对应的电磁波速，求取目的层的深度即二次衬砌厚度。2)分辨地质雷达图中干扰波和目标体波形的差异。如果地质条件比较理想，那么可以很轻易的从地质雷达图中获得我们想要的内容。但是，在实际条件下，地质条件往往是很复杂的，地质雷达图也因许多干扰信号而变得难以解释，常见的产生干扰信号的原因有以下几种:附着在衬砌上的金属物、电缆、因各种原因耦合不好的天线等。不同的干扰波具有不同的形态特征，可以区分辨认[5]。
4结束语
用地质雷达检测隧道衬砌质量，以雷达波形彩图直观的展示了检测结果，从波形彩图中可以看出钢筋的数量，衬砌层与围岩之间是否存在空洞，衬砌层与围岩之间是否密实，且地质雷达探测方法具有无损、方便快捷、高效率等特点，广泛应用于公路隧道衬砌施工质量检测中。但是地质雷达检测方法仍具有不小的局限性，需要在检测中加以分析与研究，降低对检测的影响。
参考文献：
[1]李怡哲,王威,谢逸超.地质雷达在勐远3号隧道超前地质预报中的应用[J].交通科技,2018(05):102-105+117.
[2]姜洪亮,杨庭伟,卢超波.地质雷达法隧道超前地质预报岩溶探测应用研究[J].工程技术研究,2018(11):6-9.
[3]赵鹏涛,谭敏,周宏,陈道勇.地质雷达探测技术在张桑高速公路隧道岩溶勘察中的应用[J].湖南交通科技,2018,44(03):199-202+220.
[4]张超,龙四春.集成多种物探方法的蒙华铁路某隧道超前地质预报及对策[J].矿业工程研究,2018,33(03):69-78.
[5]池昌峰,陈筠,梁风,施鹏超,邬忠虎.地质雷达在岩溶隧道超前地质预报中的应用[J].中国水运(下半月),2018,18(09):185-187.