山东铁科检验检测有限公司 274100
摘要：隧道工程实体质量直接关系到铁路的安全运营，但目前对于隧道工程实体质量的检测我们尚处在摸索中前进的阶段，尤其是在检测仪器装备、检测人员的水平及经验、检测方法等方面仍需要我们不断地总结进步、不断地努力提高，为我国公路的安全运营保驾护航贡献一份力量。基于此，本文主要探讨了地质雷达在公路隧道衬砌检测中的应用。
关键词：地质雷达，公路隧道，衬砌质量检测
引言
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，衬砌混凝土是否密实，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。
1地质雷达检测隧道衬砌原理
首先使用发射天线对着隧道衬砌发射高频宽带短脉冲电磁波，因为不同的衬砌、围岩介质等的介电性质不同，发射回来的电磁波能量大小就会有差异，再利用接收天线接收反射回来的电磁波，记录因旅行长度、速度不同而产生差异的反射时间。
不同介质中的电磁波传播速度可以用式（1）表示：
V = C/（εr）1 /2（1）
其中，C 为在真空的条件下电磁波的传播速度，大小为300mm/ns；εr为相对介电常数。利用在不同介质中，电磁波的传播速度和传播所用时间可以计算出界面深度（h = V×t /2）。被探测物体内部的波形图像可以使用发射天线沿着被检测物体表面移动来得到。
不同介质拥有不同的介电性、导磁性，其电磁波的运动学和动力学特性也是不同的，用发射天线向被探测物体发射高频宽频带电脉冲波，可以推算出其空间分布情况。电磁波在不同介质中的传播速度、旅行路径不同，接收天线接收到的电磁波的双程走时、波幅、频率等也因介质的不同而不同，利用这些差异性可以推算出被探测物体的内部结构特征以及衬砌的分布情况等[1]。
2 公路隧道衬砌裂损病害产生的原因
2.1 公路隧道工程设计原因
该公路隧道建设较早，当时的设计理念有限，没有充分考虑支护问题，致使在长时间的运行使用中，公路隧道的顶部出现裂缝和掉块；且该公路隧道衬砌没有设置防水板，也没有选用合适的抗渗性能的混凝土，这些都致使主体结构随着时间的推移产生裂缝，这些裂缝又因渗水的影响，大幅降低隧道的承载能力。另外公路隧道的埋深深度比较浅，也是公路隧道衬砌裂损的原因[2]。
2.2 公路隧道施工技术原因
该公路隧道在修建时没有采用光面爆破，工程部分爆破的效果比较差，隧道坍拱洞内有些位置比较高的塌没有填补，这就使公路隧道衬砌的背后留有空洞，衬砌的厚度达不到最初设计的要求。因为修建时期施工技术一般，施工环节把控不力，会出现漏浆或者呈蜂窝等情况，既影响工程进度，也影响公路隧道的使用寿命。
2.3 路隧道地理位置原因
该公路隧道处在风化度较高的位置，这些区域的裂隙比较多，在工程勘探时没有充分考虑该因素，这就严重影响了公路隧道衬砌结构的安全性。该公路隧道所处位置的岩石主要是砂质泥岩，隶属软岩，其长时间处于潮湿环境就会软化，降低承载负荷力。另外，公路隧道所在区域向南倾斜，地下水由高向低流动就会造成公路隧道的南侧地下水水量要高于隧道的北侧。由于南端渗水的情况比较严重，公路隧道长期处于渗漏水的环境中，其质量和寿命都将大大降低[3]。
3 公路隧道衬砌裂损病害检测
3.1 隧道衬砌漏水
每当遇到雨雪天气，公路隧道内的渗水情况严重，天晴后渗漏情况好转直至停止漏水，这说明地表降水是隧道地下水的主要来源。地下水的另一来源是公路隧道进口处顶部的水渠，水渠的壁面是混凝土也会发生渗水。先拱后墙的矿山隧道施工法，会使衬砌有拱墙接缝等比较多的接缝，接缝的防水没有复合衬砌的效果好，也会发生渗水。
而在施工时拱腰和拱顶会有空穴，之前因水渠发生塌方事故时难以将空洞填充密实，以及在隧道施工落地时也会使衬砌背后产生空隙，这些空穴、空洞以及空隙使得隧道地下水汇集在一起并形成流动通道，这也是公路隧道漏水的一大主因[4]。
3.2 公路隧道衬砌裂损病害的检测结果
现在各大科研院所和高校大多采用雷达技术探测公路隧道衬砌的施工质量，雷达法在确定缺陷的形状大小和深度方面比较精确，能够大范围进行检测，而且装备比较轻。探地雷达就是把高频电磁脉冲波射向地层，在传射过程中电磁波会碰到电磁性不同的介质界面，一些电磁波能量会转化为反射波折返，另一些电磁波能量能够穿透介质界面继续向前传播，当再次碰到介质界面时，又会转化成反射波返回，通过分析接收到的反射波和它所携带的信息就可以获得有关的物理信息，影响雷达法检测病害效果的关键因素就是接收的反射波强度和质量。
4应用实例
4.1工程概况
某地公路隧道采用分离式单向行车双车道隧道（上下行分离）。其中左洞设计桩号：K8 + 428～K8 + 945，右洞设计桩号：K8 + 434～K8 + 925。本次检测目标为隧道既有衬砌质量检测，检测中在该隧道拱顶及左右拱腰共布设5条雷达纵测线。
4.2 仪器
本次探测采用的仪器为青岛LTD-2100探地雷达及配套900M天线.根据实测现场具体情况，并针对二次衬砌底界为目的地选取合适参数，确定了本次试验检测的工作参数：时窗设置20ns，采样点数512点/道，介电常数为9，采用测距轮控制数据采集的探测模式（10m一个标记）进行隧道实体检测。
4.3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。针对该隧道衬砌施工质量，经现场检测，处理数据后，处理后的图像有以下典型三类：
1）初次衬砌的钢拱架和二次衬砌的钢筋。隧道围岩性质差时，为了防止围岩产生较大的变形，往往在初次衬砌中设置钢拱架，二次衬砌为钢筋混凝土结构。其中初支中的钢拱架在图像上呈单个的月牙形强反射信号，波幅较宽；二衬混凝土中的钢筋在图像上呈有规律的连续的小月牙形强反射信号，波幅较窄。
2）衬砌层与围岩之间存在脱空。该段衬砌厚度设计为30 cm，图像中衬砌层反射波形平稳，无明显异常变化，说明该段衬砌层结构良好，无明显空洞、不密实区域，而衬砌界面反射信号强，呈带状长条分布，有多次反射信号。推断出衬砌与围岩之间存在脱空，同时周边可能伴随有不密实区域存在。
3）衬砌混凝土不密实。图像上有部分区域出现波的反射信号较强，呈杂乱散点反射，推断出该区域混凝土出现不密实，会影响混凝土强度[5]。
结束语
随着国内的基础建设快速推进，公路、铁路隧道不断增多，隧道结构施工质量直接关系着隧道运营安全，因此有效做到质量检验就显得至关重要，而重中之重就是衬砌质量的检测，地质雷达法因其快速、高效、普适性在该行业得到广泛应用。
参考文献：
[1]地质雷达在隧道衬砌质量检测应用中的影响因素及优化措施研究[J].代绍海，金理强，张新尚，唐登志. 公路交通科技（应用技术版）.2019（10）
[2]机制砂在高寿尖隧道衬砌泵送混泥土中的应用[J].章恩钊. 四川水泥.2017（07）
[3]探地雷达检测隧道衬砌的影响因素及应用[J].邵顺安，郑景祥，郑礼永. 福建建材.2017（07）
[4]地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用[J].徐玉兴. 中国标准化.2017（04）
[5]浅谈隧道衬砌质量检测和缺陷分析处理[J].陈燕. 安徽建筑.2015（01）