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公路隧道无损检测地质雷达技术的应用

发表时间：2020/7/2 来源：《基层建设》2020年第6期作者：石玉柱

[导读] 摘要：近几年来，我国高速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。

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        摘要：近几年来，我国高速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。
        关键词：公路隧道；无损检测；地质雷达技术；应用
        引言
        近年来我国公路工程事业取得快速发展，在一些地质环境较为复杂的环境中，隧道施工十分常见。为提高公路工程隧道施工质量与效率，合理应用雷达技术，做好公路工程隧道无损检测，能够为人们提供安全的、高质量的公路，保证人们的安全出行，从而促进我国公路事业的稳定发展。
        1地质雷达技术的工作原理与特点
        1.1原理
        地质雷达技术主要就是通过电磁技术将所存在的地下物体不可见部分进行检测，在应用中需要通过使用高频电磁波以宽频带脉冲的形式发射到需要检测的位置上，利用发射天线向地下或者工程结构中发射进去，通过电性差异可以反射到地面中，然后再利用天线接收到反射信号。高频电磁波在检测的介质中传播的过程中，如果内部所存在的电磁波强度与波形都会因为地质的不同而呈现出不同的特性。电磁波在传播的过程中如果遇到介质均匀度较差、介质常数存在差异而表现出不同的状态，这样就能够通过不同的介电常数来判定其所存在的问题。所以在检测的过程中要利用该地区的波形进行收集、整理与分析，从而能够准确的判定内部空间和结构形式。但是在实践中需要根据不同的介质选择合适的天线频率。
        1.2特点
        地质雷达技术是当前应用比较普遍的隐蔽探测技术，具备较高的技术水平，但是也存在一定的局限性与问题。地质雷达具备较高的分辨率，其发射的声波频率越高则表示其衰减的速度就会越快，整体的探测深度也会比较小，分辨率同时也会随之降低。雷达电磁脉冲信号在进行介质中传播的过程中极易受到高频电性的影响，而探测深度与数据的精度也会受到机制的影响，比如在砂、砾石以及淡水等材质中，在进行检测的过程中可以传播超过几十米，但是对于粘土、淤泥等介质中只能够传播几米。因此，在未来发展中还需要加强地质雷达技术的研发，要全面的提升技术水平，设备精度也需要提升。
        2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，该工程共有5条检测线，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。实施检测中需对如下技术参数进行控制，共有釆样点480个，釆样频率为700MHz，共进行8次叠加窗口，时间为65纳秒。使用时间触发测量工具进行检测。

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        3公路隧道无损检测地质雷达技术的应用
        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，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雷达检测过程与技术要求
        在测定隧道检测测线位置及数量时，要严格按照相关的检测规定进行确定。沿着隧道的走向，在拱顶、弓腰两侧、两侧墙壁以及路面上进行持续的扫描，进而对衬砌混凝土的厚度等参数进行有效获取。同时，在不同的要求下，测线数量也可随机进行调整。一般情况下要提供以下内容。（1）在对衬砌厚度测算过程中，要对拱顶、拱腰、墙壁两侧以间隔5m的方式进行列表，并对数据进行统计。一般情况下2车道隧道要保证3条测线以上，3～4车道隧道要保持在5条测线以上。为方便操作，一般情况下以纵向测线为主要测量方法，并辅助以横向测量。（2）在对其他项目进行检测过程中，要进行定量描述，给定起止桩号。（3）在检测过程中要将深度控制在2m以内，但在情况较为特殊时，深度也可达到10m。（4）打印典型断面雷达回波彩图。（5）对衬砌厚度图按照纵向测线的方法进行绘制。（6）绘制隧道缺陷的平面图，并对缺陷进行描述。（7）对病害进行严格的诊断与评估。
        3.3钢拱规格与分布
        雷达所发出的反射波具备一定的能量，这是最为明显的特点。从电磁波的基础理论分析可以了解到，如果选择使用良性导体，比如金属材料，电磁波在传输过程中遇到该材料之后就会存在有较强的反射，在进行检测的过程中也会出现该现象，而不同的材料之间所存在的反射效果相差比较大。隧道衬砌工程的施工，一般都会要应用钢支撑与钢筋网的材料来进行，这些都是良性导体材料。所以在针对混凝土结构的质量检测过程中，所发射的电磁波在遇到了这些材料之后就会出现较强的反射作用，并且呈现出了连续性的图像。如果在检测的过程中存在有钢拱结构部分，经过图像的分析之后，其主要是以月牙形的图形呈现出来。经过分析雷达图像，能够更加准确的确定钢拱与钢筋的数量，并且结合图像的形状鞥能够判定出钢拱的分布范围，在与设计方案进行对比，以了解该部分结构质量是否能够达到工程的要求。
        3.4初期支护厚度检测
        天线发射的雷达波，其传播速度非常快，而在所有的波中，空气直达波会在第一时间反射到天线中，然后就是表面波，最后才是混凝土与围岩部分的反射波。围岩和混凝土因为存在较大的性质差异会导致其反射波的能量相差较大，其与反射波能量存在正比关系。雷达波在通过这些位置之后其所反射出现的信号具备较高强度的振幅与连续同相轴的特点，利用该特点能够最终的判定混凝土厚度技术参数，以达到质量检测的需要。
        结语
        雷达技术在公路工程隧道无损检测中的应用，有助于提高施工质量与效率，提高工程安全性，保障人们的安全出行。同时，在雷达技术的应用中要明确检测指标及其要求，满足检测过程中的技术要求，从而实现我国公路事业的健康发展。
        参考文献
        ［1］毛星．地质雷达在隧道超前地质预报中的应用［J］．铁道标准设计，2014，(z1):192－194．
        ［2］孙太岩．地质雷达在隧道检测中的技术问题及解决办法［J］．科技风，2014，(22):138－138．