刍议地质雷达在隧道质量检测中的应用

康钦峰杨成铭王朝阳

【摘要】由于地质雷达在检测方面所表现出来的快速、精度高等优势，使得其在各领域的应用发展越来越迅速。本文简要地阐述了地质雷达的检测原理并具体地对地质雷达在隧道质量检测工程中的应用进行了介绍，说明地质雷达技术对隧道检测工程带来的重要影响。

【关键词】地质雷达 隧道 质量 检测

F407.1

随着国民经济的持续稳定发展，基础设施建设的日益加强完善，其中公路、铁路等建设占据了重要地位。由于我家交通发展的不断前进，在铁路及公路的建设中隧道的修建越来越多，同时使用过程中隧道的结构病害、质量问题不断地暴露出来，如混凝土掉块、腐蚀、渗水、裂纹等，有些甚至使得结构物坍塌，这一系列的质量问题给运输安全和交通质量造成了巨大的影响。所以在公路及铁路的建设中隧道的质量检测极其重要。由于我国的建设施工项目繁多，而传统的检测手段在运用中存在手段不健全、不完整、一点盖面等问题，使得检测剖面断断续续，无法得到连续的检测图，而且传统方法比较复杂，在检测完还需修补因此无法满足国家迅速发展的需求。相比传统方法地质雷达的检测方法是运用高科技的手段，具有较高的分辨率及准确率，能连续、快速、高效地完成检测，满足工程建设的需要。

1地质雷达工作原理及应用

1.1原理

地质雷达的工作原理是运用高频电磁脉的冲波反射来进行探测，是一种电磁波探测技术。它利用电磁波信号的运动特点使其在物体内传播进行探测，一般应用于较大区域、复杂对象、精度要求适中以及速度较快的检测情况中。地质雷达主要由控制主机及天线两个设备组成。主机是用来控制及提供信号，天线则是用来发射以及接收高频电磁波信号。通过天线发射电磁波，由于它在有耗介质里具有传播的特性，因此当它遇到不匀界面时部分电磁波会反射回来，而被测介质介电常数决定其反射系数。在介质里传播时，波形根据介质的介电性质和几何形态随路径以及电磁场强度而变化，通过天线接收反射回的电磁波并按特定的数据格式记录储存。然后运用处理软件把电磁波的差异及变化，处理成能够反映被探测物结构、形态、构造、尺寸大小、埋设物体及介质体间界面的雷达图像，实现探测、识别目标物体的目的。

1.2应用

20世纪初，随着数据处及电子技术的飞速发展，雷达的体积愈来愈小，起初需要肩扛手抬，而现在实现单人检测及操作。功能从冰层厚度探测（较低频率的工作信号)到现在的各领域广泛运用，很大程度上的提高了它的技术指标，如运用高频率的天线对路面厚度进行检测时，能达到毫米级的垂向分辨率，运用低频率天线对深层目标探测时，可实现几十米的探测深度。

长久以来，勘探隐蔽工程是一项高难度同时能考验工程技术人员工程项目。20世纪90年代，地质雷达技术随土木工程建设迅速发展而兴起，其的无损检测技术具有高精度、高效率、简易、大面积覆盖检测、灵活方便的运用于野外工作等特点。它的这些特点使其成为快速、高效完成隐蔽工程探查的有效技术手段，得到工程技术人员的青睐。随着不断发展的地质雷达技术，其仪器的更新发展也得到不断的深入，使其应用范围不断的扩大。如今应用最为广泛的是勘察工程、文地质、生态环境、检测建筑结构、地质工程等领域。目前我国主要引进有加拿大EKKO及REMAC系列和美国SIR系列等信号的探地雷达，而型号不同的地质雷达，其主要的用途及侧重点也是不同的。

2地质雷达在隧道检测中的应用

2.1检测方法

在探测的布置方法地质雷达较为灵活，可根据具体的情况布置测点和测线或者网格。测线及网格中点间距应该根据工程的精度要求来进行选定，并根据具体的情况以及需要来灵活变换。如果是量大的勘探工程，应该在开工前做好设计。使用地质雷达能够对于隧道掌子面的顶底板、左右边及前方进行探测，而同一目标则可以改变仰俯角或方位角来探测，在对资料地质进行解释时除了要根据波形特征判断目标的性质，还应改关注追踪回波的横向、纵向的变化及延续，对应地展现地质构造的平面及剖面形态，特别是对大面积的地面进行勘探时，孤立且小的目标于平面不易进行追踪，此时运用横向衰减对比的方法处理，找到幅度的突变点，也就是该目标的位置。地质雷达探测及解释方法有横向衰减对比、变面积、灰度、单点波形等；获取传播速度的方法则有公式计算、直达波、单孔测试、已知目的层探测、共中心点、经验数据等，运用时可根据工程探测的实际情况及仪器性能选择适用的方法。

隧道工程的地质勘察设计和施工前，必须对工作面前方和隧道周围的地质、水文情况进行详细的勘探，以前，地质的勘察技术均是使用钻探的方式，不仅会耗费大量人力和时间，当地质变化丰富，还会由于岩层的起伏不一产生巨大误差，增大工程事故发生的概率。而运用地质雷达技术进行勘查，则可较为准确地对地质情况进行预报、避免发生事故。隧道工程中地质雷达通常是用来检测溶洞、断层情况，其最重要的任务和目的之一就是清楚勘测断层内的空间分布、产状以及它规模情况。同时界面产状、性质、形状及尺寸也是会影响回波幅值及形状。例，在wiggle或单波形式下，其相对入射线是处在一种理想的产状平整断层面其波形通常较为尖细，而含水的裂隙带抑或是破碎的断层带的波形会稍宽；溶洞或者是空洞的波形则会钝且宽缓，其边缘一般是不规则的，这是由于它的不规则外形无法集体反射而产生漫反射使时间延迟所造成的，也因为它的内部没有完全充填形成反射使得回波紧迭其后。于灰度图的方式，如相对介质中较大空洞的波长，因为空气中波速会较快，而周围介质旅行时间由较短，使得正负反射波凸弯曲，类似于抛物线。不管采用哪种方发，相同物理性质的反射波都将形成一组相似特征的组合波形。

2.2资料获取及处理

检测前准备工作:（1）隧道的高度，量测隧道的拱顶、轨面间高度，而新建的线路应量测拱顶、隧底间高度，为提供数据给检测台车的搭建。（2）标记，按每5m的点距于两侧的边墙上做明显的标记，并标明隧道的里程。（3）搜集资料，了解并准确记录施工过程出现灾害的地质位置和情况以及处理的方法。（4）记录下隧道里小锚段、避车洞、电缆的准确位置，对凝结水珠、隧底积水、砌表面潮湿的段落进行记录，统计其位置及类型。（5）对可能会影响检测台车的障碍物制订处理的方法，并调查了解附近有没有影响雷达的干扰电磁源。

隧道检测:在仰拱、拱顶、边墙及拱腰位置设置6条检测线。拱腰的测线需在拱脚的上方0.5到1.0米的位置，拱顶及仰拱的于正中布置，边墙则在边沟盖板的上方1.5到2.0米的位置。通过测线的位置来确定检测的台车平台的高度，通常是距上层平台拱顶1.8至2.0米。完成所有工作之后，就可以进行测试。发射及接受天线要紧靠于检测面，根据事先规划好的测线的顺序检测。检测所得数据经过处理系统一系列的步骤进行处理后，最后得到雷达波型图。分析判定雷达波型图像，得到隧道的衬砌厚度、渗水及脱空等病害的分布资料，及结构物中材料的分布状况，从而达到对隧道质量的监控。

3.结束语

在隧道检测的过程中运用地质雷达检测技术，能够快速、有效地实现脱空范围、衬砌开裂、衬砌厚度等探测，于施工方能够及时有效地加固措施避免事故产生，为消除事故隐患提供了科学依据，保障了隧道的正常营运及安全使用。地质雷达作为一项分辨率高、效率高无损的新检测技术，其安全、快捷、方便的特性，使其在工程施工建设中起到了越来越重要的作用，同时随着电子技术的飞速发展其发展潜力也是不可估量的。我国至引进了地质雷达设备以来，对省内外的几十个隧道先后进行了质量检测，并都取得显著成。另外，将地质雷达运用于隧道的质量检测，需有丰富的经验知识及技术要求，要正确掌握这些技能同要求，并且积累有一定的实际经验，才能使地质雷达的作用充分的发挥。

【参考文献】

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