地质雷达无损探测技术在隧道检测中的应用研究

王智博

雷达检测技术的使用大大节约了隧道质量检测的时间，雷达检测技术是一种物理探测方法，通过对数据的采集来分析隧道中存在的一些问题。通常情况下，隧道工程在运营一定的时间后会出现各种各样的问题，比如表面出现裂纹、渗漏等一些问题，这样会给铁路运行的安全带来隐患，因此，施工人员要定期对隧道进行检测维护，保证铁路安全的运营。

1、地质雷达无损探测技术的概述

据近几年我国的交通建设发展迅猛，公路、铁路等各种设施的数量增加速度也非常快，在隧道建设的过程中，不容忽视的问题就是其质量的问题。传统的隧道开发模式通常采用直接爆破，这样给隧道后期的建设带来了极大的不便，在衬砌层内往往会形成较大的空洞，造成内侧的厚度不达标，为隧道的安全带来了隐患。

1.1地质雷达检测的基本原理

地质雷达发射和接收是需要通过高频电磁波来实现的，目前隧道施工的工艺有了很大的改进，采取光面爆破的技术，在这种灌木爆破技术的运用下大大提高了开发隧道的质量，有效的改善了隧道后期加工的环境。由于复杂地理环境的原因，施工后的隧道仍然存在着许多问题，这就需要用地质雷达来进行高效、全面的检测，为隧道后期的加工提供有效的数据。地质雷达主要是由控制主机和天线两部分组成，主机主要的任务是提供控制的信号，天线则负责高频电磁波的发射与接收。当天线发出电磁波后，在隧道内壁的衬砌和围岩内进行传播，当遇到衬砌边界、内部空洞等这些界面时会发生反射，天线再负责将这些反射的信号接收回来，记录全程的信号波段，主机通过记录这些反射回来波段的数据，判断隧道内壁是否存在安全隐患。

1.2地质雷达检测方法的概述及物理条件

在地质雷达无损探测的过程中，天线发出的信号在隧道的时间越长，接受反射回来的信号也就需要很长的时间，当信号在隧道里没有遇到隧道内壁出现的裂纹、空洞等边界时，反射回来的信号就比较强，通过这些反射回来信号强弱等一些数据，工作人员可以对隧道内壁的情况进行判断，了解隧道衬砌中是否存在安全隐患，根据隧道内部相应的结构状态来判断出现缺陷的大体位置，从而实现了检测无损的目的。有实验证明雷达发出的电磁波在不同的介质中传播的速度也会发生改变，介质常数不仅与本身的属性有关，重要的是含水量的大小对介质常数影响非常大，运用地质雷达无损探测的技术能够有效的改善物质检测的灵敏度，解决了传统检测方式收集信号不明显的问题，有效的提高了物质检测的灵敏度，能够清晰的将不同的物质分辨开来，避免受到介质影响的干扰。

2、地质雷达无损检测技术在隧道检测中的应用

上文就地质雷达无损检测技术在隧道检测中的方法进行了简单的介绍，通过分析我们可以看出地质雷达检测的基本原理是靠电磁波的发射与接收来判断隧道内部结构的状况，地质雷达无损技术的开发有效的提高了检测的质量，改善了传统检测方法上的不足，提供了高效全方位的检测手段，为工作人员开展隧道检测的进程提供了更直观的数据资料，高效完成检测任务。

2.1地质雷达检测技术仪器设备及检测过程

在地质雷达检测的设备选择上通常采用常见的野外生产的地质雷达，主要有加拿大的EKKO系列和美国的SIR系列的仪器，根据隧道检测的环境不同，选择的雷达型号也不一样。早在1990年开始，我国就率先采用了先进的加拿大和美国不同型号的地质雷达对公路、铁路等各种隧道进行检测工作，仪器的控制器是当时较为先进的设备之一，在数字软件的处理上更快速高效，不仅让施工取得了良好的效果，同时也提高了工作人员隧道检测的效率。在地质雷达技术检测隧道的过程中，主要的项目有隧道衬砌层厚度的检测、衬砌层与围岩之间的密实程度以及岩体之间存在的电性，通过这些项目的检测，来取得相应的数据，利用计算机分析这些数据，通过对隧道内不同区段的水含量等因素的综合考虑，从而计算出相应的电磁波传播速度，进而分析隧道存在的问题。

2.2地质雷达检测数据收集

在隧道内使用地质雷达无损探测技术时通常工作人员会考虑天线发射信号与隧道的衬砌密切结合的程度，要严格的执行检测标准，沿着检测的路线进行滑动。而雷达的发射主机要向隧道内发射高频的雷达脉冲，之后要密切的关注隧道内信号数据的收集。通常情况下雷达的主机会每秒发出64个脉冲信号，在每发射一个脉冲的信号就会在其發射的区域获得45到60个监测点。工作人员要保障隧道检测的无损性和位置的准确性就要在隧道内壁上一定的距离做标记，这样，相关的工作人员就可以使用仪器输入信号，收集准确的相关数据。

2.3地质雷达检测数据的处理与资料解释

数据接收完毕后需要有专业的人员来对检测到的数据进行系统的分析，数据与资料的处理可以分为两个环节，首先需要将收集到的隧道信息数据在计算机上进行回放显示，通过系统的分析解读出数据中所含有的信息，判断标志层与异常，然后要考虑地下不同电性界面对数据的干扰，通过雷达透视扫描观察其电磁波的强弱变化，依据图像中的不同频率等特征，判断隧道内壁是否存在安全隐患。其次，是使用雷达专用软件对收集到的数据进行正式的处理。探地雷达接收的反射波是不一样的，这些反射波是从不同电性界面收集到的。电性界面中包括两种界面类型，一种是地质层界面，另一种是有限目的体的界面。探地雷达通过对地下电性界面的透视扫描能提供一个二维的彩色扫描图像，这个扫描图像中的颜色是有变化的，代表着不同强度的反射波，进而能反映出不同介质的电性差异。对探地雷达扫描图像进行解释是有一定的前提条件的，即需要保证参数的合理性和数据处理方法的适当性。在进行数据处理的过程中，可以根据图像中相位、频率等特征的不同对雷达图像进行判别。此外，还需要通过与已知资料的比对，找出不同界面和地质条件的反射波特征，进而对隧道混凝土厚度、基岩裂缝带等信息进行判断。

3、总结

运营隧道的结构状态直接影响着行车的安全，在我国铁路建设飞速发展的时期，我国应该具有先进的发展思路，同时也要注意保证铁路建设质量的安全。随着铁路速度的提升，国家对铁路隧道建设的质量也提出了新的要求，对于隧道结构检测方面，需要工作人员使用快速、安全、有效的方法来完成隧道工程无损的检测。地质雷达无损探测技术的运用为我国隧道建设提供了安全的保障，不仅大大降低了隧道检测技术的难度，还有效的提高了隧道工程施工的质量，更好的解决实际问题。

（作者单位：中铁九局集团工程检测试验有限公司）