铁路隧道衬砌质量检测与评价地质雷达技术实用手册读后感 评论

周德卿

[摘 要]地质雷达在检测铁路隧道初期支护背后空洞、二次衬砌厚度、钢筋布置情况等方面有较为广泛的应用，本文主要对地质雷达探测在铁路隧道衬砌质量无损检测中的工作原理及应用进行简要分析。

[关键词]地质雷达 隧道衬砌 质量检测 缺陷特征

中图分类号：U452.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0089-01

地质雷达探测是一种利用高频短脉冲信号获取目标体内部信息的一种地球物理探测手段，由于其无损、经济、快捷、准确等优点，在铁路隧道衬砌质量无损检测中应用极为广泛。铁路隧道衬砌厚度、钢筋钢架布置等直接影响到隧道的结构承载能力和运营使用寿命。建设单位通过地质雷达检测可以准确掌握铁路隧道衬砌的厚度、衬砌背后回填密实度，钢筋和钢架布置情况等情况，并准确掌握隧道工程的施工质量。

一、地质雷达工作原理

地质雷达利用无线电波对被检测的隧道衬砌、岩土、钢筋等介质进行扫描，用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，在隧道衬砌面通过发射天线传播到隧道衬砌内，经空气、混凝土、钢筋和岩层等不同的介质层反射后返回，并被接收天线所接收。通过计算机对雷达接收到的信号进行分析、处理，从而判断隧道衬砌的施工质量。

对于地质雷达无线电波，隧道衬砌的混凝土、钢筋、岩层和水等介质都是以位移电流为主的低损耗介质，电磁波在各种介质中的传播速度和反射系数取决于介质的相对介电常数ε，见公式：

式中r为电磁波从介质1传播到介质2时的发射系数，为介质1的相对介电常数，为介质2的相对介电常数，V为电磁波在介质中的传播速度。

根据电磁波的反射原理，当电磁波从介质1传播到介质2时，介质介电常数发生变化，并产生反射波，反射波反射返回接收器被接收，从而产生了介质的反射信号，根据这个信号特征判断介质的物性变化。

二、地质雷达在铁路隧道衬砌质量无损检测中的应用

由于空气介质与铁路隧道衬砌中混凝土、钢筋、钢架等介质的介电常数差异，雷达所发射的高频电磁波由空气进入隧道衬砌的混凝土层，产生界面强反射；同样，高频电磁波由衬砌传播至岩层时，在传播过程中遇到钢筋、工字钢等物体，或交界面处存在缺陷时，就会导致雷达剖面上的象位和振幅发生变化，由此可确定衬砌的厚度和发现施工缺陷。

根据《铁路隧道衬砌质量无损检测评定规程》，衬砌背后回填密实度的主要判定特征应符合的要求为：1.密室：信号幅度较弱，甚至没有截面发射信号；2.不密室：衬砌界面的强反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续，较分散；3.空洞：衬砌界面反射信号强，三振相明显，在其下步仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大（见图1）。

衬砌内部钢架、钢筋位置分布的主要判定特征应符合的要求为：1.钢架：分散的月牙形强反射信号；2.钢筋：连续的小双曲线形强反射信号（见图2）。

根据地质雷达探测数据进行处理，形成时间剖面图，可判断出被检测隧道的衬砌厚度、密实度和内部钢筋、钢架等情况，为确定隧道缺陷部位、缺陷长度和缺陷程度提供必要的基础数据，并根据缺陷制定相应的处理措施。

三、常见的几种缺陷及相应处理措施

1.衬砌厚度不足、衬砌存在空洞的处理措施

对于铁路隧道衬砌厚度不足、衬砌存在空洞的部位，可按照《铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定》（铁运函[2014]174号）有关要求，对缺陷地段衬砌安全等级进行评定，分为D（完好）、C（轻微）B（较严重）、A1（严重）、AA（极严重）等4个级别。对于C级地段，一般采取长期监测措施；对于B、A1、AA级地段，采取锚杆加固措施等补强措施（锚杆数量、长度、间距应根据围岩等级和原衬砌设计情况进行具体设计），并进行长期监测。

2.钢筋或钢筋网间距过大、缺失的处理措施

对于铁路隧道衬砌钢筋间距过大或缺失的部位，如果围岩情况较好（Ⅲ级以上），则一般采取长期监测措施；如果围岩情况较差，则需要采取锚杆加固等补强措施，并进行长期监测。

3.钢架间距过大的处理措施

对于铁路隧道衬砌钢架过大部位，可视其严重程度而采取相应的处理措施。如果情况不严重，可采取长期监测的措施；如果围岩情况不好，钢架间距超标或缺失，则应对该段隧道衬砌结构安全性进行评估，并采取必要的加强措施，必要时拆除该段衬砌重新施做。

四、结论

地质雷达方法在判断铁路隧道衬砌质量方面有准确、快捷、经济等优点，根据雷达信号的差异能初步判定隧道衬砌质量，为建设单位掌握工程质量提供基础数据，并在发现衬砌混凝土、钢筋、钢架的工程质量缺陷后，及时进行处理，在降低经济损失，保证隧道工程质量方面发挥积极作用，因此在铁路隧道衬砌质量无损检测中广泛应用。

参考文献：

[1]胡毅力，陈永华《地质雷达技术在隧道施工质量检测中的应用》。

[2]《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》。

[3]《铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定》。