地质雷达在隧道检测应用

邵冰阳

[摘 要]使用地质雷达能够准确检测到隧道底部地基土体的状况，并查找到土体存在缺陷的位置，结合其他检测和分析方法，可以查找到隧道底板下沉、墙体开裂等灾害的原因，对及时采取隧道保护措施具有很强的指导作用。但地质雷达的应用并不局限于此，地质雷达还可以用于检测隧道侧方和上方的土体状况。对于受震动影响较严重的区域、地处地下水和地表水丰富地域的地下隧道工程以及容易发生间断土体液化地域的地下隧道工程，使用地质雷达进行日常维护普查和检测是一种集高效、便捷、准确、直观的方法。本文探讨了地质雷达在隧道检测中的应用。

[关键词]地质雷达；隧道检测；应用

中图分类号：U456.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0386-01

地质雷达可以快速准确的检测出隧道中存在的各种问题，尤其是对于各种衬砌检测中经常发生的问题有极其显著的效果，提供了客观可靠的隧道检测数据，为隧道的安全状态提供了有力的证明。然而在现实生活中，仅仅依靠检测数据仍然不是十分可靠，还需要对隧道的施工工艺有一个清晰明了的认识，并将雷达检测的相关资料相结合来做出最优的判断。

1 地质雷达工作原理及应用

1.1 地质雷达工作原理

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 地质雷达的应用

20世纪初，随着数据处及理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。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。

2 地质雷达在隧道检测中的应用

2.1 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 现场检测关键参数进行确定及数据处理

在进行检测以前，应该对衬砌的混凝土中的介电常数以及电磁波做出有效的现场评定，这样才能够保证在已知的厚度中来对其他的隧道预埋件进行有效的探测，还可以通过在现场进行钻孔来实施检测。

2.3 时窗及扫描样点的确认

在进行现场的探测过程中，一定要对探测时窗以及进行的扫描点等相关的参数进行设置。时窗的基本大小对于雷达探测的深度是起到一定决定性的作用，如果选取探测的深度大或小，都将不能够对深度信息进行有效的探测，进而大幅度的降低了垂向的分辨率。

2.4 数据进行分析及处理

在地质雷达来对隧道结构进行检测，主要是通过高频率的电磁技术来实现物理探测方法，在进行数据采集的过程中，为了更有效保证更多反射波的特点，在频带的记录都是比较宽的，而隧道中得到的雷达数据多少都会受到一些不良因素的干扰，比如说地理环境，雷达自身等。因此，为了有效的规避这些干扰，就需要有效的对探测结果做出准确性的提高，对原始收集和采集到的数据做出有效处理，尽量降低信号的干扰。在对数据进行处理及分析过程中，主要是对预处理以及随后的处理分析。预处理重点囊括文件参数的标记以及桩号的校正，剖面翻转等等相应数据参数的处理。

2.5 隧道检测中目标波组的具体识别

2.5.1 混凝土中的钢结构波形特点

采用金属作为导体与周围混凝土的介质介电常数是存在比较大的差异，此时电磁波的反射强度也非常大的。如果目标提是钢筋那么信号会全部被反射回来。通过使用高频率的天线来进行探测，钢拱架会形成比较清晰的反射弧，呈现出雨伞的形状，反射与相轴的三振相特点非常的相似。

2.5.2 衬砌厚度及空洞的波形特点

在衬砌以及周边的围岩之间会存在空洞区域，与混凝土及围岩的波阻产生相差比较大的，而且反射的波非常强烈，位置也比较明确和清晰。较为典型的地质雷达衬砌的具体图像。地質雷达隧道的检测技术得到了非常广泛得普及和使用，但在实践中依旧还存在不少的问题，因为地质雷达进行探测过程中支护的表面中存在不平整的情况，这会给记录及检查结果带来的一定的误差，给后期的数据出来带来影响。所以，在进行检测过程中应该做好对天线与衬砌的密封工作，最大限度中保持其移动速度的同步。在对而二衬厚度及精度的介电常数进行选取中，一定要在检查之前对衬砌混凝土的介电常数做出有效的标记。

综上所述，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。

参考文献

[1] 祝云华.隧道钢纤维喷射混凝土施工技术[J].建筑技术开发.2015（01）.

[2] 高至飞，侯长兵.地质雷达法检测高速铁路隧道常见质量缺陷及图像解释[J].铁道建筑.2014（11）.

[3] 赵宇，林一轩，黄鹤鸣，李上国.地质雷达在隧道检测中的应用[J].工程质量.2013（11）.

[4] 魏道平，周嘉宾，刘聪.地质雷达在山岭隧道质量检测中的应用研究[J].筑路机械与施工机械化.2012（06）.