張 智

(鐵道部工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站，北京 100844)

隧道襯砌作為隧道的主要承重結(jié)構(gòu)，其施工質(zhì)量影響著隧道能否長期穩(wěn)定。近年來，隨著我國高速鐵路的飛速發(fā)展，在隧道施工過程中和竣工驗收時都需要對隧道襯砌質(zhì)量進行嚴(yán)格的檢測，以保障鐵路運營安全暢通。地質(zhì)雷達因其具有分辨率高、檢測速度快、無損且檢測結(jié)果直觀等優(yōu)點，已成為隧道襯砌質(zhì)量檢測的主要方法。但是，在地質(zhì)雷達現(xiàn)場檢測中，由于儀器操作的不規(guī)范以及干擾因素的存在，給雷達資料的分析和報告編寫帶來了不便。根據(jù)隧道地質(zhì)雷達檢測的工作經(jīng)驗，提出一些在隧道襯砌檢測中影響地質(zhì)雷達準(zhǔn)確性的因素，并對其進行分析，從而避免或排除干擾因素，提高地質(zhì)雷達檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 地質(zhì)雷達的基本原理

地質(zhì)雷達也稱為探地雷達，與航空雷達相似，是利用高頻脈沖電磁波的反射探測目標(biāo)體。利用主頻為106Hz～109Hz波段的電磁波，以寬頻帶短脈沖的形式，由地面通過天線發(fā)射器發(fā)送至地下，經(jīng)地下目的體或地層的界面反射后返回到地面，被雷達天線接收器所接收，通過對所接收的雷達信號進行處理和圖像解釋，達到探測地下目標(biāo)體的目的。如圖1所示，隧道襯砌檢測中，在襯砌和圍巖的界面處，由于介電常數(shù)的差異，在雷達圖像上會有比較明顯的反射，進而確定二襯厚度，在襯砌背后存在空洞時，在雷達圖像上空洞和襯砌的界面處會有低頻強反射波，可以判別空洞位置。

圖1 地質(zhì)雷達檢測襯砌原理

2 影響地質(zhì)雷達在隧道襯砌檢測中準(zhǔn)確性的因素

根據(jù)長期的隧道襯砌檢測工作經(jīng)驗，總結(jié)了一些在隧道襯砌檢測中影響地質(zhì)雷達準(zhǔn)確性的因素。

2.1 天線的極化方向與目標(biāo)體的方向

在隧道襯砌檢測中，天線的極化方向及收發(fā)天線的極板連接方向，嚴(yán)格意義上要垂直于目標(biāo)體。以美國勞雷公司的SIR－3000地質(zhì)雷達為例，天線上箭頭方向須與測線方向一致。圖2，圖3是某隧道進行襯砌檢測時做的對比試驗，圖2為箭頭方向與測線一致時的雷達剖面圖，圖3為同一里程段箭頭方向與測線45°夾角時的雷達剖面圖?？梢钥闯觯^方向與測線一致時，雷達剖面圖像清晰，鋼筋信號明顯且容易分辨鋼筋數(shù)量，箭頭方向與測線成45°夾角時，雷達剖面圖像模糊，鋼筋信號不明顯且無法分辨鋼筋數(shù)量。

圖2 天線箭頭方向與測線一致時的雷達剖面

圖3 天線箭頭方向與測線成45°夾角時的雷達剖面

2.2 天線與襯砌面的耦合情況

在隧道襯砌檢測中，天線要全程緊貼襯砌表面。圖4，圖5為在某隧道進行襯砌檢測時做的試驗，兩圖像分別是在同一里程段未緊貼和緊貼襯砌表面所進行的對比試驗。

圖4 天線未緊貼時的雷達圖像

該里程段為Ⅳ級圍巖，初支設(shè)計有間距1.2 m的鋼拱架分布?？梢钥闯?，天線緊貼時，鋼拱架信號清晰，為資料分析提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，而天線未緊貼時，鋼拱架信號很弱幾乎看不到，嚴(yán)重影響了分析判斷，并且在雷達圖像下方表現(xiàn)為強烈的多次反射波。分析其原因為電磁波在天線和襯砌表面之間的多次反射，這點也可以作為判斷天線是否貼好的依據(jù)。

圖5 緊貼時的雷達圖像

2.3 介電常數(shù)的標(biāo)定

介電常數(shù)作為電磁波的主要電磁參數(shù)，不同介質(zhì)的介電常數(shù)不同，電磁波波速也不同，尤其在疑似二襯厚度不足的位置，介電常數(shù)的準(zhǔn)確與否，直接影響著襯砌厚度判定的準(zhǔn)確性。目前，業(yè)內(nèi)檢測人員對于介電常數(shù)的標(biāo)定主要集中在隧道洞口位置進行標(biāo)定，忽略了隧道洞內(nèi)襯砌類型變化地段的標(biāo)定，不同的襯砌類型相應(yīng)的介電常數(shù)也有一定的差異。因此，需要在襯砌類型變化的地段對介電常數(shù)進行再次標(biāo)定，從而確定準(zhǔn)確的電磁波速度。

2.4 檢測部位的記錄

在拱腰進行雷達檢測的時候，通常是用檢測車緊靠邊墻，檢測部位為起拱線位置。但是由于隧道施工過程中，洞內(nèi)邊墻通常擺放防水板、鋼筋等雜物，不能保證每次檢測位置都嚴(yán)格在起拱線位置，會出現(xiàn)偏離起拱線的情況。在現(xiàn)場檢測的時候如果沒有準(zhǔn)確的拱腰位置記錄，會出現(xiàn)后續(xù)缺陷波檢時的位置偏離，出現(xiàn)檢測結(jié)果不準(zhǔn)確的假象。因此，需要養(yǎng)成記錄具體拱腰檢測位置的習(xí)慣，如記錄:里程 DK001+000～DK001+050，檢測部位:右拱腰起拱線以上1.0 m。這樣，在隨后進行的缺陷波檢時，可以準(zhǔn)確地找到缺陷位置。

2.5 現(xiàn)場檢測時的干擾因素

(1)預(yù)埋管線

預(yù)埋管線的圖像特征如圖6所示，與空洞的區(qū)別為:預(yù)埋管線在雷達剖面圖上為標(biāo)準(zhǔn)的雙曲線反射，而空洞多為不規(guī)則的弧狀強反射。

(2)隧底不平整

在隧底進行雷達掃描時，隧底應(yīng)保證平整。如圖7所示，為隧底不平整時的雷達剖面，由于隧底不平整，天線抖動，與隧底耦合不好，雷達剖面圖上特征為:反射波同相軸不連續(xù)，并伴隨多次波反射，沿測線方向直達波起跳點不一致等特征。

(3)襯砌潮濕滲水

純水的介電常數(shù)為81，電磁波在水里傳播衰減很快。圖8為襯砌潮濕滲水時的雷達剖面，由于電磁波的急劇衰減，反射波頻率降低?？梢钥闯觯捎陔姶挪ㄐ盘柕乃p，使部分拱架信號不清楚，影響對拱架間距的識別。

圖6 預(yù)埋管線的雷達剖面

圖7 隧底不平整時的雷達剖面

圖8 襯砌潮濕滲水時的雷達剖面

此外，現(xiàn)場干擾因素還有襯砌臺車、電纜等對電磁波的干擾，其中，在隧底檢測時通過襯砌臺車的時候，在雷達剖面圖上會有一個很大的標(biāo)準(zhǔn)雙曲線，為襯砌臺車的干擾。襯砌表面上有電纜時也應(yīng)避免天線與電纜接觸，防止電纜對電磁波信號的干擾。

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