袁海波

（中鐵五局集團第一工程有限責(zé)任公司，湖南長沙410117）

地質(zhì)雷達在公路隧道二襯質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

袁海波*

（中鐵五局集團第一工程有限責(zé)任公司，湖南長沙410117）

介紹了地質(zhì)雷達的工作原理，地質(zhì)雷達是一種廣泛用于地質(zhì)探測的高頻電磁脈沖波技術(shù)，結(jié)合昌寧高速禮坊隧道實際工程，闡述了地質(zhì)雷達在隧道二襯質(zhì)量無損檢測中的應(yīng)用，簡述了測線布置、數(shù)據(jù)采集、圖像處理步驟，并對典型的雷達圖像進行分析，證明地質(zhì)雷達技術(shù)在隧道工程無損檢測中能取得了較好效果。

地質(zhì)雷達；隧道；二襯檢測

1　概述

隧道工程由于種種原因在施工期或運營一段時間后，可能會出現(xiàn)表面裂紋、滲漏水等病害，通常這些病害多是由隧道潛在的隱患導(dǎo)致的，如襯砌厚度不足、襯砌背后存在大面積空洞或回填不密實等。傳統(tǒng)的施工質(zhì)量檢測往往采取鉆孔取芯、開挖取樣的破壞性手段，這樣對于防水要求極為嚴格的隧道施工極為不利。由于隧道工程是隱蔽性工程，因此需要一種有效、快速、無損的方法和手段進行檢測。本文結(jié)合昌寧高速禮坊隧道實際工程，對禮坊隧道二襯質(zhì)量進行了無損檢測。結(jié)果表明質(zhì)雷達在公路隧道質(zhì)量檢測方面效果比較理想，達到了指導(dǎo)施工的目的。

2　地質(zhì)雷達的工作基本原理

地質(zhì)雷達作為一種無損檢測技術(shù)，自20世紀(jì)70年代開始應(yīng)用至今已有30多年的歷史，在工程各個領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用，主要解決場地勘查、線路選擇、工程質(zhì)量檢測、病害診斷、地質(zhì)超前預(yù)報和地質(zhì)構(gòu)造等問題。探地雷達的基本原理如圖1所示。地質(zhì)雷達是利用高頻電磁脈沖波的反射探測目的體及地質(zhì)現(xiàn)象的。其探測過程如下：地質(zhì)雷達通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁脈沖，此脈沖在向地下傳播過程中遇到地下介質(zhì)分界面時會產(chǎn)生反射。反射波傳播回地表后被接收天線所接收，并將其傳入主機進行記錄和顯示，每一測點接收到一道雷達波形，一條測線上全部測點的雷達波形排列在一起，形成完整的雷達剖面，經(jīng)過資料的后處理，進行反演解釋便可得到地下地層或目的體的位置、分布范圍、埋深等。

圖1　地質(zhì)雷達探測原理

3　工程應(yīng)用

3.1工程概況及參數(shù)設(shè)置

禮坊隧道為一分離式隧道，隧道長度為1625m，凈空寬×高為10.75m×5m。隧道區(qū)位于構(gòu)造剝蝕低山丘陵區(qū)，山體連綿起伏，山體植被發(fā)育，沿洞軸線洞身最高點高程約700m，地形起伏大，山勢較陡峻，隧道進出洞口地形較緩，植被發(fā)育，風(fēng)化層厚。隧道區(qū)山體總體走向比較紊亂，大致呈南北走向，隧道區(qū)內(nèi)水量豐富，隧道區(qū)內(nèi)微地貌發(fā)育，主要為山間沖溝，為山間洪水及地下水的排泄通道。

本次檢測儀器采用美國GSSI公司研制的Terra-SIRch SIR 3000地質(zhì)雷達。檢測之前，必須根據(jù)具體地質(zhì)情況，調(diào)節(jié)相應(yīng)的參數(shù)（主要包括雷達天線中心頻率、時窗和采樣次數(shù)等），以達到儀器的理想狀態(tài)?？紤]到探測對象主要為隧道二襯質(zhì)量，檢測對象為二襯的厚度，鋼筋數(shù)量及二襯支護背后是否有空洞，所以本次檢測采用400MHz中心頻率的天線，測量方式采用連續(xù)測量。探測的時窗主要取決于探測的深度，考慮到本次探測主要為初期支護探測，檢測深度在1m之內(nèi)即可，則時窗可取為50ns。

3.2測線布置

根據(jù)規(guī)范要求及項目實施大綱，沿著隧道走向的3條測線，即拱肩2條（測線1、2）以及拱頂1條（測線3），如圖2所示。

圖2　測線布置圖

3.3地質(zhì)雷達探測結(jié)果

（1）二襯厚度檢測結(jié)果。圖3是采用Reflex軟件處理后的地質(zhì)雷達波形圖，該檢測段樁號范圍是ZK189+ 200～ZK189+230，沿測線1的位置數(shù)據(jù)采集。由于圍巖與二襯混凝土介電常數(shù)差別較大，電磁波在圍巖與混凝土界面?zhèn)鞑r將產(chǎn)生較強反射信號，圖3中繪制出的曲線即為該反射信號，表1列出了該檢測段測線3位置的二襯厚度的檢測結(jié)果。

圖3　地質(zhì)雷達解譯結(jié)果

（2）二襯鋼筋數(shù)量檢測結(jié)果。圖4是采用Reflex軟件處理后的地質(zhì)雷達波形圖，該檢測段樁號范圍是ZK189+110～ZK189+117.5，沿測線1的位置數(shù)據(jù)采集。由于鋼筋與混凝土介電常數(shù)差別很大，電磁波在混凝土與鋼筋界面?zhèn)鞑r將產(chǎn)生強烈反射信號，圖4中用垂直箭頭標(biāo)記出了鋼筋具體位置，表2列出了該檢測段鋼筋數(shù)量的檢測結(jié)果。

表1　禮坊隧道左線二襯混凝土厚度檢測結(jié)果表

圖4　地質(zhì)雷達解譯結(jié)果

表2　禮坊隧道左線二襯鋼筋間距檢測結(jié)果表

綜合表1、表2所得到的二襯厚度與鋼筋數(shù)量檢測數(shù)據(jù)，結(jié)果表明二襯施工質(zhì)量滿足設(shè)計及有關(guān)規(guī)范的要求。

4　結(jié)論

通過在昌寧高速禮坊隧道進行的多次地質(zhì)雷達無損檢測，得到了如下認識：

（1）地質(zhì)雷達作為一種無損檢測技術(shù)，具有成本低，操作方便快捷，探測精度高，數(shù)據(jù)采集與處理集于一身，目標(biāo)體等異常圖像清晰且易于識別等特點，能有效檢測出鋼筋異常以及二襯厚度。

（2）禮坊隧道現(xiàn)場檢測結(jié)果表明，檢測部位拱頂測線及左、右拱腰測線二襯厚度滿足設(shè)計要求，測線部位襯砌層與原巖耦合良好。二襯鋼筋總數(shù)滿足設(shè)計及有關(guān)規(guī)范的要求。

［1］李大心.探地雷達方法與應(yīng)用［M］.北京：地質(zhì)出版社,1994.

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P631.325

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1004-5716（2016）01-0185-03

2015-01-26

袁海波（1982-），男（漢族），四川南充人，工程師，現(xiàn)從事公路、鐵路、市政、城市地鐵等施工管理工作。