洪俊

摘 要：為從根本上提升公路隧道工程建設質量，控制隧道襯砌結構后期維護成本，需要在工程實際施工過程中，將先進地質雷達技術應用在隧道襯砌質量檢測工作中，確保襯砌結構檢測結果與工程實際施工情況相符?；诖?，本文以地質雷達質量檢測技術工作原理為切入點，分析隧道襯砌結構檢測技術參數，提出地質雷達檢測流程以及圖像分析要點，以期為相關工作人員提供理論性幫助。

關鍵詞：地質雷達;隧道襯砌質量;檢測

現階段各類隧道工程建設規(guī)模日漸擴大，對工程施工質量及效率的要求更高。襯砌是隧道工程重要組成部分，襯砌結構施工水平可直接影響到工程建設期間的綜合效益。為及時發(fā)現隧道襯砌施工期間的質量問題，制定出專項可行的質量管控機制，需要配合使用更為先進的地質雷達質量檢測技術，獲取到更加全面精準的質量檢測數據，不斷優(yōu)化襯砌結構及施工方案，確保隧道工程施工工作始終處于全面管控狀態(tài)。

1 地質雷達技術工作原理

地質雷達技術主要就是對地下或不可見物體進行定位電磁技術，主要通過寬帶時域發(fā)射天線，向地下發(fā)射高頻窄脈沖電磁波[1]。由于電磁波在地下傳輸期間會遇到不同電性介質界面而發(fā)生反射，由接收天線接收介質反射的回波信息。

利用雷達天線向混凝土結構發(fā)射電磁波，由于空氣、混凝土、鋼筋或孔洞等介電常數不同，波頻在不同介質交界處發(fā)生反射，由混凝土表面天線接收，依照發(fā)射電磁波至反射返回的時間差與混凝土微波傳輸速度，判斷反射體距表面距離，用于檢測混凝土結構內部鋼筋分布、混凝土厚度及缺陷位置。

因隧道工程混凝土層狀結構與介電常數存在明顯差異，形成良好的電磁波反射界面，使隧道工程質量問題能夠被及時發(fā)現。

2 地質雷達檢測參數

地質雷達檢測參數的設置水平可直接影響到隧道工程襯砌結構檢測結果精準度及全面性。在襯砌結構質量檢測過程中，實際檢測參數主要分為天線中心頻率、發(fā)射天線與接收天線間距、測量時窗、采樣頻率以及測點點距。

其中，在天線中心頻率選擇過程中。需要結合隧道襯砌結構探測目標深度，收集空間分辨率與結構物的介電常數[2];在時窗選擇過程中，需要明確隧道襯砌結構探測深度、介質中電磁波傳播速度等參數數值;在采樣頻率選擇期間，需要注重記錄反射波采樣點之間的時間間隔。依照采樣定律標準，要求地質雷達采樣頻率至少為天線中心頻率的三倍。為從根本上保障記錄波形的完整性，建議在隧道襯砌檢測過程中，將采樣頻率設置為中心頻率的六倍。

3 隧道襯砌結構地質雷達檢測流程

3.1 測線布置

在檢測隧道襯砌結構前，需要沿隧道拱頂、左拱腰、右拱腰、左邊墻、右邊墻處分別布置測線，在特殊部位檢測時，需要注重布置特殊測線，以從根本上提升檢測結果質量水平。

在布置測線過程中，需要注重收集工程施工現場地質條件及水文特征等資料，避免測線與地面噪聲源過近，導致測量結果的全面性及精準度下降等問題出現。同時，剖面線的布置工作還需要符合測區(qū)實際要求，最大限度控制實際測量工作量，從根本上提高隧道襯砌結構質量檢測效率。

3.2 里程標定

在使用地質雷達質量檢測技術過程中，還需要做好里程標定工作。在雷達天線檢測襯砌結構剖面時，主機采集到的數據為連續(xù)平滑的彩色圖譜，由雷達設施在圖譜上標定實際檢測位置[3]。為從根本上保障地質雷達質量檢測結果，還需要在檢測前做好隧道里程標識工作。由隧道進口處開始，每隔5米用紅色油漆在隧道邊墻做出標志。

在實際檢測過程中，天線掃描過標識后，可以借助連接在主機上的端口打點器進行打點，要求打點位置應當明確標注在對應圖譜上，確保在數據處理期間，相關工作人員能夠依照圖譜內部檢測點位置，快速找尋到襯砌結構質量問題發(fā)生區(qū)域。

4 隧道工程襯砌結構地質雷達質量檢測圖像分析

在隧道工程襯砌結構現場測量過程中，地質雷達圖像的變化規(guī)律難以確定。在地質雷達圖像判別期間，需要依照實際地質情況進行統(tǒng)一分析，通過相應的波形圖像特征，評估襯砌結構綜合施工質量。由于地質雷達屬于無損檢測技術，能夠在不破壞隧道襯砌結構的情況下獲取各類技術參數，對雷達圖像異常情況進行及時判斷，發(fā)現并解決襯砌結構施工期間存在的各類質量問題。

4.1 襯砌界面圖像分析

隧道工程混凝土襯砌結構、混凝土噴射、圍巖結構之間的介電常數存在較大差異[4]。在應用地質雷達檢測技術過程中，彩色圖譜上襯砌結構底面與圍巖結構存在明顯界限。由于圍巖結構的開挖面尺寸不均勻，襯砌結構的界面通常呈現起伏曲線。

4.2 拱架與鋼筋網圖像分析

由于金屬的介質常數小，對地質雷達波的反應十分敏感，鋼筋則對電磁波產生連續(xù)點狀強反射信號。

當電磁波在混凝土中遇到鋼筋格柵拱架和鋼拱架時，雷達剖面會表現出垂直強反射信號特征。如果鋼筋與混凝土的粘結效果不好，存在縫隙，雷達波會從鋼筋表面反射，在空氣縫隙中來回振蕩，形成多次波。

多次波會對信號有一定的干擾，但反射信號得到了加強，便于鋼筋網辨認。通過研究發(fā)現鋼筋反射鏈中，鋼筋實際埋深數值為第1個反射信號弧面頂部。

4.3 空洞問題圖像分析

襯砌與圍巖結構存在明顯空隙情況下，由于混凝土、圍巖結構及空氣電性差異較大，使電磁波在混凝土、空氣、圍巖結構傳播過程中，圖像上下界面產生兩次強反射，且雷達剖面圖上會呈現一組開口向下的雙曲線。

4.4 不密實體圖像分析

在隧道工程襯砌結構回填密實度不足的情況下，多個界面會對電磁波產生多次反射[5]。

在地質雷達圖像上不密實混凝土會呈現波形雜亂，相同軸錯亂等問題。若雷達剖面圖顯示雜亂不連續(xù)的強反射能量團塊狀異常，證明襯砌結構的回填不密實。

襯砌層與回填層密實度良好的情況下，雷達波形較為平穩(wěn)。反之雷達波形起伏較大。襯砌背后混凝土不密實波形與正常波形的區(qū)別更為顯著。

4.5 地下水圖像分析

在隧道襯砌結構施工過程中，遇到的地下水通常為巖體裂縫地下水、節(jié)理向隧道滲流地下水。水體與圍巖介質之間的介電常數存在較大差異。其中，水體的相對介質常數最大為81。當巖體結構含水量較大時介質常數隨之增大，電磁波在介質中的傳播速度明顯降低，反射波表現出較強的正峰異常和強反射現象。在電磁波繞射、散射時，也會出現波形紊亂問題。

因此為降低地下水對隧道襯砌施工質量造成的不利影響，相關工作人員需要結合地質雷達勘測圖像，判斷地下水位置以及巖體結構的實際含水量，對施工方案進行不斷優(yōu)化及完善，從根本上保障工程整體施工質量。

5 總結

隨地質雷達技術在公路隧道工程襯砌結構質量檢測中的應用范圍不斷擴大，襯砌結構施工與運營期間存在的各類質量問題，能夠被更加及時發(fā)現，對從根本上提升公路隧道工程襯砌結構施工水平意義重大。為充分發(fā)揮出地質雷達技術實際應用期間的綜合效益，相關管理部門還需將當前工作重點放置在構建起一支高素質襯砌結構質量檢測隊伍上，定期在檢測工作人員中開展技術培訓活動，確保其能夠高效運用地質雷達檢測設備，從根本上提高檢測結果的精準度及全面性。

參考文獻：

[1]李寒冰.公路隧道施工質量檢測及評價方法研究[J].住宅與房地產，2017（23）：174.

[2]李鑫.公路隧道滲漏水病害檢測及評價體系研究[D].西南交通大學，2014.

[3]徐良.施工隧道開挖對地表沉降影響的數值分析研究[D].合肥工業(yè)大學，2016.

[4]張旭.隧道襯砌質量的地質雷達檢測和數值模擬分析[D].華中科技大學，2015.

[5]陳菡清.公路隧道初期支護質量檢測及評價系統(tǒng)研究[D].西南交通大學，2012.