地質(zhì)雷達在隧道檢測中的應(yīng)用

祝云華（內(nèi)江師范學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院，四川內(nèi)江641112）

地質(zhì)雷達在隧道檢測中的應(yīng)用

祝云華
（內(nèi)江師范學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院，四川內(nèi)江641112）

地質(zhì)雷達由于采用了一定的介質(zhì)作為探測方法，很容易掌握混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的厚度、襯砌周圍回填及空隙情況等，為工程技術(shù)評價提供依據(jù)。針對重慶市巫山縣境內(nèi)某隧道地質(zhì)條件復(fù)雜等特點 ，闡述了探地雷達探測技術(shù)的工作原理及其特點，并對隧道襯砌厚度測定、襯砌及襯砌背后缺陷檢測以及鋼筋位置檢測，結(jié)果表明:地質(zhì)雷達檢測在隧道施工中起著重要作用 ，其具有廣泛的實用性和應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:隧道襯砌；地質(zhì)雷達；檢測；應(yīng)用

地質(zhì)雷達作為一種先進的勘探技術(shù)，具有抗干擾能力強、檢測結(jié)果準確性較高、效率高、使用方便等特點［1-3］，其在工程檢測領(lǐng)域方面的應(yīng)用急速擴大，尤其在隧道建設(shè)中，地質(zhì)雷達檢測被廣泛使用。采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段，對隧道施工前后進行勘察，減少可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，并制定確保工程地質(zhì)體穩(wěn)定性的工程措施及合理的施工方法［4-5］。本文詳細介紹了地質(zhì)雷達探測技術(shù)的基本原理和測試方法，并在隧道現(xiàn)場測試分析中加以實際應(yīng)用，探測成果對保證施工順利進行起著重要的指導(dǎo)意義。

1 工程概況

隧道位于重慶市巫山縣境內(nèi)，區(qū)段線路經(jīng)過的地貌類型主要為珠江河流堆積階地，地層從上至下依次為:填土層、沖洪積砂層、沖積洪積土層、殘積土層、殘積土、巖石全風(fēng)化層、強風(fēng)化層、巖石中風(fēng)化層和巖石微風(fēng)化層。

該段抗震設(shè)防的地震基本烈度為Ⅶ。本區(qū)間屬平緩坡地，地形較平坦，地面高程為12.66 m～13.98 m?；鶐r是白堊系地層 ，以粗碎屑巖為主，傾角13° ～30°，隧道穿越的地層主要是強風(fēng)化白堊系地層三元里段砂礫巖，殘積土和粉質(zhì)粘土，整個區(qū)間無不良地質(zhì)體。

隧道區(qū)間地下水有兩種類型，分別是潛水型孔隙水和承壓型裂隙水。粘性土層為貧水地層，風(fēng)化巖層為中等富水地層，地下水對混凝土無腐蝕性。隧道洞身主要穿越強風(fēng)化和中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和砂礫巖以及殘積土，隧道底板基本上是中風(fēng)化、微風(fēng)化巖，隧道拱部位于強風(fēng)化巖、殘積土及粉質(zhì)粘土層中，地下水主要為強風(fēng)化及中風(fēng)化礫巖 ，受基巖裂隙發(fā)育程度影響，地下水量變化較大，地下水對混凝土無腐蝕性。

2 基本原理和測試方法

探地雷達（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR）依據(jù)電磁波脈沖在地下傳播的原理進行工作。發(fā)射天線將高頻（106 Hz～109 Hz或更高）的電磁波以寬帶短脈沖形式送入地下，被地下介質(zhì)（或埋藏物）反射，然后由接收天線接收（見圖1）［6-10］

。

圖1 雷達的測試原理圖

根據(jù)電磁波理論，當(dāng)雷達脈沖在地下傳播過程中，遇到不同電性介質(zhì)交界面時，由于上下介質(zhì)的電磁特性不同而產(chǎn)生折射和反射［11］。

使用相應(yīng)雷達資料處理軟件，對數(shù)據(jù)文件進行預(yù)處理、增益調(diào)整、濾波和成圖等方法的處理。最終得到各測線的成果圖，以此對隧道內(nèi)部混凝土質(zhì)量進行分析評價工作［12］。

鋼筋定位儀的探頭在混凝土表面移動時，人工一次場通過探頭向混凝土內(nèi)部發(fā)射；當(dāng)接近混凝土內(nèi)部鋼筋時就可接收到由鋼筋產(chǎn)生出的二次電磁場，隨著探頭的移動二次場的強度也增加，當(dāng)探頭移至鋼筋頂部時二次場達到最大值 ，通過相應(yīng)的計算就可測定出混凝土內(nèi)部鋼筋的相關(guān)參數(shù)［13-15］。

3 現(xiàn)場測試分析

使用地質(zhì)雷達方法，對隧道工程襯砌質(zhì)量進行無損檢測。左右線隧道內(nèi)分別在左拱角（測線A）、拱頂（測線B）、右拱角（測線C）、三個位置布置雷達縱測線。測線布置如圖2所示。隧道初期支護噴混凝土厚度見圖3。

圖2雷達檢測布置示意圖

圖3 初期支護噴混凝土厚度（單位:m）

3.1 襯砌厚度測定

采用雷達反射法進行測試 ，襯砌厚度檢測結(jié)果如圖4、圖5及表1所示。

隧道開挖后，為了對開挖斷面進行測量，采用斷面儀，開挖后即進行測量一次，然后等噴射混凝土初期支護完成后，在同斷面再測量一次，根據(jù)兩次斷面的測量的差值（見圖4），即可得到該斷面噴射混凝土初期支護厚度的數(shù)值。

從雷達實測圖形中清晰可見襯砌界面反射信號，通過兩者的反射時間差，再根據(jù)公式，就可推算出襯砌厚度值，同時還可觀察襯砌厚度隨時間的變化關(guān)系。從圖4和圖5及表1中可以看出，混凝土襯砌實測厚度不小于設(shè)計厚度值，均滿足設(shè)計要求。

圖4 測線A1地質(zhì)雷達圖

圖5 測線A2地質(zhì)雷達圖

3.2 襯砌及襯砌背后缺陷檢測結(jié)果

襯砌及襯砌背后缺陷檢測見圖6，檢測結(jié)果如表2所示。

圖6 有較明顯脫空現(xiàn)象的雷達圖

從圖6和表2中可以看出，隧道本區(qū)間段缺陷主要出現(xiàn)于二襯背后一襯與圍巖之間，并且在施工縫背后也出現(xiàn)不密實異常 ，需觀察施工縫止水情況，應(yīng)做適當(dāng)處理，其它區(qū)間噴混凝土與圍巖接觸良好。

3.3 鋼筋位置檢測結(jié)果

在YDK4+755～YDK4+757段，鋼筋位置檢測結(jié)果如表3和圖7所示。

表1 區(qū)間隧道襯砌厚度檢測結(jié)果　　單位:cm

表2 A 測線襯砌及襯砌背后缺陷檢測結(jié)果缺陷表

鋼筋位置測定由鋼筋定位儀自動完成，鋼筋定位儀由自帶的測距輪進行位置測定，測定的鋼筋位置及保護層厚度自動存貯于儀器內(nèi)的存貯器中，通過實測出的結(jié)果可以計算出鋼筋的間距和鋼筋保護層厚度值。

表3 區(qū)間隧道鋼筋檢測結(jié)果　　單位:mm

圖7 鋼筋位置檢測結(jié)果示意圖

從圖7和表3可以看出，鋼筋保護層厚度平均值為27 mm均小于設(shè)計值35 mm的24.2%，鋼筋間距為210 mm大于設(shè)計值200 mm的3.0%。鋼筋保護層厚度不符合質(zhì)量驗收標準，鋼筋間距符合質(zhì)量驗收標準。

4 結(jié) 論

從雷達實測圖形中清晰可見襯砌界面反射信號，通過兩者的反射時間差，再根據(jù)公式，就可推算出襯砌厚度值；通過探測信號的異常與否，可以判斷噴混凝土與圍巖接觸是否良好；通過自帶的測距輪，可以計算出鋼筋的間距和鋼筋保護層厚度值，實測與現(xiàn)場檢查非常相符。

通過對隧道現(xiàn)場的測試及檢測分析，可找到相對薄弱的區(qū)段和工程施工隱患。地質(zhì)雷達探測工作給隧道施工提供了大量的具有指導(dǎo)意義的結(jié)論與建議，為保證隧道施工順利起到了重要作用。

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Application of GPR in Tunnel Inspection

ZHU Yun-hua
（School of Engineering and Technology，Neijiang Normal University，Neijiang，Sichuan 641112，China）

The thickness of tunnel lining and the status of backfill and interspaces around the lining which are crucial to the engineering evaluation can be easily detected by the use of GPR，due to its detecting requirement of a media.Regarding to a tunnel in Wushan county，Chongqing with complicated geological conditions，the operation principles and characteristics of GPR detection were discussed in detail at aspect of detection of the lining thickness，defect detection of the lining and the back of the lining，as well as the detection of the reinforcing steel bars.The results indicate that GPR plays an important role in the construction of the tunnel，it has broad practicability and promising application prospect.

tunnel lining；GPR；inspection；application

U456.3+1

A

1672—1144（2015）02—0140—04

10.3969/j.issn.1672-1144.2015.02.029

2014-11-19

2014-12-21

四川省教育廳重點科研項目（11ZA027）

祝云華（1975—），男，湖南邵陽人，副教授，主要從事隧道及地下工程方向的教學(xué)與科研工作。E-mail:zhuyh75@126.com