地質雷達在隧道工程質量檢測中的應用

劉偉

摘 ? 要：隧道工程是我國交通運輸網(wǎng)絡的重要組成部分，由于隧道工程的特殊性，一旦發(fā)生安全事故，將會造成極大的損失，嚴重的危害人民群眾的生命財產(chǎn)安全。因此對于在隧道工程的質量檢測中，使用地質雷達可以起到有效地質量檢測作用。目前來說地質雷達是我國隧道工程的質檢中較為常見的檢測方式，因此筆者在本文中對于地質雷達技術做了簡單地闡述，同時對于地質雷達的具體應用做了相關的研究。

關鍵詞：地質雷達 ?隧道工程質量檢測 ?應用

中圖分類號：U452.11 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）08（c）-0021-02

地質雷達技術作為效果突出的電磁波勘探技術，在隧道工程的質量檢測中得到了廣泛的應用，對我國鐵路公路隧道的施工與檢測維護提供了重要的保障。

1 ?地質雷達技術概述

地質雷達是目前我國最先進的電磁波勘探技術之一，在社會的各個領域得到了相當程度的重視。而這一技術在我國的眾多建筑工程的檢測之中也得到了廣泛的使用并取得了很好的效果。在多次的具體實踐使用中，相關的從業(yè)人員和專家學者也更好地掌握了該技術的特性和優(yōu)點。在具體的使用中，采用地質雷達進行質量檢測時，對于外部環(huán)境的干擾有著較強的抵抗作用，譬如對電流干擾和電磁干擾都能起到有效地防護，保證了質量檢測結果的精準。同時，在隧道工程的質量檢測中，使用地質雷達時也不會對隧道工程的緊密部件造成損傷。地質雷達的使用方式比較簡單，結果也較為精準明晰，最終的檢測數(shù)據(jù)能夠也能夠輕易被工作人員理解和使用?？傊?，地質雷達技術是一項擁有許多優(yōu)勢的先進質量檢測技術，對隧道工程的質量檢測工作起到了很大的推動作用，能夠解決已經(jīng)發(fā)生或可能存在的隱患。這將進一步為鐵路公路隧道運營創(chuàng)造有利條件。

地質雷達通過天線發(fā)射中心頻率為12.5～1200MHz的短脈沖電磁波信號。利用天線發(fā)射裝置向目標體發(fā)送電波，當電波通過有電性差異的物體或是地層時，產(chǎn)生反射信號，用天線接收裝置接收信號，根據(jù)顯示的目標物體反射波雙程時間多少和探測點（處）平均介質速度，可以計算檢測目標（反射界面）的深度。另外，在差異化介質中傳播電磁波的石化，會隨著介質特點與幾何形態(tài)而讓傳播強度與渠道發(fā)生轉變?；诖?，需要對接受信號的時域波進行研究與處理，確定地下空間部位與結構。其中天線頻率對地質雷達探測范圍和深度有直接影響，而不同地質結構用的天線頻率也有所差異。

2 ?地質雷達技術的實踐意義

隨著我國可以水平的提高和社會經(jīng)濟地不斷發(fā)展，這也同時進一步推動中國工程質量以及相應檢測技術的提高和發(fā)展。在這個階段，在大多數(shù)的建筑工程的質量檢測工程中，都包括了對工程地理信息的檢測和處理，作為相關項目質量管理和改進的依據(jù)。然而目前我國相應的檢測手段仍然不完善，隧道工程質量仍存在諸多不足和影響。而地質雷達作為一種技術力量雄厚，具有諸多優(yōu)勢的新型檢測設備，能及時發(fā)現(xiàn)隧道工程中的地下障礙物。探索一些質量穩(wěn)定性差的地區(qū)，有效地幫助員工發(fā)現(xiàn)安全隱患。并且經(jīng)驗和技術已在一定程度上用于改善和促進實際隧道工程質量檢測工作。對隧道工程安全的保障也起到了重要的作用。所以說，目前該技術在質量檢測工作中的廣泛使用也在很大程度上推動了我國鐵路公路隧道的建設工作，同時，該技術在長期演變過程中也受到工程界的青睞和重視[1]。

3 ?在隧道工程質量檢測的具體應用

3.1 隧道仰拱結構

一般來說，隧道的常見仰拱結構都是由仰拱構造和相應的填充物組成的。填充起到傳遞負載的作用。然后再進行仰拱的構造，在一般的隧道工程建設之中，仰拱結構中的仰拱和填充物都是隧道工程質量檢測的關鍵部分。

3.2 地質雷達技術的特點

地質雷達的技術原理是地質雷達設備可以發(fā)出特定的電磁波頻率在需要檢測的隧道工程中進行傳播來實現(xiàn)檢測介質中電磁波脈沖的傳播路徑。波形隨著電磁波傳播路徑中的不同介質的物理特性以及相應的介電性發(fā)生形態(tài)的變化，而地質雷達在接受到相應的反射波信號之后，專業(yè)人員根據(jù)反饋的信息中波形的各種變化就可以對目標的內(nèi)部結構和各類屬性進行檢測判斷[2]。

3.3 應用實例

本文以對已經(jīng)投入運營的西城鐵路客運隧道工程的質量檢測為例，具體說明地質雷達的檢測應用。具體如下。

3.3.1 事先布置和標記工作

由于該隧道工程周圍的圍巖軟化破碎，泥塊和水被困在塊體之間，巖層的工程地質和水文地質條件比勘測設計更復雜。這對于對隧道施工安全和施工進度有很大影響。因為隧道周邊可能會出現(xiàn)破碎以及裂縫的現(xiàn)象，因此，必須全面對隧道工程的質量進行檢測，避免安全隱患的發(fā)生。因此，為了對西城鐵路客運隧道的質量做全面的檢測工作，相關的檢測人員在隧道的軸線方向，沿著該隧道的中心槽兩側放置了相應的測量點來實現(xiàn)對質量的全面檢測。同時，為了確定放置的測量點對應的里程的實際位置，在隧道側壁上每隔5m用紅色的顏料將它標記下來，并由專業(yè)人員進行相關的檢驗工作。

3.3.2 使用地質雷達進行現(xiàn)場檢測

在本次質量檢測中，使用到的觀測儀器是SIR-3000地質雷達和400MHz屏蔽天線。而在具體的檢測之中，需要工作人員手動控制移動天線，連續(xù)掃描隧道仰拱，實時采集和監(jiān)控數(shù)據(jù)。同時數(shù)據(jù)概要需要進行有效地記錄[4]。

3.3.3 質量檢測結果的圖像數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析指標：（1）密實：隧道工程的信號具有弱振幅，呈現(xiàn)均勻的波狀形態(tài)，無界面反射信號;（2）不密實：隧道工程檢測結果反饋出強烈的反射信號，并在整個區(qū)域出現(xiàn)此類情況;（3）空洞：隧道工程界面具有強反射信號，并且通常是孤立的相位特征，通常以規(guī)則或不規(guī)則的雙曲線波形為特征。

3.3.4 反饋結果分析

通過對質量檢測中反饋的數(shù)據(jù)進行分析：發(fā)現(xiàn)仰拱的底部存在輕微的不一致，并且集中地分布在隧道工程的仰拱與相應的填充物之間的結構。為了驗證該結果。工作人員使用了鉆孔芯的檢測方式對隧道結構進行檢驗。在之前的檢驗中發(fā)現(xiàn)的稍微未壓實的部件中取出的巖心樣品中，而檢驗結果也表明了取出的實驗樣本中未曾發(fā)現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。這一取樣結果和之前的地質雷達的檢測結果之間存在著一定的差異。為了對后續(xù)的未壓實部件存在的質量問題的修復工作提供了相關的技術和數(shù)據(jù)支持。工作人員對兩種不同檢測方式產(chǎn)生的原因進行了分析研究，得出的結論是，根據(jù)隧道仰拱結構的施工過程，一般來說，仰拱和仰拱的具體填充物都要分兩步構建。首先構造拱結構，然后在構造拱的相應填充物。同時，在這一過程中，不同構造對于混凝土的使用，結構和設計也更有不用。而使用地質雷達進行檢測時，不同的混凝土構造在仰拱和仰拱填充物的結合處被雷達掃描的結果反饋出來，而這同樣會導致監(jiān)測的結果產(chǎn)生異常的波動。這也就導致了地質雷達的檢測結果與抽檢取樣的檢測結果有著明顯的差異。

3.3.5 差異性處理建議

鑒于檢測過程中的上述情況，筆者建議：從地質雷達探測波形的分析來看，如果在隧道仰拱探測過程中仰拱和倒置填充層之間存在輕微的不一致，同時出現(xiàn)的波形圖與上述異常波形圖類似。對于地質雷達反射的仰拱等缺陷，可以根據(jù)隧道工程的質量要求不予處理。

3.3.6 應用總結

首先，對地質雷達的本身而言，進行相關的質量檢測工作時，其使用難度低，操作便捷，能夠很大程度提高質量檢測的精準度和效率，有力地推動了我國隧道工程質量檢測工作的開展。

其次，在使用地質雷達對隧道工程進行質量檢測時，最好設計合理的檢測預案和相應的評價機制，確保對質量問題能進行相應的檢測，評估和控制。

最后，對于地質雷達檢測過程中出現(xiàn)的一些電磁波的衰減現(xiàn)象，可以通過各種數(shù)學處理方法進行計算，以減少檢測工作中出現(xiàn)的誤差，確保質量檢測結果的精準性，為后續(xù)的工程開展提供可靠的依據(jù)。

4 ?結語

綜上所述，地質雷達運用于隧道工程的質量檢測中時，有著檢測效率高，抗干擾能力強，成本較低，且不會影響隧道工程本身構造等特點。因此，該技術的廣泛應用也為我國公路鐵路隧道運輸建設提供了質量保證，確保了隧道工程的質量安全，積極促進鐵路隧道的施工與建設。

參考文獻

[1] 張運起，嚴松宏.地質雷達在山嶺公路隧道中的應用[J].西部探礦工程，2019，31（1）：181-183.

[2] 李文弟.隧道襯砌缺陷的地質雷達圖像特征分析[J].福建建材，2019，213（1）：26-28.

[3] 王康，高永濤.基于地質雷達的隧道超前地質預報和襯砌質量檢測[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2017（1）：166-170.

[4] 申耀偉.地質雷達在鐵路隧道襯砌質量檢測中的應用研究[J].江西建材，2017（16）：142.