地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

劉艷軍

（大秦鐵路股份有限公司朔州工務(wù)段，山西 朔州036000）

1 引言

現(xiàn)如今，我國作為一個(gè)正處于社會(huì)主義現(xiàn)代化改革開放進(jìn)程中的發(fā)展中國家，整體的綜合實(shí)力在不斷進(jìn)步，已經(jīng)能夠和世界上一些發(fā)達(dá)國家媲美，在一些市政基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)中也獲得了一定的成績。鐵路作為我國交通運(yùn)輸行業(yè)中最為重要和關(guān)鍵的一種交通方式，其建設(shè)過程較為艱辛，需要進(jìn)行隧道的挖掘，這就造成了極大的安全隱患，因此加強(qiáng)地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測中的應(yīng)用尤為關(guān)鍵。

2 地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測中應(yīng)用的意義

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展進(jìn)步，對(duì)我國的工程質(zhì)量提升也作出了關(guān)鍵的推動(dòng)作用?，F(xiàn)階段在大部分的交通工程建設(shè)過程中，都會(huì)涉及對(duì)地理信息的統(tǒng)計(jì)、地下障礙物的排除以及相關(guān)建設(shè)項(xiàng)目的質(zhì)量提升，但是相關(guān)的科學(xué)技術(shù)和手段還不夠完善，對(duì)于鐵路隧道襯砌質(zhì)量的檢測還存在著較多的不足和影響。而地質(zhì)雷達(dá)作為一種新型的、科技性比較強(qiáng)而且優(yōu)勢特點(diǎn)較多的檢測設(shè)備，能夠?qū)㈣F路隧道襯砌工程中所存在的地下障礙物及時(shí)檢測出來，對(duì)一些質(zhì)量穩(wěn)定性不強(qiáng)的區(qū)域進(jìn)行探索，從而有效地幫助了工作人員發(fā)現(xiàn)安全隱患存在的問題，并加以經(jīng)驗(yàn)和手法對(duì)實(shí)際的鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測工作效果做出了一定程度上的提升和促進(jìn)。而且對(duì)于施工安全的保障來說也具有一定的關(guān)鍵意義。因此，地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測中的應(yīng)用對(duì)于我國大部分的鐵路建設(shè)工作來說都產(chǎn)生了推動(dòng)作用，而且也在長期的演變過程中得到了工程界的青睞和重視。

3 地質(zhì)雷達(dá)概念解析

3.1 概念解析

地質(zhì)雷達(dá)是我國現(xiàn)階段一種最為先進(jìn)的電磁波勘探技術(shù)[1]，該種技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛，而且已經(jīng)在較多的社會(huì)基礎(chǔ)建設(shè)過程中得到了良好的應(yīng)用。長此以往，相關(guān)領(lǐng)域的專家已經(jīng)總結(jié)出了地質(zhì)雷達(dá)的優(yōu)秀特性，例如對(duì)于外部環(huán)境所產(chǎn)生的電流干擾、電磁干擾以及其他的一些環(huán)境干擾要素都起到了一定程度上的庇護(hù)和抗干擾作用。而且對(duì)于鐵路隧道內(nèi)部的一些構(gòu)件來說，地質(zhì)雷達(dá)也不會(huì)對(duì)探測對(duì)象造成相應(yīng)的破壞。整個(gè)測量過程中會(huì)比較簡單易操作，最終所能夠得到的測量數(shù)據(jù)和結(jié)果也很清楚、直觀，容易被從業(yè)者了解和分析?？偟膩碚f，地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測的過程中具有較多優(yōu)勢，對(duì)于盡可能地提升相關(guān)檢測工作的工作效率也做出了巨大的貢獻(xiàn)。因此，地質(zhì)雷達(dá)在對(duì)于鐵路建設(shè)過程中的隧道項(xiàng)目而言會(huì)對(duì)相關(guān)的工程質(zhì)量做好提升工作，將已經(jīng)出現(xiàn)的或者可能會(huì)存在的安全隱患進(jìn)行及時(shí)的解決，從而進(jìn)一步為鐵路的運(yùn)營創(chuàng)造良好條件。

3.2 基本原理

地質(zhì)雷達(dá)方法是一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜電磁波技術(shù)，在其進(jìn)行實(shí)際工作的過程中，主要需要兩根天線來進(jìn)行信號(hào)的獲取、傳輸和分析。這其中的一根天線用于向地下發(fā)射無載波電磁脈沖，另一端的天線則被用于接受從地下不同介質(zhì)中經(jīng)過界面反射所傳遞回來的電磁波[2]。在這一過程中，電磁波作為主要的地質(zhì)傳播信號(hào)，會(huì)在經(jīng)過相關(guān)介質(zhì)的時(shí)候使得介質(zhì)發(fā)生不同于本身的變化，而且相應(yīng)的傳播路徑、電磁場的強(qiáng)度情況以及電磁波的波形都會(huì)隨著所需要通過介質(zhì)的電性以及目標(biāo)體幾何形態(tài)的不同而發(fā)生相應(yīng)的變化。然后另一端的天線和介質(zhì)又會(huì)根據(jù)已經(jīng)進(jìn)行過一半處理之后的、被再一次反射回來的信息進(jìn)行接收和處理，從而更好地幫助工程隊(duì)來探測鐵路隧道襯砌質(zhì)量建設(shè)提升過程中的地下層結(jié)構(gòu)特征和埋藏的目標(biāo)體。需要注意的是，在地質(zhì)雷達(dá)方法應(yīng)用的過程中，一般來說，電磁波通常都被近似地看作是一種比較均勻傳播的平面波形，其傳播速度在高阻斷介中取決于媒質(zhì)的相對(duì)常數(shù)Er，也就是V=C/(Er)1/2，這其中，C 的取值一般都被控制為0.3m/ns，而Er作為媒質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，需要根據(jù)不同媒介的特征有一個(gè)確定的數(shù)值供計(jì)算者選擇。其次還需要知道電磁波在遇到不同媒質(zhì)界面時(shí)的反射系數(shù)，相應(yīng)的計(jì)算方式如下：R=[(E1)1/2-(E2)1/2]/[(E1)1/2+(E2)1/2]。從這一點(diǎn)就能夠看出，電磁波的反射系數(shù)取決于界面兩邊媒質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)的差異，差異越大，反射系數(shù)也越大。由于地質(zhì)雷達(dá)在進(jìn)行鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測過程中會(huì)利用到的煤質(zhì)類型較為多樣，這其中以混凝土、鋼筋、空氣、水體、巖石最為常見，而這幾種物質(zhì)的媒質(zhì)差異性也比較顯著，就會(huì)形成比較大的反射現(xiàn)象，使物性的差異成為我們?cè)谀壳八鶓?yīng)用的地質(zhì)雷達(dá)法檢測隧道的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)的必要前提。

4 工程應(yīng)用

4.1 專業(yè)工具的采用

目前根據(jù)我們所了解的情況來看，我們?cè)诘刭|(zhì)雷達(dá)檢測當(dāng)中主要應(yīng)用的是美國公司生產(chǎn)的一種新型的地質(zhì)雷達(dá)，它的技術(shù)相比較我們來說有更高層次的要求，所以其使用范圍要更加的廣泛。由于我們目前所要處理的對(duì)象是鐵路隧道，所以在進(jìn)行這樣專業(yè)工具的選擇時(shí)，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r，因地制宜地做出更加合適的選擇。通常情況下，我們檢測在選擇天線頻率的時(shí)候應(yīng)當(dāng)控制在800～1000MHz，其次我們?cè)谶x擇專業(yè)技術(shù)之后，還應(yīng)當(dāng)將其專用赫茲控制在400～900MHz，在檢測隧道底部時(shí)應(yīng)當(dāng)控制在200～500MHz。

4.2 側(cè)線的具體應(yīng)用

根據(jù)我們目前對(duì)于隧道的施工情況來看，我們?cè)趩尉€隧道的施工過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)一共設(shè)6 條側(cè)線，在我們的雙線鐵路當(dāng)中，我們一共要設(shè)置7 條側(cè)線，這是我們?cè)趥?cè)線的具體應(yīng)用當(dāng)中所體現(xiàn)的一些關(guān)鍵的地方。

4.3 測量參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)

目前在具體的工程施工的過程當(dāng)中，選擇測量參數(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，通常選取50ns 和100ns。

4.4 測量方式

主要是針對(duì)鐵路隧道建設(shè)工程中的避車洞、接觸網(wǎng)吊柱、積水等地形地物或影響因素進(jìn)行標(biāo)記，采取的是相對(duì)來說比較科學(xué)的縱向布線連續(xù)測量的方式，以5m 為單位進(jìn)行位置和點(diǎn)位的確定。

4.5 測量結(jié)果

無論是對(duì)于地質(zhì)雷達(dá)在襯砌中的脫空檢測，在襯砌中的鋼筋鋼架檢測，還是隧道底部的檢測來說，該種方式都能夠反映出強(qiáng)烈的信號(hào)供研究者分析。

4.6 特點(diǎn)總結(jié)

首先是針對(duì)于地質(zhì)雷達(dá)本身來說，在進(jìn)行鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測時(shí)，操作簡單、結(jié)果精確等特點(diǎn)有效地優(yōu)化了相關(guān)的工作效果，高質(zhì)量的地質(zhì)雷達(dá)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)為工作人員提供了必備的基礎(chǔ)。

其次是地質(zhì)雷達(dá)在進(jìn)行鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測時(shí)結(jié)合了宏觀性的綜合評(píng)判，將可能出現(xiàn)的問題作出了詳細(xì)的分析和控制，滿足各種設(shè)計(jì)要求。

最后，對(duì)于一些電磁波衰減的現(xiàn)象來說，也能夠有效地借助地質(zhì)雷達(dá)處理軟件中的反褶積等多種數(shù)學(xué)處理手段來控制結(jié)果的精確程度。

5 結(jié)語

總而言之，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，整個(gè)城市化的進(jìn)程也在不斷推進(jìn)，長此以往，人們對(duì)交通便利性和快捷性的需求也在不斷增加，這使得鐵路及其相關(guān)項(xiàng)目的建設(shè)壓力日益增強(qiáng)。這其中最為重要的是要注意地質(zhì)雷達(dá)在對(duì)鐵路隧道建設(shè)過程中襯砌質(zhì)量的檢測和提升，借助科學(xué)的技術(shù)和精確的數(shù)據(jù)來將可以利用到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行還原，積極促進(jìn)鐵路隧道的施工與建設(shè)。