隧道無損檢測技術(shù)在鐵路改擴(kuò)建中的應(yīng)用研究

王 兵

（中交一公局集團(tuán)有限公司 （中交隧道工程局有限公司），北京 101102）

1 檢測原理

地質(zhì)雷達(dá)能釋放高頻率、寬頻帶的電磁波信號，電磁波通過天線的連續(xù)拖動掃描整個斷面介質(zhì)的情況，并形成掃描圖像。地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射出的電磁波在需要探測的物體中傳到時會在不同的介質(zhì)界面經(jīng)歷反射折射，不同的界面反射系數(shù)也不相同，所以介質(zhì)的介電常數(shù)的差異會直接反應(yīng)在反射電磁波當(dāng)中。而隧道建設(shè)過程中的圍巖、二次襯砌、襯砌內(nèi)部等等各層的介電常數(shù)都會有明顯的差異，形成反射系數(shù)較大的反射層，電磁波在每層的反射情況也會不同。

2 檢測方法與應(yīng)用

1）測線的布置鐵路隧道的斷面相對鐵路更大，初期支護(hù)耗費(fèi)大量時間和材料，因此施工過程中有時會出現(xiàn)偷工減料的情況，這樣很可能造成隧道背后存在空洞并使得施工過程中塌方。側(cè)線的布置為，在拱頂和左右兩側(cè)的拱腰布置三條測線來檢測初支狀況；而二次襯砌則需要七條測線，同時也可以檢測仰拱。地質(zhì)雷達(dá)采用的測量方式是連續(xù)測量。對于初期支護(hù)的檢測需要注意的是上斷面支護(hù)完成后下斷面還并沒有開挖，所以通行的道路不會平整，這會使得檢測凈空在水平位置上下浮動，影響到檢測精確度，因此檢測難度很大。解決方法是挖出臺架的長度，并且做好行進(jìn)標(biāo)記，不適用工程車，利用施工臺架，人在臺架上行走，以避免路面不平整造成的影響。

2）數(shù)據(jù)采集過程中要求各項參數(shù)都要準(zhǔn)確設(shè)置，否則可能會造成圖像質(zhì)量的損失，這時在數(shù)據(jù)后期處理時難以補(bǔ)救的。在檢測過程中要注意的數(shù)據(jù)采集參數(shù)主要有以下 ：①時窗長度 （單位納秒），時窗長度需要根據(jù)要求的深度電磁波在介質(zhì)中傳播速度來計算 ；②一般選擇工作方式為“連續(xù)掃描”；③濾波器的模式通常有自動模式和手動模式兩種，通常可以用自動模式。當(dāng)探測圖像中有比較明顯的噪音和干擾時需要手動調(diào)節(jié)，將低通和高通模式的信號頻率偏離，使信號頻帶在濾波器中更窄。④通常將增益調(diào)節(jié)設(shè)置為手動模式；重要的是要注意，在測量隧道拱頂和拱形腰部時，很難使天線靠近襯里表面。原因是國內(nèi)外使用的天線粗笨 （特別是低頻天線）。由于負(fù)載過重，工作人員無法持續(xù)維持，導(dǎo)致數(shù)據(jù)收集不令人滿意?？紤]到當(dāng)前可用的技術(shù)，天線電源組件 （例如電池）可以用作外圍組件以將它們分開以降低雷達(dá)天線的質(zhì)量。除此以外天線材料的選擇應(yīng)著重選擇輕質(zhì)、堅硬、屏蔽的材料。在現(xiàn)場檢查中，工程車應(yīng)盡可能均勻移動，里程布局必須清晰準(zhǔn)確。標(biāo)定波速時，使用直接法和間接法用于校準(zhǔn)電磁波在介質(zhì)中的速度。當(dāng)前，外界的信號干擾是地質(zhì)雷達(dá)測量中的主要干擾，因此，在測試之前應(yīng)盡可能地創(chuàng)建良好的測量環(huán)境。必須達(dá)到以下幾點：首先，在測試之前拆除隧道中的所有附件，例如汽車和模具，金屬干擾，如建筑機(jī)械。第二是停止所有操作以減少噪聲干擾。第三，對于不能清理的擾亂信號物體，例如附近建筑物，電線，通信線等，必須清楚地記錄它們的位置，以便在后處理階段可以準(zhǔn)確地過濾或消除它們的影響。

3）數(shù)據(jù)分析，在數(shù)據(jù)分析過程中，充分利用前一時期建立的標(biāo)準(zhǔn)地圖庫中的數(shù)據(jù)，使用已經(jīng)開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件和其他分析軟件進(jìn)行差異分析，以便使數(shù)據(jù)相對清晰。在直觀地質(zhì)雷達(dá)圖像缺陷的后處理中，可以準(zhǔn)確地精確定位缺陷區(qū)域，并且效果非常好。地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理可分為預(yù)處理和濾波分析。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括標(biāo)記、標(biāo)題、復(fù)選標(biāo)記，站信息添加和數(shù)據(jù)文件修改，濾波分析包括背景噪聲消除和信號濾波，目的是消除雷達(dá)圖上的隨機(jī)干擾，抑制干擾信號并突出顯示有用的信息。

3 結(jié)語

語采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行無損探測技術(shù)，在鐵路隧道的施工和檢測中起到了有效的信息提供作用，高效率、低成本地檢測隧道施工過程中可能存在的缺陷，無傷的同時又具有很高的精確度。同時也有很多值得優(yōu)化和注意的地方：1）檢測過程要使用專用檢測車為設(shè)備操作人員創(chuàng)造實用、安全、方便的環(huán)境，減輕收集天線的重量同時使用輕質(zhì)材料電纜 ；2）采取多種波速測量方法的互補(bǔ)，雷達(dá)天線的正確選擇以及各種雷達(dá)的互補(bǔ)性可以產(chǎn)生高質(zhì)量的捕獲信號；3）創(chuàng)建良好的信號采集環(huán)境，最大限度地減少主觀干擾，增強(qiáng)屏蔽以得到更安靜的外部環(huán)境，控制、降低環(huán)境噪聲，減少電脈沖和無線電干擾信號；4）地質(zhì)雷達(dá)無損檢測技術(shù)為我們帶來了更好的測量方式，有助于發(fā)現(xiàn)施工中的缺陷，提高鐵路隧道建設(shè)和運(yùn)營過程中的安全系數(shù)。