隧道地質(zhì)雷達(dá)試驗(yàn)檢測(cè)準(zhǔn)確性的影響因素分析

岳仍滄，申鐵軍

(1.山西路橋集團(tuán)試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司，山西 太原 030006；2.山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006)

1 隧道雷達(dá)檢測(cè)準(zhǔn)確性的影響因素

1.1 設(shè)備輔助線(xiàn)纜連接是否有誤

因非質(zhì)量引起的初支雷達(dá)電磁參數(shù)異常率較高，影響初支施工質(zhì)量的準(zhǔn)確評(píng)定，需要進(jìn)行重新檢測(cè)甚至需采取開(kāi)挖、鉆孔、取芯等方式進(jìn)行驗(yàn)證。本研究使用的初支施工質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備采用俄羅斯GEOTECH公司生產(chǎn)的OKO-3型地質(zhì)雷達(dá)，配備900 MHz屏蔽天線(xiàn)，主要由供電電源、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及采集筆記本電腦組成，見(jiàn)圖1～2。線(xiàn)纜連接采用屏蔽航空接頭連接，線(xiàn)纜數(shù)量少，電源線(xiàn)1根，發(fā)射接收線(xiàn)纜1根，連接方式簡(jiǎn)單、操作方便快捷，所以設(shè)備輔助線(xiàn)纜連接是雷達(dá)電磁波參數(shù)的因素之一，但不是重要因素。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)原理圖

圖2 地質(zhì)雷達(dá)連接圖

1.2 測(cè)距輪與發(fā)射天線(xiàn)是否共面

該研究使用的初支雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)自帶兩套測(cè)距輪，分別是DPI內(nèi)置測(cè)距輪及DPP200測(cè)距輪：當(dāng)使用內(nèi)置測(cè)距輪DPI時(shí)，檢測(cè)天線(xiàn)自帶3輪，其中前方單輪為測(cè)距輪，后方雙輪為定位輪，同時(shí)天線(xiàn)上部有共面調(diào)節(jié)彈簧，檢測(cè)之前只要在初支噴漿平面上反復(fù)練習(xí)幾次，檢測(cè)過(guò)程中只要保證3個(gè)輪均不脫離初支噴漿面，由空間幾何學(xué)可知，3點(diǎn)可確定1個(gè)平面，在保持共面前提下貼合初支平面并非難題，當(dāng)使用外接測(cè)距輪DPP200時(shí)，檢測(cè)天線(xiàn)由1個(gè)滑動(dòng)貼合面及外接測(cè)距輪組成，外接測(cè)距輪上設(shè)置共面調(diào)節(jié)彈簧，調(diào)節(jié)范圍90℃～180℃，由空間幾何學(xué)可知，適當(dāng)調(diào)整很容易使1個(gè)平面與1條直線(xiàn)共面。使用內(nèi)置及外接測(cè)距輪檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)前適當(dāng)練習(xí)，在調(diào)解彈簧幫助下，檢測(cè)天線(xiàn)與初支噴漿共面容易實(shí)現(xiàn)。

1.3 檢測(cè)時(shí)升降高度是否合適

隧道初支施工質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工臺(tái)車(chē)、二村臺(tái)車(chē)的擺放位置合理選擇高空檢測(cè)作業(yè)車(chē)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)臺(tái)車(chē)阻擋時(shí)，采用體積較大升降較靈活的單懸臂升降臺(tái)車(chē)；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)車(chē)或其他雜物阻擋時(shí)，采用體積較小升降車(chē)，上述兩種車(chē)行升降通視條件較好，高度自由可調(diào)，能勝任初支檢測(cè)工作。此外，為保證初支檢測(cè)工作正常開(kāi)展，升降車(chē)司機(jī)、高空檢測(cè)操作人員、現(xiàn)場(chǎng)圖像采集人員均佩戴對(duì)講機(jī)，檢測(cè)過(guò)程中高度不合適時(shí)隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。因此，檢測(cè)時(shí)升降高度影響因素在現(xiàn)場(chǎng)積極配合、互相溝通中完全可以規(guī)避[1]。

1.4 初支表面粗糙程度

該研究使用的初支雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)自帶兩套測(cè)距輪，分別是DPI內(nèi)置測(cè)距輪及DPP200測(cè)距輪；其中DPI內(nèi)置測(cè)距輪輪徑80 mm，主要適用于初支表面較平整時(shí)的初支護(hù)質(zhì)量檢測(cè)：DPP200外接測(cè)距輪輪徑167 mm，主要適用于噴射混凝土表面坑洼不平、平整度較差的初期支護(hù)質(zhì)量檢測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)DPI內(nèi)置與DPP200外接測(cè)距輪所測(cè)雷達(dá)曲線(xiàn)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)天線(xiàn)貼合密實(shí)的情況下，兩組測(cè)距輪所測(cè)雷達(dá)波曲線(xiàn)均清晰可見(jiàn)、未見(jiàn)電磁參數(shù)異常，所以初支表面粗糙程度是雷達(dá)電磁波參數(shù)的因素之一，但不是重要因素[2]。

1.5 檢測(cè)時(shí)路面平整度及測(cè)距輪的磨損

1)路面平整度差時(shí)，高空升降車(chē)上檢測(cè)人員受到前后左右晃動(dòng)較大，檢測(cè)天線(xiàn)一定程度會(huì)發(fā)生相對(duì)晃動(dòng)、脫離、偏移及旋轉(zhuǎn)，對(duì)雷達(dá)檢測(cè)影響很大。

2)多次檢測(cè)后測(cè)距輪確實(shí)可能存在一定程度的磨損與變形。

3)輸入實(shí)測(cè)測(cè)距輪直徑后，軟件實(shí)際采集距離與卷尺現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量距離一致，表明軟件采集距離準(zhǔn)確，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)精度要求，測(cè)距輪參數(shù)是影響現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的因素之一，但不是重要因素。

2 隧道雷達(dá)檢測(cè)異常帶來(lái)的不利影響

由2019—2021年隧道初期支護(hù)雷達(dá)電磁波檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)可知，因?yàn)榉琴|(zhì)量引發(fā)隧道工程初期支護(hù)雷達(dá)檢測(cè)的電磁參數(shù)異常率高達(dá)8.5%，導(dǎo)致了累計(jì)復(fù)測(cè)的天數(shù)達(dá)到29.9 d，3 a平均復(fù)測(cè)費(fèi)用達(dá)到8.0萬(wàn)元，見(jiàn)表1～2。與同行檢測(cè)單位交流中發(fā)現(xiàn)，隧道工程普遍地存在非質(zhì)量引發(fā)的電磁參數(shù)異常較高的問(wèn)題，干擾了隧道初期支護(hù)施工質(zhì)量準(zhǔn)確評(píng)定，需要驗(yàn)證隧道初期支護(hù)距離長(zhǎng)、頻率高、范圍大，降低了檢測(cè)效率的同時(shí)還大大增加了檢測(cè)成本，而且耽誤了施工單位的后續(xù)工作實(shí)施，拖延了工期，影響了工程進(jìn)度[3]。

表1 2019-2021年隧道工程初期支護(hù)雷達(dá)檢測(cè)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

表2 2019-2021年隧道工程初期支護(hù)雷達(dá)復(fù)測(cè)統(tǒng)計(jì)表

3 消除影響隧道雷達(dá)檢測(cè)準(zhǔn)確性的措施

1)首先，針對(duì)檢測(cè)時(shí)路面平整度差儀器天線(xiàn)貼合不密實(shí)的問(wèn)題，要積極同施工單位溝通，及時(shí)處理路面；同時(shí)，尋找合適的減震材料，確保檢測(cè)貼合更密實(shí)。其次，要積極同施工單位溝通，要求在技術(shù)交底時(shí)強(qiáng)調(diào)行駛速度對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響情況的重要性，同時(shí)總結(jié)分析不同行駛速度導(dǎo)致雷達(dá)電磁學(xué)參數(shù)異常的典型圖例，找到一個(gè)與檢測(cè)工作匹配性高的行駛速度。最后，細(xì)化隧道初期支護(hù)施工質(zhì)量控制與改進(jìn)措施，納入單位質(zhì)量體系文件，在日常檢測(cè)過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行與驗(yàn)證。

2)此項(xiàng)技術(shù)可參與土體本構(gòu)模型研究工作，可協(xié)助建立隧道、地鐵沿線(xiàn)部分土體本構(gòu)模型；可參與精細(xì)化數(shù)值模型建立及相關(guān)巖土體參數(shù)研究，可協(xié)助建立部分土體的本構(gòu)模型，參與部分?jǐn)?shù)值模擬工作，揭示注漿填充率對(duì)地表沉降及樁基變形的影響規(guī)律；可協(xié)助建立地鐵、隧道開(kāi)挖引起的自由位移場(chǎng)預(yù)測(cè)方法，揭示位移場(chǎng)的演化規(guī)律；可參與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作，為提出基于現(xiàn)場(chǎng)反分析算法的數(shù)值模擬提供了基礎(chǔ)；可參與部分現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作，為提出適用于多工況下地鐵隧道開(kāi)挖對(duì)受荷樁基影響分析評(píng)價(jià)方法提供基礎(chǔ)；提出不同工況下鄰近受荷樁基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)和主要控制指標(biāo)?？蓞⑴c土體本構(gòu)模型研究工作，建立隧道沿線(xiàn)部分模型中的土體本構(gòu)模型；參與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作，為提出基于現(xiàn)場(chǎng)反分析算法的數(shù)值模擬提供基礎(chǔ)，推廣精細(xì)化數(shù)值模擬工作在隧道、地鐵相關(guān)項(xiàng)目中的應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

依托現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與驗(yàn)證，隧道地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)取得了可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益，并積極與其他檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行交流、驗(yàn)證和效果檢驗(yàn)，取得了顯著效果，隧道初支質(zhì)量檢測(cè)能力與水平得到了顯著提高，非質(zhì)量引發(fā)隧道初支雷達(dá)檢測(cè)電磁參數(shù)異常率得到有效控制，復(fù)測(cè)工作量減小，復(fù)測(cè)成本明顯降低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。不僅提高了企業(yè)檢測(cè)人員的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平與能力，且相關(guān)成果具備潛在推廣價(jià)值，有利于提升隧道初期支護(hù)雷達(dá)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)解決相關(guān)問(wèn)題的能力。此項(xiàng)技術(shù)在在建高速公路進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與驗(yàn)證，不僅大大提高了隧道初期支護(hù)檢測(cè)質(zhì)量，而且有效縮短了工期，節(jié)省了成本，具有一定的實(shí)用價(jià)值和推廣應(yīng)用價(jià)值。

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