隧道衬砌地质雷达检测质量控制

何明峰，黄 潘

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300000)

地质雷达检测是一种无损检测技术，仪器轻便，集数字采集、记录、存储和处理于一体，工程上具有较满意的探测深度和分辨率，现场能够直接提供实时剖面记录图，图像清晰直观，适应性强，广泛应用于市政设施及管线、公路及机场跑道、铁路路基、隧道衬砌检测等。

1 基本原理

地质雷达是以电磁波在有耗介质中传播规律为理论基础，用天线向介质中发射高频率、宽频带的短脉冲电磁波，电磁波在介质中传播，实测时将地质雷达的天线密贴于衬砌表面，雷达波通过天线进入混凝土衬砌中，遇到钢筋、钢质拱架、材质有差别的混凝土、混凝土中间的不连续面、混凝土与空气分界面、混凝土与岩石分界面、岩石中的裂面等产生反射，接收反射波，测出反射波的入射、反射双向走时，通过计算电磁波在介质中的双程走时、振幅大小、相位移等特征值，来判断目标体的深度、异常规模等(见图1)。

图1 基本原理示意

目标深度公式:

式中:v为电磁波在介质中的传播速度;t为双程走时(ns);c为光速(c=0.3m/ns);εr为地下介质的相对介电常数值。

2 影响数据采集质量的因素

地质雷达是用天线向介质中发射高频率、宽频带的短脉冲电磁波，因此高压线路、通讯基站对数据采集有较大影响。在现场实际检测过程中，根据不同的深度来选定天线的频率。频率高的天线发射雷达波主频高、分辨率高，穿透深度小;频率低的天线发射雷达波主频低、分辨率低，穿透深度大。数据采集是检测工作中最为基础同时也是最为重要的环节，检测过程中必须避免人为因素的干扰和影响。

因此，影响数据采集质量的因素有:(1)各种参数，如:天线的中心频率、采样时窗、采样间隔、扫描/单位、增益、滤波等;(2)电磁信号干扰;(3)天线与衬砌表面的密贴情况;(4)台车行进过程中的速度、平稳性等。

3 隧道衬砌雷达检测内容

根据相关规范要求，在隧道拱顶中线、左侧拱腰、右侧拱腰、左侧边墙、右侧边墙、隧底中线等部位沿隧道走向布置测线，隧道衬砌雷达检测内容包括:隧道衬砌厚度 、隧道衬砌背后回填密实度、钢架、钢筋数量情况 、施工时坍方位置及坍方的处理情况等。

图2 雷达图像(图中框内为二衬脱空范围)

4 应用实例分析

图2显示该段为隧道拱顶测线，通过分析该段雷达图像，确定二衬后脱空，深度约6～68 cm，且二衬厚度没有达到设计要求，经现场钻孔验证，检测结论准确，二衬后脱空，且二衬厚度最薄处仅为7 cm。

图3 雷达图像(黄色圈内为二衬脱空范围)

图4 注浆处理后复测雷达图像

图3、图4显示该段为隧道拱顶测线。图3为第一次检测雷达图像，图4为注浆处理后复测雷达图像，通过分析雷达图像，脱空缺陷消失，对比图3，说明注浆效果明显、有效。

图5 雷达图像(黄色圈内为仰拱填充不密实)

图5、图6显示该段为隧道隧底仰拱中线测线。通过雷达图像分析，图5中黄色圈处为隧道仰拱填充内欠密实，建议对该里程段落进行验证处理。从图6中可以看出，红色圆圈处为仰拱填充层内有离析混凝土以及异物充填。

图6 对应段落钻芯取样验证照片

通过以上实例分析，地质雷达检测方法能够客观准确地反映隧道衬砌质量。

5 质量控制措施

为确保检测质量，需从以下四个方面来实现。

(1)提前做好准备工作，如:清理障碍物，左右边墙位置处标识准确醒目的里程标记;

(2)严格控制现场数据采集过程，保证采集数据翔实可靠，同时确保做好现场记录;

(3)认真核对围岩级别及设计参数，对采集的数据进行认真严谨的处理和分析，去伪存真，判定缺陷位置及类型;

(4)及时追踪现场缺陷验证情况，待缺陷处理完毕后，及时进行复测工作，对比分析，确保缺陷整改，从而保证工程质量。

6 结束语

通过分析地质雷达检测图像，能够准确确定缺陷位置及规模，为施工单位进行缺陷处理提供了准确依据，对隧道实体质量的控制起到重要作用。随着国家对基础设施建设的大量投入和科学技术的发展，地质雷达在隧道衬砌质量检测与控制中将会有更为广泛的应用和前景。

［1］TB10223－2004铁路隧道衬砌质量无损检测规程［S］

［2］TB10013－2010铁路工程物理勘探规程［S］

［3］TB10753－2010高速铁路隧道工程施工质量验收标准［S］