探讨地质雷达无损探测技术在隧道检测中的应用

邱浩浩，王 华

(贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司)

1 地质雷达无损检测的基本原理

隧道使用地质雷达无损探测技术的相关设备组成是由两个部分构成的，一个是接受新号的控制器另一个是接受和发射新号的天线。控制器的主要功能是提供可以控制的信号，然后再将信号传递给天线装置，而后由天线将信号发射出去，同时接受检测时传递过来的高频电磁波。检测时，电磁波从天线装置中发射出去，在隧道的衬砌和其他介质中传递，当波纹遇到衬砌的边界或者遇到隧道内部出现裂缝、空洞时将发生电磁波的折射现象，这些折射回来的电磁波重新被天线装置接收到，并且将这些信号传递给控制装置，控制器将收集到的信号进行分析处理，并进行全程的数字化记录，最后将处理的结果以图象的形式显现在显示屏上，并将数据全程进行储存。这个过程中，信号传递的时间越长，反射回来所需要的时间也就越长，相对应的当隧道内的反射界面平整，没有存在缺陷的情况下，反射的信号就会越强，反之亦然。通过记录反射后所需要的时间和反射信号的强度，就可以判断出隧道衬砌中是否存在有缺陷，从数据中就可以得到相关的衬砌厚度、缺陷存在的位置以及缺陷相应的属性和结构状态等内容，从而实现了检测的无损和高分辨率的目的。

通过试验研究和理论计算证明出雷达发射的电磁波在相应的介质中的传播速度随着不同介质的介质常数的改变而改变。而介质常数不仅与本身的介质属性有关，而且还与介质中含水量的大小有一定的关系。如果隧道衬砌中的缺陷相对较多且介质中的含水量又十分的丰富，那么电磁波的传递速度就会大大降低。物质之间的不同差异性，反应到电磁波上就是其传递速度的不同，与此同时，还反映到控制器接收到的信号强度不同。隧道检测一般处于的工作状态是在地质条件相对较为复杂的地方开展工作，像一些岩石、沙土和石灰等介质之间都是不同的物质，在对这些界面进行检测时能形成反射，但是他们的介质常数很接近，运用传统的检测方式收集的信号不是很明显，但是运用地质雷达无损探测技术能够提高对这些物质检测的灵敏度，能很清楚的将其分辨开来。而像水泥、砂石、岩石等介质与水、空气、金属之间的介质常数存在有很大的差异性，反射信号的收集相对较为简单，且很容易判断出来。在利用地质雷达无损探测技术对隧道的衬砌中的金属存在可能性、饱水带探测以及空洞缺陷和裂缝探测的效果更加的明显。

2 数据的收集

当在隧道内使用地质雷达无损探测技术时，控制器通过天线发射信号要与隧道的衬砌密切结合，沿着检测的线路进行滑动，雷达的发射主机向隧道内发射高频率雷达脉冲，随后在隧道内进行连续的信号和数据的收集。雷达主机每秒可以发射64个脉冲信号，每发射一次高频脉冲，该区域会有测点45～60个。雷达时间剖面上的各测点的位置和隧道的长度有直接关系，为了保障检测的无损和位置的准确，在隧道的内壁上每隔一段距离做一个标记，同时将隧道的里程标注上。当天线装置对准某一个标记时，相关的操作人员向仪器内输入相应的信号，在雷达的记录中与上述的隧道内的标记相一致，在测量距离每隔100时做一个大的标记。相关的数据收集完后，就来到了材料的整理阶段，这个过程中依据相应的标记和记录，确定相关材料的准确性，在雷达的时间剖面图上明确标注里程的桩号。

3 数据的处理与资料的解释

3.1 数据的处理

在检测的现场，将雷达探测出的所有数据和相关的资料进行扫描储存，并将收集到的数据和材料初步处理后在现场回放，随后将其储存在专用电脑的硬盘上，随后进入室内数据材料处理阶段，回到办公室后，使用电脑将收集到的数据进行分析处理。这时的数据和资料的处理一般会经历两个阶段，(1)将收集的到的数据图像进行回放显示，依旧这些数据进行相关流程的确认和分析，确认出隧道内是否出现了异常情况，最后确定出现异常情况的相关参数和处理的程序;(2)使用专用的雷达软件对数据图像进行处理。

3.2 资料的解释

地质雷达探测扫描图像的正确解释是建立在探测的参数选择的合理性上。数据的处理恰当是建立在由充足的模拟实验对比以及丰富的工作经验之上。对资料的解释要依据雷达图像上的相位、频率大小、幅值以及形态等特征的不同表现，对雷达的剖面进行逐一的分析与判断。与此同时，将不同位置的时间剖面和相关的数据资料以及地质材料进行分析对比，找出在该位置的不同界面以及不同地质现象的反射电磁波的特征。同时，对隧道内壁的混凝土的厚度、衬砌周围的松散带、周围岩石的松动带和基岩裂隙带等进行了解释。

4 结语

地质雷达无损探测技术在隧道检测中的应用，能够有效的探测出隧道衬砌内是否存有缺陷、脱空区域、开裂地带等现象。通过使用该项技术能够使得施工人员及时发现问题的存在，并及时采取有效的措施将其解决在最初状态，消除各种不利的安全隐患，对于隧道的整体稳定性和安全性以及日后的安全运营起到了重要的保护作用。随着该项技术的不断发展完善，地质雷达无损探测技术必定会成为保障隧道施工安全的重要技术环节。

:

［1］赵顺吾.地质雷达在公路隧道质量检测中的应用［J］.公路交通科技(应用技术版)，2011，1(9):78.

［2］陈培德.地质雷达检测技术在隧道衬砌质量检测中的应用［J］.中外公路，2010，8(2):45.

［3］费奎，郝海龙.地质雷达在衬砌检测中的误差分析［J］.交通建设与管理，2011，13(5):125-126.