地质雷达在铁路隧道仰拱质量检测中的 应用与探讨

黄胜举

摘 要：隧道仰拱是隧道施工中比较容易产生问题的部位，隧道仰拱的质量检测是保证隧道施工质量和隧道安全的主要途径。本文简要阐述了地质雷达的检测原理，探讨了地质雷达在铁路隧道仰拱质量检测中存在的问题，并通过自身经验及多组检测数据分析汇总提出了合理化建议。

关键词：隧道仰拱 地质雷达 质量检测

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）09（b）-0035-02

伴随着国家中长期铁路规划的逐步实施，隧道工程所占的比例越来越大，隧道施工的质量问题受到了各界广泛关注。仰拱作为隧道衬砌结构的重要组成部分，能改善衬砌结构的受力形式，调整支护结构的轴力和弯矩分布，在提高隧道衬砌结构的承载能力、安全度和耐久性，抑制围岩内塑性区的扩展，约束隧道洞周位移发展等方面有重要作用。因此，选取合适的检测方法并获得准确的检测信息对隧道仰拱施工质量控制具有重大意义。本文笔者根据多年的施工及隧道检测经验，对比分析了采用地质雷达检测隧道仰拱施工质量存在的问题，并提出了合理建议，以期达到为今后隧道仰拱检测中类似问题提供借鉴的目的。

1 地质雷达在铁路隧道仰拱检测中的优势

目前，国内检查隧道仰拱质量缺陷的传统方法是钻孔取芯，所得数据往往比较接近实际，不足之处在于：（1）利用钻孔无法对整座隧道的施工质量进行详尽、全面、准确的检查；（2）该方法对隧道仰拱局部结构具有破坏性。

为了解决上述问题，隧道仰拱质量检测普遍采用地质雷达法。地质雷达检测技术具有优势有：（1）检测过程都是无损检测，对隧道结构不具有破坏性；（2）检测效率高，检测过程是对隧道仰拱进行扫描；（3）抗干扰能力强，可在各种环境中工作。同时，可以方便快捷地获得衬砌中存在的欠厚、脱空、不密实等质量缺陷的详尽资料，施工单位可根据检测结果及时调整和改进施工工艺，有针对性地对缺陷采取处理措施并复检。

尽管地质雷达在隧道检测方面存在多方面的优势，但是在检测数据分析判断中同样存在问题，对于部分检测结果要根据实际情况进行分析验证，下面通过地质雷达在铁路隧道仰拱检测中的应进行具体说明。

2 地质雷达在铁路隧道仰拱检测中的应用

2.1 隧道仰拱结构

通常而言，隧道仰拱由仰拱和仰拱填充两部分组成，仰拱作为隧道成环的承力结构，维护隧道围岩稳定；填充起到传递荷载的作用，根据隧道仰拱的施工工艺，仰拱和仰拱填充混凝土不能同时施工，必须先施工仰拱使隧道分闭成环，然后施工仰拱填充，而且一般而言两者的混凝土设计标号也不尽相同。

2.2 地质雷达检测原理

地质雷达（GPR）依据电磁波脉冲在地下传播的原理进行工作，电磁波脉冲在介质中的传播路径-波形随所通过的介质的介电性质、几何形态而变化，根据接收到反射波的旅行时间、幅值、频率、波形变化资料，可推断地质目的体的内部结构和几何形态。

2.3 应用实例

在目前已经开通运营的西成铁路客运专隧道，采用地质雷达法进行隧道仰拱检测工作。主要检测步骤如下。

2.3.1 测线布置及里程标记

为了全面检测隧道衬砌质量，在沿隧道轴线方向分别在隧道中心沟两侧布置2条测线。同时为保证各测点的位置与实际检测里程的位置相对应，在隧道边墙上用红油漆每5m做一个标记，并标注里程以供核对。

2.3.2 现场检测

观测仪器采用SIR-3000型地质雷达及400MHz屏蔽天线。检测时采用人工控制移动天线，对隧道仰拱进行连续透视扫描，边采集数据边实时显示监控，以测线剖面记录单独编写文件，有效记录全部数据。

2.3.3 图像数据分析

图像主要判定特征：（1）密实：衬砌信号幅值较弱，波形均匀，甚至没有界面反射信号；（2）不密实：衬砌界面反射信号强，信号为强反射信号，一般区域化分布；（3）空洞：衬砌界面反射信号强，呈典型的孤立体相位特征，通常为规整或不规整的双曲线波形特征，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大。

2.3.4 检测结果比对分析

通过对西成铁路客运专线某6座隧道地质雷达测得的隧道仰拱数据进行分析：发现部分段落仰拱底部存在轻微不密实，具体部位位于仰拱和仰拱填充层之间。为了验证检測结果的准确性，采用钻孔取芯的方法对地质雷达检测中发现轻微不密实的部位进行钻孔取芯。从取出的芯样来看，在隧道仰拱和仰拱填充层中间未发现不密实现象。地质雷达检测结果与钻孔取芯检测结果存在出入。具体异常波形图如图3、图4所示。

为了为后续存在不密实部位进行缺陷整治提供有力支撑，经过验证分析出现以上问题的原因主要是：根据隧道仰拱的施工工艺，仰拱和仰拱填充是分两个工序进行施工，先施工仰拱，然后施工仰拱填充层，在施工过程中势必会存在施工缝（新旧混凝土缝），同时，仰拱混凝土和仰拱填充混凝土标号也不尽相同。地质雷达在扫描过程中受到仰拱及仰拱填充新旧混凝土接缝的影响产生异常波形，导致检测结果中仰拱和仰拱填充层之间存在轻微不密实现象。

针对检测过程中出现的上述情况，笔者建议：从地质雷达检测波形图中分析，如果在隧道仰拱检测过程中发现仰拱和仰拱填充层之间存在轻微不密实现象，同时出现的波形图类似于上述异常波形图，可以考虑缺陷存在的原因是由于仰拱及仰拱填充新旧混凝土接缝的影响，对于地质雷达反映出的仰拱这类缺陷可以考虑不予进行处理，可视施工质量符合设计要求，避免后续检测验证花费不必要的人力、财力，同时影响施工进度。

3 结语

综上所述，地质雷达在隧道工程质量检测中的应用能够看出，利用地质雷达检测隧道仰拱工程质量，可以清楚地反映隧道仰拱厚度及存在的缺陷情况，具有直观、可靠、速度快等优点。但是在检测过程中依然存在问题，对出现的具体问题应具体分析，对于检测过程中出现的笔者在文章中提到的上述问题，可借鉴本文提到的解决方案，确保工程不必要的成本投入，提高施工效率。

参考文献

[1] 刘建平，曾德荣.地质雷达在双碑隧道中的检测应用[J]. 华东公路，2012（2）：45-47.

[2] 丁琨.地质雷达在隧道二衬病害检测中的应用[J].福建交通科技，2011（4）：104-106.

[3] 郑余朝，仲恒，熊骏，等.铁路隧道质量缺陷整治技术研究[J].铁道工程学报，2018，35（3）：69-73.