公路隧道无损检测地质雷达技术的应用

杨光琦

摘 要： 地质雷达技术的应用，很大程度上保证了公路隧道建设中的安全，它准确的判断出建设中存在的安全隐患。它的应用对于公路隧道的建设有里程碑的意义，让我國公路隧道建设上了一个大台阶，为今后隧道的发展进步打下了基础。

关键词： 公路隧道;工程检测;地质雷达;超前地质预报

【中图分类号】TU712     【文献标识码】B     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.26.196

引言：超前预报系统将在今后公路隧道的建设中被广泛应用，他能有效的探测地质和水流的情况，为整个公路隧道的设计提供有力数据，保证了隧道设计的可行性。超前预报系统及地质雷达超前预报系统相结合方式，可以相互补充它们之间的不足，避免各种突发情况带来的损失，

1 地质雷达技术的工作原理与特点

1.1 地质雷达技术的工作原理

地质雷达技术主要就是通过电磁技术将所存在的地下物体不可见部分进行检测，在应用中需要通过使用高频电磁波以宽频带脉冲的形式发射到需要检测的位置上，利用发射天线向地下或者工程结构中发射进去，通过电性差异可以反射到地面中，然后再利用天线接收到反射信号[1]。高频电磁波在检测的介质中传播的过程中，如果内部所存在的电磁波强度与波形都会因为地质的不同而呈现出不同的特性。电磁波在传播的过程中如果遇到介质均匀度较差、介质常数存在差异而表现出不同的状态，这样就能够通过不同的介电常数来判定其所存在的问题。所以在检测的过程中要利用该地区的波形进行收集、整理与分析，从而能够准确的判定内部空间和结构形式。但是在实践中需要根据不同的介质选择合适的天线频率。

1.2 地质雷达技术的工作特点

地质雷达技术是当前应用比较普遍的隐蔽探测技术，具备较高的技术水平，但是也存在一定的局限性与问题。地质雷达具备较高的分辨率，其发射的声波频率越高则表示其衰减的速度就会越快整体的探测深度也会比较小，分辨率同时也会随之降低。雷达电磁脉冲信号在进行介质中传播的过程中极易受到高频电性的影响，而探测深度与数据的精度也会受到机制的影响，比如在砂、砾石以及淡水等材质中，在进行检测的过程中可以传播超过几十米，但是对于粘土、淤泥等介质中只能够传播几米。因此，在未来发展中还需要加强地质雷达技术的研发，要全面的提升技术水平，设备精度也需要提升。

2 超前地质预报概述

2.1 超前地质预报

主要内容隧道超前地质预报主要是预测隧道掌子面前方围岩的地质状况、不良地质体的方位、围岩性状、水文状况等信息，并以此来判断隧道围岩级别，为隧道施工支护提供技术依据、防止可能出现的工程险情、确保合理的施工措施，指导隧道安全施工，降低施工过程中遇到的风险，力求隧道施工更加科学合理，降低风险的同时以便更好的服务隧道施工。

2.2 超前地质预报主要方法

我国隧道超前地质预报目前主要采用地质调查法、地震波反射法（TSP）、红外探测、超前地质钻探、电磁波反射法（地质雷达）、加深炮孔探测、陆地声纳法七种方法。

3 公路隧道施工中常用的超前地质预报技术

公路隧道位于地质条件复杂的山区，在施工过程中易受地质环境的影响，发生沉降、塌方、涌水、突泥等地质灾害事故，造成严重的人员伤亡和经济损失。为保证公路隧道施工的安全性，有必要运用超前地质预报技术，对施工区域的围岩地质情况进行准确预测，将其作为调整施工方案、确定施工方法的依据。常用的超前地质预报技术包括以下两种：

3.1 TSP技术

（1）技术原理隧道地震反射地质预报（TSP技术）借助波的传播、反射对地质状况进行预报。该技术在隧道掌子面边墙布设多个钻孔，并将少量炸药填充到钻孔内，通过引爆炸药模仿声波信号发射，形成地震波。地震波在岩体内的传播形式为球面波，若传播中遇到岩石物性不良介质，即断层、破碎带、岩性变化等具有明显阻抗性差异的界面，则震波会分成两种传播路径反射回来，分别为向隧道前方掌子面反射、向地震检波器反射。地震检波器根据返回的震波信号时间和方向，自动测算岩体内部纵波波速、横波波速、弹性模量、泊松比，运用软件生成围岩剖面图，可视化显示岩性变化的位置。

（2）技术优势与判定原则

TSP技术具备地质预报范围大、操作简便、预报耗时短、预报成本低、适用条件限制少、对隧道施工无影响等应用优势，是一种预报不良地质位置、产状、宽度的有效物探方法。在公路隧道中，运用TSP技术进行超前地质预报的判定原则为：①反射系数与波阻抗的差别会随着反射振幅的增大而增大;②刚性岩层的判别标准为正反射振幅，软弱岩层的判别标准为负反射振幅;③泊松比突然增大，则表明可能存在流体;④内部纵波波速下降，则表明岩体孔隙度增加。

3.2 地质雷达

（1）技术原理

地质雷达是以宽带短脉冲的形式，由掌子面向地下层发射高频电磁波，当高频电磁波在传输中遇到不良介质时会反射回到地面天线接收器，接收器自动记录相关信息，可视化呈现雷达波面图。高频电磁波的传播路径、传播波形以及电磁波场强度都会受到传输介质不同的几何形态、电性等因素的影响，所以运用地质雷达方法进行隧道地质预报，可根据电磁波发射信号的振幅、频率变化，对地下岩体的性质进行推断[2]。

（2）技术优势与判定原则

地质雷达法具备地质预报速度快、复杂地质反映灵敏、探测距离深、不干扰其他工程施工等技术优势[3]。在隧道施工中，运用地质雷达法进行超前地质预报的判定原则包括：①振幅反射波的水平越强，反射频率越低，则判定为存在浅水面不良地质;②反射波同相轴错断越明显，或反射波频率衰减，或破碎面反射波振幅量明显大于两侧基岩，这表明岩体存在破碎带不良地质。

结语：无论是超前地质预报还是地质雷达技术，通过研究它们的检测数据，可以准确为公路隧道建设提供数据。它们的应用极大的提高了公路隧道建设的水平，甚至可以缩短公路隧道建设的时间。它们用科学的技术，让路隧道检测中能够判定隧道缝隙的位置，同时还能识别出工程存在的安全隐患问题，这对促进公路隧道工程的建设有重要意义。

参考文献

[1] 易俊松.公路隧道无损检测地质雷达技术的应用[J].中华建设，2020（01）：154-155.

[2] 胡玉保.山区公路隧道工程综合超前地质预报技术研究[J].林业建设，2014（03）：75-78.

[3] 李帝春.地质雷达技术在岩溶地区公路隧道施工中的应用[J].山西建筑，2013，39（28）：150-151.