浅析地质雷达在隧道检测中的应用

摘要：随着公路和铁路的建设力度不断增加，全国各地的隧道工程的发展也进入了一个新的时期，隧道工程的质量检测任务也日趋加重，隧道超前地质预报和隧道衬砌质量的检测更是重中之重。因此，研究地质雷达技术及其应用特点，对我国的隧道及地下工程有重要的现实和理论意义。

关键词：地质雷达;隧道检测;应用

1地质雷达工作原理

地质雷达的工作原理是通过发射天线向地下发射高频电磁波，当在地表以下传播时，因地质界面不同，会发生不同的物理现象。传播过程中，遇到不同电性界面时，一部分电磁波发生折射，透过界面继续传播;另一部分发生反射，该部分电磁波被反射回地表，被地质雷达的接受天线接收，记录在主机上。电磁波在传播过程中不是只经过一次反射或折射，在能量没有被完全吸收之前，每遇到不同地质界面均会发生不同程度的折射和反射现象，直至能量被完全吸收才会消失。电磁波在不同介质的传播过程中，其路径、电磁场强度、波速和波幅都会随着所通过介质的变化而不同。不同的地质体（物体）具有不同的电性，因此，在不同电性的地质体的分界面上，都会产生反射。

2地质雷达在隧道质量检测中的功能和应用

2.1厚度情况检测

衬砌混凝土厚度的分布情况曾经很长一段时间困扰着工作人员，因为这是工程验收中最重要的指标之一。传统的验收方法采用的是钻芯法，该方法存在很多的弊端，不仅仅破坏性极强，而且出来的监测数据因数据少代表性不强。自90年代雷达技术在我国隧道检测中应用以来，就解决了上述问题，通过该技术可以很准确的了解到衬砌混凝土厚度的分布情况。因为其是一种用于隧道检测的无损检测方法，所以该检测对隧道的破坏性小、准确率高、连续性强等特点，在隧道检测中被广泛的应用，因其自身优势决定了其在隧道检测中不可替代的作用。

2.2密实度（或脱空）检测

混凝土不密实和背后脱空是隧道质量存在的主要问题之一，形成该问题的主要原因是施工因素造成的，超挖太大、防水材料褶皱等因素都可能。传统的检测手段很难检测出来混凝土的不密实情况。地质雷达检测技术应用后，由于其方便无损的检测手段正好填补了传统检测的不足。其主要是通过连续的反射波组确定衬砌混凝土的不密实度，例如衬砌混凝土其内部出现了强的反射波组，反射波同相轴发生畸变且振幅明显增强，呈现出起伏不定的波形，根据以上特征，就可以判断出该处衬砌混凝土的密实度较差，如果这种情况连续起来，就有很大可能是脱空现象。

2.3钢筋位置检测

混凝土中无钢筋时，雷达信号反射幅度较弱，甚至没有界面的反射信号。混凝土中的钢筋，钢架一般是月牙形强反射信号，钢格栅一般是一组不均匀的小双曲线形强反射信号，钢筋一般是一个个连续的小双曲线形强信号。判定一方面是从信号的形状来确认，钢筋（架）一般是连续均匀的出现在收集处理的图像中，另一方面要加强收集设计信息、施工信息来加强判定的可信度。

3隧道超前地质预报实例

某隧道为单向双洞公路，单拱长隧道，隧道界面尺寸采用半圓拱型，此次超前预报掌子面里程桩号为K21+519，掌子面围岩以泥岩及砂岩为主，岩体呈强～中风化。岩体完整性差，岩体风化差异较大;节理裂隙较发育、岩体较破碎、强度低，多呈碎裂状及碎块状结构，岩体层间存在砂岩及泥岩互层现象，岩体层间结合力差，地下水较丰富，主要以基岩裂隙水为主，掌子面拱顶出水呈淋雨状～股状流水现象，右侧呈渗水状出水现象，受地质构造影响，岩体自稳能力差，开挖过后建议及时支护，避免发生坍塌。为了了解和判断掌子面前方一定距离内不良地质的性质、位置、宽度和影响隧道的长度，由此判断地下水情况、围岩级别和对施工的影响。

（1）掌子面前方0～200ns时窗区段内（对应桩号K21+519～K21+529，参考电磁波波速为0.1m/ns，下同）：该区段电磁波信号总体较为规律，同相轴较为连续，局部地区呈断续状分布，反射信号以中～低频率信号为主，信号振幅偏强，且存在低频振荡特征，局部地区频率较高振幅较弱;初步判断掌子面前方围岩以泥岩及砂岩为主，岩体节理裂隙发育、较为破碎、强度较低，总体裂隙含水较为丰富。其中掌子面前方50ns深度（对应桩号K21+521.5）范围存在一条斜向贯穿裂隙，裂隙富水性较强，掌子面前方160ns深度（对应桩号K21+527）左侧含水较为严重，裂隙富水性较强。岩层完整性自稳性较差，注意层间的软弱泥夹层。

（2）掌子面前方200～400ns时窗区段内（对应桩号K21+529～K21+539，参考电磁波波速为0.1m/ns）：该区段电磁波信号同相轴较为连续，振幅较强，反射信号以低频率信号为主，且存在强烈的振荡衰减特征;结合电磁波反射波形特征及相关地勘资料，初步判断掌子面前方围岩该区段含水量丰富。

4结语

地质雷达检测技术的应用不但提高工程检测的准确性、整体性，而且它也极大的提高了质量检测的及时性、快速性。地质雷达检测技术是一个系统的科学的方法，需要各方面的协作共同来完成，其中包括检测中涉及到的方方面面、各个环节。

参考文献：

[1]申耀伟.地质雷达在铁路隧道衬砌质量检测中的应用研究[J].江西建材.2017.

[2]张明臣，魏燧，蒋斌松，范金成.地质雷达在寒区隧道衬砌质量检测中的应用研究[J].现代隧道技术.2016.

[3]王智博.地质雷达无损探测技术在隧道检测中的应用研究[J].科技与企业.2015.

（作者单位：湖南中大检测技术集团有限公司湖南长沙）

作者简介：廖振华（1985.06.13），性别：男;籍贯：湖南;汉族;本科学历;中级职称;职务：隧道所技术负责人;研究方向：隧道检测;邮编：410000。