基于地质雷达的公路隧道无损检测与养护管理

胡振兴

(甘肃省交通科学研究院集团有限公司，甘肃 730000)

1 地质雷达技术检测原理

地质雷达无损检测是借助于电磁技术，对隐藏物体实施检测，在具体运用中依靠发射高频电磁波，从天线发出电磁脉冲并接收物体的反射信号，根据高频电磁波相关原理，当电磁波穿过各类地质时，因为上下地质的介电特性存在差异，必然会出现差异性的折射与反射，特别是地质内部出现破损问题后能够观察到电磁特性异常，根据反射波的波相特征(频率、波幅、相位等)对地下目标的位置、形态、结构等作出推断。比如说遇到地质体接触面会出现层状反射，遇到空洞情况会出现饶射的情况，如果地质结构的含水量相对较大，其介质常数也会有一定程度的提高，因此应用地质雷达技术对公路隧道实施无损检测能够有效提升检测效率和精准度。

2 公路隧道地质雷达无损检测方法与应用

2.1 某公路工程概况

某隧道为XX高速公路隧道工程，该公路总长12.5 km，其中包含7座隧道，为第一时间了解隧道施工建设质量，利用地质雷达无损检测技术对隧道实施检测，以确保其质量。

2.2 测线布置与检测参数

应用地质雷达无损检测技术对公路隧道质量实施检测，应当提前对测线予以布置，根据隧道工程实际情况合理选择测线，该工程包含5条测线，分别为隧道拱顶、左墙、右墙和左右拱腰，可以更加全面地对隧道质量实施检测。检测过程中设置512个采样点，频率为400 MHz，选择时间触发测量模式实施检测。

2.3 隧道检测

(1)钢性材料检测

衬砌中的钢拱架、钢筋等材质属于导电物体，其相对介电常数近乎为0，而混凝土的介电常数一般为6～12，当电磁波穿过此类介质时，其波相、振幅及频率变化相较密实的混凝土而言，在波形图上会产生较大的异常，其中波相、振幅变化最为明显。

实际检测过程中，视混凝土为均匀介质，钢筋为混凝土中的异常体，电磁波在钢筋与混凝土的接触面产生强反射，波形特征表现为孤立的点状或弧形反射，依此特征来判定钢筋分布情况，确定其位置及可计算保护层厚度。

(2)支护、衬砌厚度检测

隧道初支、二衬与围岩具有介质差异性，正是因为电磁性能的差异，所以导致地质雷达探测范围内介电常数之间出现差异。特别是在围岩结构中，电磁波传播过程中会产生反射波能量不断衰减的情况，经过不同界面或介电常数差异较大的结构时电磁波会出现不同的反射性，根据不同结构所独有的传播速度，在具体检测过程中能够根据反射时间以及传播速度情况来识别混凝土厚度数据。不管何种界面中，电磁波的传播速度都不能完全准确判定，因此进行时间检测时应当对其在隧道不同层次的反射时间予以准确判断，在了解传播速度和反射时间后，借助于相关公式来获取具体位置的准确厚度。实际检测过程中可利用初支中的钢支撑、初支二衬层间的防水板、混凝土与岩石接触面等介质分层处的波相特征，能够对各层衬砌厚度实施检测。

(3)脱空区检测

在对公路隧道衬砌以及混凝土施工作业过程中，由于现场施工质量控制不严格，局部位置衬砌混凝土难免出现密实性达不到设计要求的情况出现，从而造成混凝土出现缝隙，当电磁波传输到分层界面后会出现相对较强的反射信号。且混凝土结构内部松散以及脱空问题越严重，雷达图像中异常反射波形就更明显。可根据地质雷达图像界面中各反射波的波相特征来判定混凝土内部空隙的具体位置，随着电磁波传播的继续所能够看到的反射波也会更强，对隧道脱空位置与具体大小进行检测的过程中，可以通过介电常数等数据予以准确判断。

(4)数据分析

对该公路工程某隧道5条检测线的数据信息实施采集，进行总结分析后得到结果：5条测线数据正常，不存在较大的不密实带，也尚未检测出显著的脱空情况，根据衬砌厚度分层结果也未发现厚度偏薄的部位。同时围岩和锚喷混凝土的密贴程度高，支护和衬砌的混凝土结构较为密实，所以也没有检测到围岩中的松散脱空区。

为进一步掌握该隧道的混凝土强度信息，借助于地质雷达无损检测技术获得相关数据，分析后得出衬砌背后不存在空区，检测段落内衬砌厚度均满足设计标准，符合施工技术要求，隧道背后围岩较为整齐统一，不密实问题仅占0.9%，隧道整体混凝土模段衬砌强度为23 MPa，基于上述数据信息能够得出结论，该公路隧道工程施工质量符合相关规定与设计要求。

3 公路隧道使用维修养护管理

3.1 维修管理

公路隧道维修管理工作对相关作业人员提出了新的要求，借助于地质雷达无损检测技术，准确分析了解隧道质量情况，为维修工作带来更多技术指导和数据支持，确保维修活动的有序开展，真正实现隧道维修管理的科学化与智能化发展。比如在混凝土结构检测中，结合实际情况选择最佳的天线中心频率，并合理设置测量参数，一般采用毫米级别的采样间隔，高频发射接收的采集方式，逐点发射接收。

在实际的维修管理工作中，应用地质雷达了解隧道可能存在的病害情况，根据检测数据来科学分析病害损伤程度，制定有针对性的维修策略。维修管理的一般流程是：无损检测→找出病害→分析原因→制定维修工作方案→后期养护。详细来说即是应当坚持做到定期检测、定期保养。

3.2 养护管理

对于公路隧道的养护管理应当始终坚持贯彻落实集中调度、统一指挥的基本要求，由各个不同专业工区构成隧道养护作业队伍，选择合理时间协同作业，分别开展好各自负责的养护区域。可以参考和借鉴国内外其他隧道的维修养护经验，再结合该公路工程隧道的实际情况，组织完善维修养护体系，确保隧道使用质量。在定期检查特别是专项检测中借助于地质雷达无损检测技术定期对隧道质量实施检测，维修养护工作小组根据检测结果制定养护作业方案，协调好主体结构养护、附属设备设施养护、灾害监控等各项工作。另外还应当重视公路隧道的预防性养护作业，一方面要开展好定期养护活动，根据隧道设计参数来科学确定养护周期；另一方面是按照隧道使用情况实施养护，利用地质雷达无损检测技术来评估隧道实际使用状态，从而帮助我们更加科学的制定养护作业计划，有效控制养护工作成本。

4 结 语

(1)应用地质雷达无损检测技术能够及时发现与了解公路隧道的质量问题，可以为维修以及养护管理工作带来重要的参考依据，从而进一步延长其使用寿命。

(2)应用地质雷达无损检测技术表现出检测效率和准确率高的突出优势，能够更加全面地获得隧道整体质量数据信息。

(3)在应用地质雷达无损检测技术的过程中，必须要严格遵循隧道维修养护管理的基本流程和相关制度规定，确保维修养护工作的有序开展。

(4)公路隧道维修养护过程中应当选择多工种协调进行作业，维修养护活动要统一行动，科学指挥，借助于地质雷达辅助维修养护活动的高效开展。