解析地质雷达在某公路隧道衬砌检测中应用

彭绍玉

摘要：隧道作为公路的重要构成部分，起到缩短路程提高运行效率的积极作用。为发挥隧道的价值，应围绕建设与施工环节采取病害防范与治理措施，尽早发现问题、及时处理，消除隧道运行安全隐患，有力保障隧道安全运行。吸取以往隧道运行安全事故经验，隧道病害的存在很容易引发安全事故，造成重大损失。因此，提出有效的公路隧道衬砌裂损病害检测方法，做好事前的排查与治理，可有效避免事故的发生，保障人员的安全，使公路隧道创造更多的社会价值与效益。

关键词：地质雷达;公路隧道;衬砌检测;应用措施

引言

随着我国高速公路建设的迅猛发展，公路隧道里程逐年增加，隧道中的各类病害也日渐增多，如衬砌掉块、突水突泥、渗漏水等病害时有发生，严重影响隧道的使用功能。地质雷达是利用宽频带高频电磁波信号探测介质结构位置和分布的无损探测仪器，在衬砌质量检测方面被广泛利用。采用合适的地质雷达天线不仅能够准确查明隧道衬砌背后存在的空洞和混凝土密实情况，还能检查衬砌厚度和支护结构是否满足设计要求，从而为隧道的病害治理和改造提升提供依据。

1加强公路隧道衬砌病害检测重要性

公路隧道安全运行意义重大，在开展病害治理前要做好全面检测，掌握衬砌结构实际情况，根据存在的病害特点开展分析，提出相应治理方案。检测工作人员要具备专业的能力，根据现有数据资料进行分析，选择适宜的检测技术，编制检测方案，落实到公路隧道衬砌裂损病害检测实践，为后续的治理提供依据与支持。对获得的病害检测报告与方案，要进行全面检查，严格把控检测结果的质量。 积极引入新技术与新手段，提高病害检测水平。

2工程概况

XX隧道全长2616m，设计行车速度80km/h，建筑限界净空（宽×高）10.25m×5.0m，隧道洞身一般埋深为100～250m，最大埋深297m，属深埋长隧道。经运行发现，隧道衬砌结构产生大量病害，以裂缝为主，渗漏水问题突出，增加了行车安全风险，尤其是冬季运行。通过病害检测与治理，使病害得到有效处理。

根据隧道资料显示，虽然该隧道埋深较浅，位于泥岩页岩内，但岩体有裂隙发育，为地表水下渗创造了机会，遇到降雨与降雪天气后，隧道会出现严重漏水情况，该隧道地下水以地表降水为补给。选择隧道的进口位置，在明洞顶端设置灌溉水渠进行排水处理，渠面渗漏问题难以有效避免。由于隧道建设时采用的是矿山法，产生很多裂缝且无法做防水处理，后期运行时会产生渗漏。隧道衬砌结构的施工作业，拱顶-拱腰难以填满，并且振捣不够充分，形成了空穴。隧道施工到下部落底之后，产生落拱，使衬砌结构的背后位置产生孔隙。出现坍方之后无法完全填满，给水流动与汇集提供了条件。

3地质雷达检测在公路隧道衬砌检测中应用

地质雷达系统利用天线向地下发射宽频带高频电磁波，电磁波信号在介质内部传播时遇到介电差异较大的介质界面时，就会发生反射、透射和折射反射回的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，由雷达主机精确记录下反射回的电磁波的运动特征，再通过信号技术处理，形成全断面的扫描图并且通过雷达天线对隐蔽目标体进行全断面扫描的方式获得断面的垂直二维剖面图像，当雷达两种介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大。

由于隧道位于发育的节理、裂隙及断层接触带中，地下水加剧了风化作用，造成衬砌背后、隧道脱空。该隧道运营时间较长，不仅隧道衬砌和路面存在不同程度的裂縫和破损，而且以渗漏水现象表现的最为严重。为避免隧道病害进一步发育给行车安全带来隐患，利用地质雷达查明隧道衬砌背后缺陷的位置、深度和大小，为评估隧道的结构安全稳定性和隧道的病害治理及改造提升提供资料依据十分必要。

3.1数据采集与处理

（1）测线布置

隧道衬砌地质雷达检测，采用抽查方式进行，一般常规检测设置5条测线，分别布置在拱顶、左、右拱腰和左、右边墙。依据检测内容，双线隧道需沿轴向布设7条测线，增加了隧底的两条测线，地质雷达检测线布置情况见测线布置示意图。测量前沿隧道轴线用喷漆每隔10m标好里程桩号，便于天线通过时及时、准确地进行标记。由于该公路隧道不属于长隧道，每条测线均进行一次性连续扫描探测，拱腰和拱顶借助升降车进行测量。

（2）参数设定

地质雷达要求目标体和周围介质在介电常数上要有足够的电性差异。地质雷达不同频率天线的测深能力不同，频率越低，探测深度越大，但是分辨率会降低;频率越高，能量衰减越快，探测深度越浅，分辨率会提高。故隧道衬砌检测时需要选择与探测深度要求相应的高频天线，频率范围一般为400～900MHz。在隧道内检测，需采用屏蔽天线，其工作原理如图所示。雷达根据测得的雷达波走时，求得反射物的深度和范围。

3.2数据后处理

地质雷达图像以电磁脉冲反射波的形式记录各种信息，一般以灰度图的形式作为地质雷达的剖面图。地质雷达整个数据后处理过程包括两部分，即数据处理和图像的解释判别。地下复杂的地质条件对发射波有滤波作用，地下介质会对发射波产生不同程度的吸收。并且由于地下介质一般具有非均匀性，导致接收天线接收到的反射波波幅减小，因而发射波和反射波存在较大的差异。此外，环境中的各种噪音也会对波形产生干扰，影响实测数据的真实性。因此，一般对接收到的波形信号进行合适的滤波处理，采用合适的图像信噪比，便于后期对资料中的各种异常现象进行识别和解释。

数据处理的主要内容是滤波，对干扰信号的去除，从而在雷达剖面图上突出各种有用信号，便于后期解释探测结果。利用Reflexw软件对实测的每一条剖面单独进行处理，主要步骤依次为：静校正切除、DC去直流漂移、增益、水平信号去除、频率域滤波、滑动平均和距离归一化等七个步骤。将灰度图调节合适的对比度以便于分析，通过地质雷达时间剖面和深度剖面图即可对隧道缺陷的位置进行判断。

4针对公路隧道衬砌缺陷治理措施

4.1隧道渗漏水治理

对于隧道渗漏水，应在全隧道边墙脚每隔4～5m以89mm直径钻孔作为泄水孔，钻孔内安装透水管，钻孔深度至少应打入围岩2m，并将软管引至排水沟。对于水量大的部位泄水孔的间隔可适当加密至2～3m，对于衬砌裂缝渗漏水严重的位置应在裂缝左、右两侧约20cm处各打一泄水孔。对整治后仍有少量出水的部位，可采用封堵的方式，机械切槽后用遇水膨胀密封胶或防水涂料等进行封堵。

4.2衬砌与围岩治理

对于衬砌内部缺陷，应在欠实位置压注水泥浆，脱空位置压注水泥砂浆进行充填。由于大部分位置为欠实和脱空共存的缺陷，因而只注水泥砂浆，注浆时先注稀浆，后逐渐改为稠浆。

由于衬砌背后围岩也有部分松动和松散，注浆孔需要打入围岩约50cm后进行注浆。注浆时先注下部注浆孔，后注上部注浆孔，以保证混凝土的完整性和密实性。此外，需从无水位置向有水位置注浆，从水少的部位向水多的部位注浆，便于水的汇集和引排。

5结束语

综上所述，本文结合实例进行分析，总结公路隧道衬砌裂损病害检测与治理工作的方法。地质雷达能广泛应用于各类隧道的衬砌质量检测，能有效查明衬砌厚度和缺陷等病害的发育情况和位置，具有无损、便捷、精度和分辨率高等优点。

参考文献

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