隧道初期支护雷达检测电磁参数的准确控制

岳仍沧，申铁军＊

(1.山西路桥集团试验检测中心有限公司，山西 太原 030006；2.山西路桥建设集团有限公司，山西 太原 030006)

引言

隧道初期支护作为公路隧道衬砌的重要组成部分，其质量直接关乎隧道工程结构安全和使用寿命。客观、准确地评价初期支护施工质量，是工程的重中之重，关系到国家经济发展和人民生命财产安全。“安全生产责任重于泰山”，积极探索、分析隧道初支雷达检测中非质量引发电磁参数异常的因素，采取相应措施，控制相关条件，排除安全隐患，客观、公正地评价初支施工质量。公路工程隧道初支需进行全长度施工质量检测，检测合格后方可进行下一步工序。地质雷达检测中若电磁参数异常影响质量判定时，需采取开挖、钻芯、注浆及断面检测等相关方法进行复测验证，不仅成本高、难度大，且对工期影响颇大。故提高隧道初支超声检测准确性，对隧道初支雷达检测电磁参数的准确控制非常重要。

1 电磁参数准确控制对隧道初支雷达检测的影响

隧道地质雷达检测是目前公路行业隧道初期支护施工质量检测的重要手段，公路隧道初期支护长度需进行100%施工质量检测。雷达电磁波透射法相比于传统的凿孔破碎法具有检测覆盖范围广、灵敏度高、成本底、方便快捷及不受隧道设计参数影响等优点，已成为公路行业最主要的隧道初期支护质量检测方式。隧道工程作为百年工程，初期支护作为整个隧道工程的基础及首层“保护伞”，其施工质量直接关乎隧道工程的使用寿命，加之其作为隐蔽工程，检测要求尤为严格。由此可见，对隧道初期支护施工质量准确判定极其重要［1］。2018—2020 年隧道初支雷达电磁波检测统计结果见表1、表2。

表1 2018—2020 年隧道初支雷达检测电磁参数检测结果

表2 2018—2020 年隧道初支复测信息

由2018—2020 年隧道初期支护雷达电磁波检测结果统计可知，由非质量引发隧道初支雷达检测电磁参数异常率高达8.8%，直接导致累计复测天数达30 d，年均复测费用高达7.97 万元。与同行检测单位交流发现，普遍存在非质量引发电磁参数异常较高，干扰隧道初期支护施工质量的准确评定的问题，需要验证的隧道初期支护频率高、距离长、范围大，降低检测效率的同时还增加了检测成本，并且耽误施工单位后续工作，影响工程进度［2］。

2 隧道初支雷达检测电磁参数控制因素分析

2.1 测距轮是否磨损，导致距离产生误差

隧道初支雷达电磁波法施工质量检测时，测距轮经过多次检测后可能会出现不同程度的磨损变形，测距轮轮径会逐渐变小。但每次检测前都会对测距轮实际轮径进行测量，将测量后的实际轮径输入采集软件；通过实际采集距离与卷尺测量距离进行准确性确认，确认结果合理准确时再开展检测工作，见图1～图3。

图1 内置测距轮轮径测量

图2 测距轮轮径测量

图3 软件实际采集距离

2.2 初期支护平整度的影响

（1）现场隧道初支检测时，如果隧道内部路面整体相对干净、无其他杂物影响，路面相对平坦，升降车行驶相对平稳，升降斗上检测人员受到的前后左右晃动、摆动较小，电磁波检测天线能很好地贴合隧道初支喷浆面，采集软件接收的反射信号波形完整，识别图像清晰，信号接收采集情况。（2）现场隧道初支检测时，如果隧道内部路面高低起伏、杂物胡乱堆放，路面相对高低不平时，高空升降车在行进过程中容易发生上下、左右及前后的不规律晃动，升降车上面检测人员受到的晃动较明显，在上述无规律的晃动影响下，升降车斗中的检测人员无法保证电磁波发射天线能很好的贴合隧道初支喷浆面，采集软件接收的反射信号波形局部起伏较大，识别图像模糊，局部为主电磁信号失真，影响初期支护施工质量的评判［3］。

2.3 雷达检测时升降车行驶速度过快的影响

初期支护施工质量检测时，采用地面耦合式一体屏蔽天线，该天线中心频率高达900 MHz，每秒发射脉冲512 个，叠加次数4 次，每米测线测点数多达80～100 个，检测时数据传输量特别大，发射天线在前，接收天线在后。检测时升降车行驶速度过快时，天线发射的高频脉冲发射至初支内部还未被主机接收，测线已错过扫描部位进入下一段扫描，造成扫描速度过快，接收速度慢。导致发射接收不匹配，造成雷达波脉冲多次叠加出现信号异常。检测时升降车行驶速度较慢时，天线发射高频脉冲后，主机能更好地接收反射信号，扫描速度与行驶速度相匹配。高空升降车行驶过快时直接影响检测雷达扫描速度，发射信号来不及接收而强制进入下一区段扫描检测，造成雷达波形局部叠加不均衡，导致检测图像失真，电磁信号异常。高空作业车行驶速度≤ 5.0 km/h 时，检测波形图形清晰，识别相对容易，雷达图像不易失真，电磁参数异常概率较低，整体检测效果好，复测概率较小。

3 隧道初支雷达检测电磁参数准确控制措施分析

3.1 选择合适的减震材料

在几种减震材料中选择并自制合适尺寸规格、厚度和硬度的减震片贴在雷达天线外侧用于初期支护现场实际检测，既保证雷达检测天线与初支喷浆面贴合更密实，同时，还能减少检测时路面平整度差带来的前后左右晃动影响。通过对材料弹性、厚度、硬度、耐磨性、表面光滑性及粘贴难易程度反复比较，选择最佳的减震材料自制成定规格的减震片，粘贴在雷达检测天线底部用于减轻隧道路面不平带来前后晃动的影响。经过反复使用前后对比发现，使用减震片后，检测时天线扫描时受到的阻力更小，贴合更密实，实施效果显著。

3.2 解决升降车速度过快问题

通过现场反复试验发现，升降车行驶速度与初期支护雷达检测时电磁参数异常有一定的对应性，即速度慢时检测波形图形清晰，识别相对容易，雷达图像不易失真，电磁参数异常概率较低。整体检测效果好，复测概率较小。速度过快时检测波形图像拱架易出现前后叠加，图像模糊，局部位置波形图像失真，电磁参数异常概率较高。整体检测效果差，复测概率较大。综上，初期质量检测时高空作业车行驶速度≤5.0 km/h 时，检测波形图形清晰，识别相对容易，雷达图像不易失真，电磁参数异常概率较低，整体检测效果好，复测概率较小。

4 结语

检测时，天线变位影响天线与初支喷浆面贴合密实程度，天线贴合不密实电磁波发射信号出现散乱无规律反射，严重影响电磁波脉冲传输，需特别注意。