地质雷达在公路隧道二衬质量检测的作用

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摘要：介绍了地质雷达的工作原理，地质雷达是一种广泛用于地质探测的高频电磁脉冲波技术，结合昌宁高速礼坊隧道实际工程，阐述了地质雷达在隧道二衬质量无损检测中的应用，简述了测线布置、数据采集、图像处理步骤，并对典型的雷达图像进行分析，证明地质雷达技术在隧道工程无损检测中能取得了较好效果。

关键词：地质雷达；隧道；二衬检测

1概述

隧道工程由于种种原因在施工期或运营一段时间后，可能会出现表面裂纹、渗漏水等病害，通常这些病害多是由隧道潜在的隐患导致的，如衬砌厚度不足、衬砌背后存在大面积空洞或回填不密实等。传统的施工质量检测往往采取钻孔取芯、开挖取样的破坏性手段，这样对于防水要求极为严格的隧道施工极为不利。由于隧道工程是隐蔽性工程，因此需要一种有效、快速、无损的方法和手段进行检测。本文结合昌宁高速礼坊隧道实际工程，对礼坊隧道二衬质量进行了无损检测。结果表明质雷达在公路隧道质量检测方面效果比较理想，达到了指导施工的目的。

2地质雷达的工作基本原理

地质雷达作为一种无损检测技术，自20世纪70年代开始应用至今已有30多年的历史，在工程各个领域都有重要的应用，主要解决场地勘查、线路选择、工程质量检测、病害诊断、地质超前预报和地质构造等问题。探地雷达的基本原理如图1所示。地质雷达是利用高频电磁脉冲波的反射探测目的体及地质现象的。其探测过程如下：地质雷达通过发射天线向地下发射高频电磁脉冲，此脉冲在向地下传播过程中遇到地下介质分界面时会产生反射。反射波传播回地表后被接收天线所接收，并将其传入主机进行记录和显示，每一测点接收到一道雷达波形，一条测线上全部测点的雷达波形排列在一起，形成完整的雷达剖面，经过资料的后处理，进行反演解释便可得到地下地层或目的体的位置、分布范围、埋深等。

3工程应用

3.1工程概况及参数设置

礼坊隧道为一分离式隧道，隧道长度为1625m，净空宽×高为10.75m×5m。隧道区位于构造剥蚀低山丘陵区，山体连绵起伏，山体植被发育，沿洞轴线洞身最高点高程约700m，地形起伏大，山势较陡峻，隧道进出洞口地形较缓，植被发育，风化层厚。隧道区山体总体走向比较紊乱，大致呈南北走向，隧道区内水量丰富，隧道区内微地貌发育，主要为山间冲沟，为山间洪水及地下水的排泄通道。本次检测仪器采用美国GSSI公司研制的TerraSIRchSIR3000地质雷达。检测之前，必须根据具体地质情况，调节相应的参数（主要包括雷达天线中心频率、时窗和采样次数等），以达到仪器的理想状态。考虑到探测对象主要为隧道二衬质量，检测对象为二衬的厚度，钢筋数量及二衬支护背后是否有空洞，所以本次检测采用400MHz中心频率的天线，测量方式采用连续测量。探测的时窗主要取决于探测的深度，考虑到本次探测主要为初期支护探测，检测深度在1m之内即可，则时窗可取为50ns。

3.2测线布置

根据规范要求及项目实施大纲，沿着隧道走向的3条测线，即拱肩2条（测线1、2）以及拱顶1条（测线3），如图2所示。

3.3地质雷达探测结果

（1）二衬厚度检测结果。图3是采用Reflex软件处理后的地质雷达波形图，该检测段桩号范围是ZK189+200~ZK189+230，沿测线1的位置数据采集。由于围岩与二衬混凝土介电常数差别较大，电磁波在围岩与混凝土界面传播时将产生较强反射信号，图3中绘制出的曲线即为该反射信号，表1列出了该检测段测线3位置的二衬厚度的检测结果。（2）二衬钢筋数量检测结果。图4是采用Reflex软件处理后的地质雷达波形图，该检测段桩号范围是ZK189+110~ZK189+117.5，沿测线1的位置数据采集。由于钢筋与混凝土介电常数差别很大，电磁波在混凝土与钢筋界面传播时将产生强烈反射信号，图4中用垂直箭头标记出了钢筋具体位置，表2列出了该检测段钢筋数量的检测结果。综合表1、表2所得到的二衬厚度与钢筋数量检测数据，结果表明二衬施工质量满足设计及有关规范的要求。

4结论

通过在昌宁高速礼坊隧道进行的多次地质雷达无损检测，得到了如下认识：（1）地质雷达作为一种无损检测技术，具有成本低，操作方便快捷，探测精度高，数据采集与处理集于一身，目标体等异常图像清晰且易于识别等特点，能有效检测出钢筋异常以及二衬厚度。（2）礼坊隧道现场检测结果表明，检测部位拱顶测线及左、右拱腰测线二衬厚度满足设计要求，测线部位衬砌层与原岩耦合良好。二衬钢筋总数满足设计及有关规范的要求。

作者:袁海波 单位:中铁五局集团第一工程有限责任公司

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