探討地質雷達無損探測技術在隧道檢測中的應用

邱浩浩，王 華

(貴州省質安交通工程監控檢測中心有限責任公司)

1 地質雷達無損檢測的基本原理

隧道使用地質雷達無損探測技術的相關設備組成是由兩個部分構成的，一個是接受新號的控制器另一個是接受和發射新號的天線?？刂破鞯闹饕δ苁翘峁┛梢钥刂频男盘?，然后再將信號傳遞給天線裝置，而后由天線將信號發射出去，同時接受檢測時傳遞過來的高頻電磁波。檢測時，電磁波從天線裝置中發射出去，在隧道的襯砌和其他介質中傳遞，當波紋遇到襯砌的邊界或者遇到隧道內部出現裂縫、空洞時將發生電磁波的折射現象，這些折射回來的電磁波重新被天線裝置接收到，并且將這些信號傳遞給控制裝置，控制器將收集到的信號進行分析處理，并進行全程的數字化記錄，最后將處理的結果以圖象的形式顯現在顯示屏上，并將數據全程進行儲存。這個過程中，信號傳遞的時間越長，反射回來所需要的時間也就越長，相對應的當隧道內的反射界面平整，沒有存在缺陷的情況下，反射的信號就會越強，反之亦然。通過記錄反射后所需要的時間和反射信號的強度，就可以判斷出隧道襯砌中是否存在有缺陷，從數據中就可以得到相關的襯砌厚度、缺陷存在的位置以及缺陷相應的屬性和結構狀態等內容，從而實現了檢測的無損和高分辨率的目的。

通過試驗研究和理論計算證明出雷達發射的電磁波在相應的介質中的傳播速度隨著不同介質的介質常數的改變而改變。而介質常數不僅與本身的介質屬性有關，而且還與介質中含水量的大小有一定的關系。如果隧道襯砌中的缺陷相對較多且介質中的含水量又十分的豐富，那么電磁波的傳遞速度就會大大降低。物質之間的不同差異性，反應到電磁波上就是其傳遞速度的不同，與此同時，還反映到控制器接收到的信號強度不同。隧道檢測一般處于的工作狀態是在地質條件相對較為復雜的地方開展工作，像一些巖石、沙土和石灰等介質之間都是不同的物質，在對這些界面進行檢測時能形成反射，但是他們的介質常數很接近，運用傳統的檢測方式收集的信號不是很明顯，但是運用地質雷達無損探測技術能夠提高對這些物質檢測的靈敏度，能很清楚的將其分辨開來。而像水泥、砂石、巖石等介質與水、空氣、金屬之間的介質常數存在有很大的差異性，反射信號的收集相對較為簡單，且很容易判斷出來。在利用地質雷達無損探測技術對隧道的襯砌中的金屬存在可能性、飽水帶探測以及空洞缺陷和裂縫探測的效果更加的明顯。

2 數據的收集

當在隧道內使用地質雷達無損探測技術時，控制器通過天線發射信號要與隧道的襯砌密切結合，沿著檢測的線路進行滑動，雷達的發射主機向隧道內發射高頻率雷達脈沖，隨后在隧道內進行連續的信號和數據的收集。雷達主機每秒可以發射64個脈沖信號，每發射一次高頻脈沖，該區域會有測點45～60個。雷達時間剖面上的各測點的位置和隧道的長度有直接關系，為了保障檢測的無損和位置的準確，在隧道的內壁上每隔一段距離做一個標記，同時將隧道的里程標注上。當天線裝置對準某一個標記時，相關的操作人員向儀器內輸入相應的信號，在雷達的記錄中與上述的隧道內的標記相一致，在測量距離每隔100時做一個大的標記。相關的數據收集完后，就來到了材料的整理階段，這個過程中依據相應的標記和記錄，確定相關材料的準確性，在雷達的時間剖面圖上明確標注里程的樁號。

3 數據的處理與資料的解釋

3.1 數據的處理

在檢測的現場，將雷達探測出的所有數據和相關的資料進行掃描儲存，并將收集到的數據和材料初步處理后在現場回放，隨后將其儲存在專用電腦的硬盤上，隨后進入室內數據材料處理階段，回到辦公室后，使用電腦將收集到的數據進行分析處理。這時的數據和資料的處理一般會經歷兩個階段，(1)將收集的到的數據圖像進行回放顯示，依舊這些數據進行相關流程的確認和分析，確認出隧道內是否出現了異常情況，最后確定出現異常情況的相關參數和處理的程序;(2)使用專用的雷達軟件對數據圖像進行處理。

3.2 資料的解釋

地質雷達探測掃描圖像的正確解釋是建立在探測的參數選擇的合理性上。數據的處理恰當是建立在由充足的模擬實驗對比以及豐富的工作經驗之上。對資料的解釋要依據雷達圖像上的相位、頻率大小、幅值以及形態等特征的不同表現，對雷達的剖面進行逐一的分析與判斷。與此同時，將不同位置的時間剖面和相關的數據資料以及地質材料進行分析對比，找出在該位置的不同界面以及不同地質現象的反射電磁波的特征。同時，對隧道內壁的混凝土的厚度、襯砌周圍的松散帶、周圍巖石的松動帶和基巖裂隙帶等進行了解釋。

4 結語

地質雷達無損探測技術在隧道檢測中的應用，能夠有效的探測出隧道襯砌內是否存有缺陷、脫空區域、開裂地帶等現象。通過使用該項技術能夠使得施工人員及時發現問題的存在，并及時采取有效的措施將其解決在最初狀態，消除各種不利的安全隱患，對于隧道的整體穩定性和安全性以及日后的安全運營起到了重要的保護作用。隨著該項技術的不斷發展完善，地質雷達無損探測技術必定會成為保障隧道施工安全的重要技術環節。

:

［1］趙順吾.地質雷達在公路隧道質量檢測中的應用［J］.公路交通科技(應用技術版)，2011，1(9):78.

［2］陳培德.地質雷達檢測技術在隧道襯砌質量檢測中的應用［J］.中外公路，2010，8(2):45.

［3］費奎，郝海龍.地質雷達在襯砌檢測中的誤差分析［J］.交通建設與管理，2011，13(5):125-126.