地質雷達檢測在隧道工程中的應用實踐

袁亮

摘 要 地質雷達檢測技術是勘探淺層的關鍵手段。這項技術對目標持續、高效、無損的檢測，進一步得到動態監測圖像，并開展實時分析，獲得準確的檢測結果。由于地質雷達檢測技術穩定、精度高及準確，因此在隧道工程中廣泛應用。故在隧道工程中合理應用地質雷達檢測技術，提高了檢測效率，本文系統討論了地質雷達檢測技術的相關情況。

關鍵詞 地質雷達檢測;隧道;應用

1地質雷達的原理與功能

1.1 基本原理

地質雷達技術主要借助電磁波原理，全面了解無線電波檢測介質的分布特點，對地下界面與肉眼不可見的目標實行掃描。地質雷達是一種電磁技術，有效確定目標的形態與位置。電磁波的傳播由典型介質特征決定，介質的導電率與常數均體現出導電性，其中電磁波的穿透性被導電率影響，導電率既定時，介質常數影響物體內傳播電磁波的速率。不同的地質形成不一樣的電性。因此，電性不同的地質更容易發生反射。

1.2 地質雷達的應用功能

（1）隧道超前地質預報。隧道施工的地質環境復雜多變，故要準確了解隧道開挖面的水文地質特點，系統收集地質資料為隧道施工做準備，不斷改進施工工藝，避免發生嚴重的地質災害。地質雷達隧道超前預報是指不同介質傳播電磁波的速度，通過地質界面反射判斷掌子面前圍巖地質情況和富水特征，對不良地質、突水突泥和斷層破碎帶的位置和規?？茖W預測。

（2）隧道初支與二襯檢測。在襯砌項目的施工中，受力點集中在噴錨初期支護，二次模筑混凝土襯砌具有防水和存儲的作用。故而要對支護噴射混凝土層厚度綜合分析。目前，檢測隧道襯砌的過程中極少涉及噴層厚度的內容，無形增加了檢測難度。我國的技術人員主要采取穩態面波法、超聲波法和鉆孔取芯法解決檢測隧道襯砌存在的質量問題，這三種方法自身也出現一定的缺陷，鉆孔取芯法有較強的破壞性且以點概面，超聲波與穩態面波法不具備較高的檢測效率，容易中途停止測量。探地雷達是現代地球物理勘探領域內全新的技術成果，它不只保證了測量的連續性，還減輕了破壞程度，屬于一種高級的檢測技術[1]。

2地質雷達工作步驟

（1）準備工作。隧道檢測之前利用地質雷達技術準備相關的施工材料。首先嚴格校準，保證地質雷達正常開展工作;其次，確定天線及掌握被檢介質的實際速度;第三，消除外部因素的干擾，避免對地質雷達電磁波正常傳播造成影響;第四，為檢測提供必要的輔助工具，如檢測車和焊制工具等，在檢測過程中提高地質雷達天線的穩定性，檢測中貼近天線和檢測面;第五，對檢測對象的樁號準確標記，避免檢測對象的位置發生改變。

（2）布置測線。地質雷達檢測中天線移動的軌跡是測線。根據要求布置測線，通常包括三線、五線和七線的布置方法。

（3）采集檢測數據。設計地質雷達參數。按文件與施工特點決定檢測深度，選擇適合的天線，一般超前預報對應的屏蔽天線小于100Hz，襯砌對應的屏蔽天線為900Hz，二襯對應的屏蔽天線為400Hz，路面對應的屏蔽天線在11500～5000Hz之間，參考檢測深度選擇相應的天線和時窗。

地質雷達使用點測法與連續測法搜集數據。點測法是對相同檢測點不斷疊加，表現出精測的特性，但不能實現連續操作;連續測法是在天線移動中不間斷成像，但精度不佳;超前預報通常選擇點測法，或結合點測法和連續測法。

地質雷達的檢測數據和檢測長度是正比關系，要想保證檢測結果的準確性，應統一檢測成像與檢測位置。檢測操作人員結合檢測過程決定停止或恢復檢測，盡量避免出現一些次要的數據，降低其影響結果的程度。

（4）數據分析。結束現場檢測后，全面分析檢測數據，對襯砌厚度精確計算，進一步形成客觀的結果。

（5）數據應用。地質雷達探測結束后，向工地傳輸測試的結果，安排各項施工工作，施工方及時核對探測的數據，如發現施工問題，按檢測結果實行調整，保證施工的安全[2]。

3地質雷達檢測在隧道工程中的應用實踐

某隧道工程位于丘陵地帶，地勢體現出起伏的特點，進洞口的坡度保持在20°～25°之間，比較穩定，洞身海拔最高達500m，寬度狹窄，但整體發育較好，在縱深向出現了割裂。區域表層是粉質黏土成分，形成適中的強度和壓縮性，完整性不足，巖體相對破損，降低了強度，各個層次出現互層問題，開挖后應立刻支護，有效預防坍塌。

（1）檢測內容。檢測過程中，要精確掌握不良地質與掌子面的位置、寬度與性質等，了解隧道受影響的長度。在比較復雜的地質環境內，重點把握開挖面地質水文特征，總結和整理地質材料，從而對施工技術合理調整，減少地質災害發生的次數。檢測選擇地質雷達技術，實現了超前預報地質情況，定位斷層破碎帶在不良地質的具體方位。從而更好開展施工。項目施工最初階段，通過噴錨處理支護，繼續開展二次模筑混凝土襯砌施工，避免結構不完全受力。在襯砌檢測中，主要考察初期支護混凝土層的施工厚度，襯砌質量滿足設計標準。利用傳統的施工方法，容易造成一定破壞，降低施工效率，無法檢測完整的結構。利用地質雷達技術對結構不間斷檢測，彰顯了無損檢測的功能，是工程檢測最理想的方法之一。二次襯砌檢測中，有必要綜合控制襯砌與二次襯砌的密實性，及其分布在脫空區的特征，以耦合方式檢查襯砌層和圍巖，了解鋼筋的分布數量。

（2）檢測方法。①檢測準備。地質雷達檢測之前，做好相關的準備工作，正確應用設備，合理分布測線。建議使用美國SIR3000型探地雷達設備，以高精度技術持續測量與存儲數據，準確標記測線樁號。根據檢測的深度選擇天線的使用規格，還可以通過增加頻率降低深度，從而增強分辨率。利用400～900Hz天線檢測初期支護表面，使用200～400Hz天線檢測二次襯砌隧道結構，對隧道測線合理布置，沿隧道縱向實施布線。②數據采集。將天線與探測目標表面貼合后使用地質雷達技術檢測，沿測線緩速滑動，利用主機傳遞高度脈沖，迅速采集數據。采集數據時需對相關的參數科學設置，保證清晰成像，使檢測結果符合實際情況。在現場檢測中，客觀判斷各個參數，根據檢測深度與介質速度，對時窗長度估計。檢測之前，選擇不間斷掃描探測方法，通過透視探測方法對結構實現檢測。選擇濾波器時，可選擇自動式，若還有其他的要求，則結合手動式應用。在調校過程中分別選擇高通和低通兩種方式。針對400Hz天線，以1/4中心頻率設計高通截止頻率。如低通頻率應達到800Hz。當成像比較模糊時，利用濾波器處理帶有噪點和干擾信號的檢測結果。

在高通與低通之間實現轉化。濾波器功能增強時，信號易丟失，威脅了檢測結果的準確性，需要由反向實行調節，增加信號的強度。采取手動方式調整增益，在頂端位置對直達波調校，不斷優化反射波的位置，使回波圖更加完整。以預處理方式獲取數據，對數據的標題與內容綜合檢驗，之后以濾波分析濾除噪聲信號，保存有價值的信號。

（3）圖像分析。使用REFLEXW7.0軟件繪制地質雷達波形圖。以最大分辨率在地質雷達剖面圖上顯示反射波，分析圖像時需借助使磁波振幅、波形等參數。當振幅較強時，介質形成差異化的電磁學性質，根據振幅對介質屬性客觀評判。介電常數與傳播數值呈反比關系。若是負的反射波系數，則振幅的方向正相反，因此對截面兩側分布的介質屬性自行判斷。通過分析襯砌結構厚度可知，襯砌結構的介質電常數不同于初期支護、圍巖等，前者的反射截面包含反射信號，可獲得真實的襯砌厚度。物質表面通過幾何反射波的高低頻率有效區別。不同介質的結構有不同的特點。比如巖層與混凝土的結構相對均勻，而反射波很少，且反射波容易出現在缺陷位置，巖層的結構復雜，易產生頻率較高的干涉。根據同相軸科學分析地質雷達圖。按照同相軸的特點，全面解析界面。由于邊緣反射效應的影響，導致邊緣形態與同相軸的區別顯著，有必要聯系同相軸的方向、時間和強弱等展開研究。當混凝土脫空時，襯砌結構與圍巖、空氣介質等的性質不同，造成上下層的反射信號顯著，反射同相軸不斷增加能量。結合時間因素，了解脫空區域電磁波的區域時間。

（4）檢測結果。檢測區域電磁波信號連續的同相軸，局部區域分布呈斷續特點。而中-低頻率的反射信號形成較強的振幅和低頻振蕩;傾斜貫穿的裂縫出現在斷掌面前50ns，體現出較強的富水性，160ns區域的深含水問題比較嚴重，直接威脅了巖層的穩定性。

選擇數值為20cm的S4支護。圍巖與二次襯砌混凝土結構的介質參數較大，電磁波在界面傳播時形成了反射信號。準確控制檢測內的鋼筋數量，檢測長度12.5m，距離25cm，實際檢測距離25cm，數據符合設計要求。由圖像分析，曲線變化規律決定了鋼筋分布的位置。經科學判斷，開挖掌子面不存在欠挖或超挖的問題，有效預防了圍巖和襯砌結構產生孔洞[3]。

4結束語

綜合分析，地質雷達檢測技術廣泛應用在隧道工程檢測中，首先要科學選擇設備與檢測參數，系統分析檢測結果，精確了解隧道施工中存在的質量問題，為施工提供參考，提高隧道工程檢測的精確性。

參考文獻

[1] 張明臣，魏燧，蔣斌松.地質雷達在寒區隧道襯砌質量檢測中的應用研究[J].現代隧道技術，2018（1）：187-191，201.

[2] 黃勝舉.地質雷達在鐵路隧道仰拱質量檢測中的應用與探討[J].科技資訊，2018（26）：35-36.

[3] 李可丁.地質雷達技術在巖溶隧道超前地質預報中的應用[J].中國科技縱橫，2018（22）：114-115.