地质雷达在隧道工程质量检测中的应用

刘伟

摘   要：隧道工程是我国交通运输网络的重要组成部分，由于隧道工程的特殊性，一旦发生安全事故，将会造成极大的损失，严重的危害人民群众的生命财产安全。因此对于在隧道工程的质量检测中，使用地质雷达可以起到有效地质量检测作用。目前来说地质雷达是我国隧道工程的质检中较为常见的检测方式，因此笔者在本文中对于地质雷达技术做了简单地阐述，同时对于地质雷达的具体应用做了相关的研究。

关键词：地质雷达  隧道工程质量检测  应用

中图分类号：U452.11                             文献标识码：A                         文章编号：1674-098X（2019）08（c）-0021-02

地质雷达技术作为效果突出的电磁波勘探技术，在隧道工程的质量检测中得到了广泛的应用，对我国铁路公路隧道的施工与检测维护提供了重要的保障。

1  地质雷达技术概述

地质雷达是目前我国最先进的电磁波勘探技术之一，在社会的各个领域得到了相当程度的重视。而这一技术在我国的众多建筑工程的检测之中也得到了广泛的使用并取得了很好的效果。在多次的具体实践使用中，相关的从业人员和专家学者也更好地掌握了该技术的特性和优点。在具体的使用中，采用地质雷达进行质量检测时，对于外部环境的干扰有着较强的抵抗作用，譬如对电流干扰和电磁干扰都能起到有效地防护，保证了质量检测结果的精准。同时，在隧道工程的质量检测中，使用地质雷达时也不会对隧道工程的紧密部件造成损伤。地质雷达的使用方式比较简单，结果也较为精准明晰，最终的检测数据能够也能够轻易被工作人员理解和使用。总之，地质雷达技术是一项拥有许多优势的先进质量检测技术，对隧道工程的质量检测工作起到了很大的推动作用，能够解决已经发生或可能存在的隐患。这将进一步为铁路公路隧道运营创造有利条件。

地质雷达通过天线发射中心频率为12.5～1200MHz的短脉冲电磁波信号。利用天线发射装置向目标体发送电波，当电波通过有电性差异的物体或是地层时，产生反射信号，用天线接收装置接收信号，根据显示的目标物体反射波双程时间多少和探测点（处）平均介质速度，可以计算检测目标（反射界面）的深度。另外，在差异化介质中传播电磁波的石化，会随着介质特点与几何形态而让传播强度与渠道发生转变。基于此，需要对接受信号的时域波进行研究与处理，确定地下空间部位与结构。其中天线频率对地质雷达探测范围和深度有直接影响，而不同地质结构用的天线频率也有所差异。

2  地质雷达技术的实践意义

随着我国可以水平的提高和社会经济地不断发展，这也同时进一步推动中国工程质量以及相应检测技术的提高和发展。在这个阶段，在大多数的建筑工程的质量检测工程中，都包括了对工程地理信息的检测和处理，作为相关项目质量管理和改进的依据。然而目前我国相应的檢测手段仍然不完善，隧道工程质量仍存在诸多不足和影响。而地质雷达作为一种技术力量雄厚，具有诸多优势的新型检测设备，能及时发现隧道工程中的地下障碍物。探索一些质量稳定性差的地区，有效地帮助员工发现安全隐患。并且经验和技术已在一定程度上用于改善和促进实际隧道工程质量检测工作。对隧道工程安全的保障也起到了重要的作用。所以说，目前该技术在质量检测工作中的广泛使用也在很大程度上推动了我国铁路公路隧道的建设工作，同时，该技术在长期演变过程中也受到工程界的青睐和重视[1]。

3  在隧道工程质量检测的具体应用

3.1 隧道仰拱结构

一般来说，隧道的常见仰拱结构都是由仰拱构造和相应的填充物组成的。填充起到传递负载的作用。然后再进行仰拱的构造，在一般的隧道工程建设之中，仰拱结构中的仰拱和填充物都是隧道工程质量检测的关键部分。

3.2 地质雷达技术的特点

地质雷达的技术原理是地质雷达设备可以发出特定的电磁波频率在需要检测的隧道工程中进行传播来实现检测介质中电磁波脉冲的传播路径。波形随着电磁波传播路径中的不同介质的物理特性以及相应的介电性发生形态的变化，而地质雷达在接受到相应的反射波信号之后，专业人员根据反馈的信息中波形的各种变化就可以对目标的内部结构和各类属性进行检测判断[2]。

3.3 应用实例

本文以对已经投入运营的西城铁路客运隧道工程的质量检测为例，具体说明地质雷达的检测应用。具体如下。

3.3.1 事先布置和标记工作

由于该隧道工程周围的围岩软化破碎，泥块和水被困在块体之间，岩层的工程地质和水文地质条件比勘测设计更复杂。这对于对隧道施工安全和施工进度有很大影响。因为隧道周边可能会出现破碎以及裂缝的现象，因此，必须全面对隧道工程的质量进行检测，避免安全隐患的发生。因此，为了对西城铁路客运隧道的质量做全面的检测工作，相关的检测人员在隧道的轴线方向，沿着该隧道的中心槽两侧放置了相应的测量点来实现对质量的全面检测。同时，为了确定放置的测量点对应的里程的实际位置，在隧道侧壁上每隔5m用红色的颜料将它标记下来，并由专业人员进行相关的检验工作。

3.3.2 使用地质雷达进行现场检测

在本次质量检测中，使用到的观测仪器是SIR-3000地质雷达和400MHz屏蔽天线。而在具体的检测之中，需要工作人员手动控制移动天线，连续扫描隧道仰拱，实时采集和监控数据。同时数据概要需要进行有效地记录[4]。

3.3.3 质量检测结果的图像数据分析

数据分析指标：（1）密实：隧道工程的信号具有弱振幅，呈现均匀的波状形态，无界面反射信号;（2）不密实：隧道工程检测结果反馈出强烈的反射信号，并在整个区域出现此类情况;（3）空洞：隧道工程界面具有强反射信号，并且通常是孤立的相位特征，通常以规则或不规则的双曲线波形为特征。

3.3.4 反馈结果分析

通过对质量检测中反馈的数据进行分析：发现仰拱的底部存在轻微的不一致，并且集中地分布在隧道工程的仰拱与相应的填充物之间的结构。为了验证该结果。工作人員使用了钻孔芯的检测方式对隧道结构进行检验。在之前的检验中发现的稍微未压实的部件中取出的岩心样品中，而检验结果也表明了取出的实验样本中未曾发现不一致的现象。这一取样结果和之前的地质雷达的检测结果之间存在着一定的差异。为了对后续的未压实部件存在的质量问题的修复工作提供了相关的技术和数据支持。工作人员对两种不同检测方式产生的原因进行了分析研究，得出的结论是，根据隧道仰拱结构的施工过程，一般来说，仰拱和仰拱的具体填充物都要分两步构建。首先构造拱结构，然后在构造拱的相应填充物。同时，在这一过程中，不同构造对于混凝土的使用，结构和设计也更有不用。而使用地质雷达进行检测时，不同的混凝土构造在仰拱和仰拱填充物的结合处被雷达扫描的结果反馈出来，而这同样会导致监测的结果产生异常的波动。这也就导致了地质雷达的检测结果与抽检取样的检测结果有着明显的差异。

3.3.5 差异性处理建议

鉴于检测过程中的上述情况，笔者建议：从地质雷达探测波形的分析来看，如果在隧道仰拱探测过程中仰拱和倒置填充层之间存在轻微的不一致，同时出现的波形图与上述异常波形图类似。对于地质雷达反射的仰拱等缺陷，可以根据隧道工程的质量要求不予处理。

3.3.6 应用总结

首先，对地质雷达的本身而言，进行相关的质量检测工作时，其使用难度低，操作便捷，能够很大程度提高质量检测的精准度和效率，有力地推动了我国隧道工程质量检测工作的开展。

其次，在使用地质雷达对隧道工程进行质量检测时，最好设计合理的检测预案和相应的评价机制，确保对质量问题能进行相应的检测，评估和控制。

最后，对于地质雷达检测过程中出现的一些电磁波的衰减现象，可以通过各种数学处理方法进行计算，以减少检测工作中出现的误差，确保质量检测结果的精准性，为后续的工程开展提供可靠的依据。

4  结语

综上所述，地质雷达运用于隧道工程的质量检测中时，有着检测效率高，抗干扰能力强，成本较低，且不会影响隧道工程本身构造等特点。因此，该技术的广泛应用也为我国公路铁路隧道运输建设提供了质量保证，确保了隧道工程的质量安全，积极促进铁路隧道的施工与建设。

参考文献

[1] 张运起，严松宏.地质雷达在山岭公路隧道中的应用[J].西部探矿工程，2019，31（1）：181-183.

[2] 李文弟.隧道衬砌缺陷的地质雷达图像特征分析[J].福建建材，2019，213（1）：26-28.

[3] 王康，高永涛.基于地质雷达的隧道超前地质预报和衬砌质量检测[J].现代矿业，2017（1）：166-170.

[4] 申耀伟.地质雷达在铁路隧道衬砌质量检测中的应用研究[J].江西建材，2017（16）：142.