田明昆

中鐵九局集團(tuán)第二工程有限公司

地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道襯砌檢測中的應(yīng)用

田明昆

中鐵九局集團(tuán)第二工程有限公司

隧道混凝土襯砌是隧道的主要承載結(jié)構(gòu)，是隧道防水的重要工程，其施工質(zhì)量的好壞對隧道長期穩(wěn)定、使用功能的正常發(fā)揮具有很大的影響。地質(zhì)雷達(dá)檢測隧道襯砌質(zhì)量的原則是確保施工質(zhì)量滿足設(shè)計要求，檢測項目主要包括襯砌厚度，鋼筋鋼架分布，回彈密實情況等。針對隧道施工中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，采用雷達(dá)檢測技術(shù)，對混凝土襯砌與圍巖結(jié)合部出現(xiàn)的脫空、回填欠實、富水區(qū)圈定、襯砌厚度等進(jìn)行無損檢測，及時發(fā)現(xiàn)問題，為采取加固措施消除隱患提供依據(jù)，起到了對隧道施工質(zhì)量時實監(jiān)控的作用。

地質(zhì)雷達(dá)；鐵路隧道；襯砌檢測；應(yīng)用

1　探地雷達(dá)工作原理

地質(zhì)雷達(dá)是工程上常用的一種檢測方法，被廣泛地應(yīng)用于工程的各個領(lǐng)域之中，如場地勘查、工程質(zhì)量檢測、隧道病害診斷及超前地質(zhì)預(yù)報等。地質(zhì)雷達(dá)一種是利用高頻電磁波(頻率：106～109Hz或更高)來探測地下介質(zhì)分布的檢測技術(shù)，其基本原理是：將高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式，由地面通過天線發(fā)射器發(fā)送至地下，經(jīng)過地下目的體或地層界面反射后返回地面，并被雷達(dá)天線接收器接收，通過對接收到的雷達(dá)信號進(jìn)行處理和解釋，從而達(dá)到探測目標(biāo)體的目的。

2　隧道襯砌檢測方法技術(shù)

2.1數(shù)據(jù)采集

地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集的主要問題包括采集參數(shù)的選擇以及標(biāo)記混亂問題。第一，通過對已知厚度的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場測試，標(biāo)定介電常數(shù)等相關(guān)地質(zhì)雷達(dá)采集參數(shù)，多次試驗，確定合理有效的數(shù)據(jù)采集參數(shù)，如時窗、采樣率、濾波和增益等。第二，在隧道左右邊墻上，每5m做一個單標(biāo)記，每50m做一個雙標(biāo)記，盡量避免因標(biāo)記錯位而導(dǎo)致檢測結(jié)果錯位。

2.2數(shù)據(jù)處理

地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的主要問題表現(xiàn)在處理參數(shù)的選擇。地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的步驟主要有標(biāo)記疏理、廢道剔除、直達(dá)波校正、距離歸一化、濾波(包括垂直濾波和水平濾波)、反褶積等，這些處理方法是常規(guī)地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的流程。其中，有些處理參數(shù)需要進(jìn)行多次數(shù)據(jù)分析確定，如濾波、反褶積等。

2.3資料解釋

地質(zhì)雷達(dá)資料解釋的主要問題表現(xiàn)在襯砌缺陷的定性判斷和定量判斷。地質(zhì)雷達(dá)資料解釋的原則具體如下：第一，對初期支護(hù)背后空洞、二次襯砌脫空、二次襯砌背后不密實、鋼拱架缺失，以及鋼筋網(wǎng)缺失等襯砌缺陷來說，只需要定性判斷它們是否存在。通常情況下，運用正演數(shù)值模擬隧道襯砌缺陷的地質(zhì)雷達(dá)響應(yīng)特征可直接確定檢測結(jié)果。第二，對鋼拱架間距、鋼筋間距及襯砌厚度等襯砌缺陷來說，不僅需要定性判斷它們是否存在，而且需要定量判斷它們的規(guī)模。故這類問題僅僅采用襯砌缺陷的地質(zhì)雷達(dá)響應(yīng)特征確定檢測結(jié)果是不充分的。此時，還要采用一些特殊的處理方法，如速度分析、偏移等。

3　檢測數(shù)據(jù)分析中應(yīng)注意的問題

3.1襯砌背后鋼架信號的識別

目前隧道初期支護(hù)的鋼架分為2種，即格柵鋼架和型鋼鋼架。格柵鋼架，它的斷面形式目前采用較多的是由3根或4根主筋組成，其中4根主筋的形式采用較多。4根主筋型的格柵鋼架每根鋼筋相同，在等高情況下，其抗彎和抗扭慣性矩大于三主筋型。格柵與鋼支撐一樣也是分段加工的，在架設(shè)時再組裝成形。格柵鋼架能夠很好的隨混凝土一起與圍巖密貼，噴射混凝土能充滿格柵及其圍巖的所有空隙，支護(hù)效果好;型鋼鋼架，鋼支撐為剛性拱架，多用工字鋼，剛度和強(qiáng)度大，但是這類鋼支撐與混凝土粘結(jié)不好，與圍巖間的空隙難于用噴射混凝土緊密充填。地質(zhì)雷達(dá)檢測到的型鋼支撐為分散的月牙形強(qiáng)反射信號;格柵鋼架為分散的月牙強(qiáng)反射信號，并且呈倒置的W形狀。按照規(guī)范要求，鋼架的布置間距也有嚴(yán)格要求，一般來說，隧道圍巖較差，如Ⅴ級圍，鋼架的間距較小，而且主要用型鋼支撐;圍巖較好，如Ⅳ級，鋼架間距較大，主要用到鋼格柵，當(dāng)然圍巖更好的段落也可能不設(shè)置鋼架，施工單位在鋼架的布置上也會通過拉大鋼架的間距而達(dá)到偷工減料的目的。

3.2襯砌內(nèi)部鋼筋信號的識別

隧道二襯混凝土分為鋼筋混凝土和素混凝土2種類型，鋼筋混凝土一般布置主筋設(shè)計間距為20～25cm的雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋的雷達(dá)信號表現(xiàn)為連續(xù)的小雙曲線強(qiáng)反射信號。二襯內(nèi)部鋼筋網(wǎng)的布置情況是隧道二襯質(zhì)量檢測的一項重要的內(nèi)容，出現(xiàn)偷工減料的情況較多，如縱向主筋間距拉大、只布置單層鋼筋網(wǎng)、在圍巖變化段落附近少布置甚至不布置鋼筋等。

3.3襯砌背后空洞的識別

3.3.1初期支護(hù)背后空洞的識別。隧道開挖過程中由于圍巖及爆破等原因會出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，現(xiàn)場施工人員為了省事，用鋼筋網(wǎng)片、澆筑板等對超挖部分進(jìn)行遮擋并在表面噴射混凝土，從而造成初期背后空洞，這種空洞對隧道質(zhì)量安全造成嚴(yán)重隱患。某隧道利用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行初期支護(hù)檢測后發(fā)現(xiàn)，在右拱腰DK70+985～DK70+987部位存在空洞雷達(dá)反射信號，后經(jīng)定位復(fù)測，并鉆孔驗證后發(fā)現(xiàn)，該部位的確存在空洞，混凝土厚度為15cm，空洞底部達(dá)到45cm，空洞本身深度為30cm，從雷達(dá)圖像上來看，從混凝土表面到空洞頂部的界面是可以確定的，但是當(dāng)電磁波進(jìn)入空洞內(nèi)部，它的傳播速度較難確定，空洞的底部界面是較難確定的。

3.3.2二襯背后空洞的識別。二襯模筑混凝土施工過程中一般會在隧道拱頂兩板接頭部位形成空洞(空腔)，這主要是由于泵送混凝土壓力不夠或澆筑過程中發(fā)生堵管，混凝土不能填充滿襯砌兩端的堵頭部位，而形成空洞(空腔)，并且伴有二襯厚度不足。這種空洞(空腔)為二襯混凝土本身的缺陷，在防水板的內(nèi)側(cè)，可以通過拱頂預(yù)留注漿孔壓漿處理。二襯背后空洞雷達(dá)圖像，雷達(dá)圖像反映的就是拱頂板接頭處的三角空腔，驗證后得到空腔體的最大深度約30cm。

3　結(jié)論

總而言之，運用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行隧道襯砌質(zhì)量檢測是一種非常有效無損檢測手段，但是要提高檢測結(jié)果準(zhǔn)確性，一方面要提高理論水平，另一方面要在檢測實踐工作中注意收集和整理典型實例，注意理論和實踐的相互驗證，才能不斷總結(jié)經(jīng)驗，提高檢測水平。。

[1]楊文.地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道工程襯砌質(zhì)量檢測中的應(yīng)用探討[J].甘肅科技縱橫,2015,02:55-57.

[2]景勝.地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道檢測中的應(yīng)用及典型圖像分析[J].西部探礦工程,2015,04:188-191.