施 彪

(甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000)

1 地質(zhì)雷達(dá)檢測公路隧道襯砌原理

地質(zhì)雷達(dá)(GPR)是一種高精度的地球物理探測儀器，其頻率一般介于106Hz～109Hz，借助無線電波對(duì)地下介質(zhì)分布情況進(jìn)行檢測。發(fā)射天線將高頻短脈沖電磁波發(fā)射至隧道覆蓋層，由于不同覆蓋層和圍巖介質(zhì)的介電特性不同，導(dǎo)致其發(fā)射的電磁波能量也不同，所以反射波和接收天線的時(shí)間將存在差異性，由此來判斷隧道襯砌的結(jié)構(gòu)。電磁波在不同介質(zhì)中的傳播速率可用公式(1)表示

V=C/(εr)1/2

(1)

2 工程概況

兩當(dāng)隧道位于G316線長樂至同仁公路兩當(dāng)縣楊店(甘陜界)至徽縣高速公路，該隧道貫穿兩當(dāng)縣近郊大坡溝與磨溝，為一座左、右線分離的雙向四車道公路隧道。兩當(dāng)隧道左線起訖樁號(hào)為ZK16+310～ZK20+520，長4 210 m；右線起訖樁號(hào)為YK16+323～YK20+500，長4 177 m。

隧道主洞內(nèi)輪廓橫斷面采用三心圓曲墻式輪廓，復(fù)合式襯砌，隧道內(nèi)輪廓拱部采用R=543 cm單心半圓，側(cè)墻采用R=793 cm大半徑圓弧，仰拱半徑為1 500 cm，仰拱與側(cè)墻間采用R=100 cm小半徑圓弧連接。初期支護(hù)采用C25噴射混凝土，內(nèi)置鋼筋網(wǎng)，Ⅴ級(jí)、Ⅳ級(jí)圍巖段內(nèi)設(shè)型鋼拱架；Ⅴ級(jí)圍巖及緊急停車帶段二次襯砌采用C30鋼筋混凝土，仰拱采用C30混凝土。為了保證襯砌質(zhì)量，避免出現(xiàn)襯砌厚度不足、空洞等缺陷情況，采用雷達(dá)進(jìn)行檢測。

3 在地質(zhì)雷達(dá)公路隧道襯砌質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

3.1 選擇隧道地質(zhì)雷達(dá)檢測的天線頻率

高精度、高分辨率、高頻率是電磁波的顯著特征，但是由于其能量衰減速度快，因此頻率較高的電磁波探測深度較差。雖然頻率較低的電磁波精度低、分辨率低，但是其電磁波能量不會(huì)過快地衰減，故而低頻率的電磁波探測精度較深?；诖耍覀?cè)趹?yīng)用地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)時(shí)，要合理選擇天線發(fā)射頻率，根據(jù)隧道混凝土的檢測要求、厚度、深度選擇天線頻率。天線頻率與檢測深度二者關(guān)系具體表1。

表1 天線頻率與檢測深度對(duì)照表

在應(yīng)用雷達(dá)檢測隧道襯砌質(zhì)量前，要合理布置測線，確定好測線高度，同時(shí)還要確保測線高度的統(tǒng)一和順直。隨后再對(duì)縱向和環(huán)向的測線進(jìn)行確定、布置，在公路隧道中以縱向測線為主，橫向測線為輔分別布置在拱頂、拱的左右邊墻和拱腰。與此同時(shí)，檢測人員還要在三車道、四車道隧道拱腰部位多布置兩條測線。在特殊情況下，如存在缺陷的襯砌地方，需結(jié)合實(shí)際增設(shè)1～3條加密線。網(wǎng)測線可布置在有特殊要求的地段和道路中心測線，當(dāng)周圍方向測線難以組織時(shí)，可根據(jù)檢測內(nèi)容和檢測要求布置測線。隧道縱向布置距離為8～12 m，倘若檢測人員在襯砌檢測中發(fā)現(xiàn)了不合格斷面，應(yīng)增加測線和測點(diǎn)，以提高檢測的精準(zhǔn)性，并采用連續(xù)方式或是點(diǎn)測方式進(jìn)行檢測，保證每道測線要大于20個(gè)測點(diǎn)。

3.2 地質(zhì)雷達(dá)在隧道襯砌厚度檢測中的應(yīng)用

當(dāng)前地質(zhì)雷達(dá)被廣泛運(yùn)用在道路評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和測試標(biāo)準(zhǔn)中，由于電磁波傳播速度和電磁波雙向傳播時(shí)間會(huì)影響地質(zhì)雷達(dá)檢測的準(zhǔn)確性，如此一來，計(jì)算機(jī)在收集雙向傳播結(jié)果、時(shí)間會(huì)存在一定的誤差。眾所周知，電磁波的傳播速度與隧道襯砌厚度有著直接關(guān)系，故而隧道襯砌厚度受介電常數(shù)的影響，將地質(zhì)雷達(dá)運(yùn)用到隧道襯砌結(jié)構(gòu)檢測中，需把鋼筋埋在不同的深度中，經(jīng)過檢測以獲得鋼筋的厚度和其他襯砌厚度。地質(zhì)雷達(dá)在隧道襯砌厚度檢測中的應(yīng)用，需要綜合考慮混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及其對(duì)地質(zhì)雷達(dá)電磁波所產(chǎn)生的制約，并應(yīng)結(jié)合實(shí)際了解混凝土相對(duì)介電常數(shù)間的關(guān)系。在本工程項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)實(shí)施分析，在實(shí)施隧道襯砌的混凝土澆筑時(shí)，采用振動(dòng)棒均勻?qū)嵤┱駝?dòng)，以保證混凝土緊實(shí)度，同時(shí)應(yīng)用防水樹脂對(duì)襯砌各表現(xiàn)進(jìn)行滲透，加速其表現(xiàn)水分的持續(xù)蒸發(fā)。隨后應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)實(shí)施檢測，其檢測狀態(tài)顯示鋼筋所反饋的雷達(dá)波紋，主要呈現(xiàn)出雙曲線式顯示，其中的白弧部分標(biāo)示為鋼筋頂端部位。依據(jù)該檢測方法，在地質(zhì)雷達(dá)的檢測應(yīng)用中，還可以在相同的混凝土結(jié)構(gòu)中對(duì)不同鋼筋厚度進(jìn)行檢測，通過其對(duì)不同結(jié)構(gòu)厚度的反映，更好地掌握隧道混凝土襯砌的波紋特征，以判定其對(duì)電磁波速度的影響，提升檢測的精確性。

3.3 地質(zhì)雷達(dá)在檢測隧道襯砌缺陷中的應(yīng)用

為保證隧道工程的整體安全質(zhì)量，應(yīng)綜合考慮各個(gè)環(huán)節(jié)中的實(shí)際缺陷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程質(zhì)量的精確把握。在公路隧道襯砌檢測中，依據(jù)地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的優(yōu)勢，可以更好地了解隧道襯砌中的缺陷問題，使混凝土的襯砌與噴射間距問題得到改善。目前，由于工程界對(duì)于地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用研究仍然不足，其實(shí)踐應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢顯現(xiàn)不明朗，在實(shí)際過程中無法進(jìn)一步明確隧道結(jié)構(gòu)及形態(tài)的目標(biāo)。為解決上述問題，檢測人員在公路隧道襯砌質(zhì)量檢測之前，針對(duì)地質(zhì)雷達(dá)的檢測特點(diǎn)做好驗(yàn)證，即利用圓臺(tái)及方形模具，對(duì)襯砌及噴射混凝土間距進(jìn)行調(diào)整。在本工程項(xiàng)目地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用中，選擇400 mHz頻率天線，雷達(dá)波速度為0.11 m/ns，設(shè)置4處檢測點(diǎn)，兩點(diǎn)間距統(tǒng)一為5 m?？梢?，在公路隧道襯砌質(zhì)量檢測中，通過驗(yàn)證地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)特點(diǎn)，可解決傳統(tǒng)檢測中的精準(zhǔn)性問題，最大程度發(fā)揮地質(zhì)雷達(dá)的優(yōu)勢和潛力，提升隧道襯砌質(zhì)量檢測的精確度。

4 結(jié) 語

總而言之，隨著公路隧道工程質(zhì)量的發(fā)展，隧道襯砌施工的質(zhì)量要求也在持續(xù)改變，要想獲得更加準(zhǔn)確的工程數(shù)據(jù)，必然需要依賴更優(yōu)質(zhì)的技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)作為一種常用檢測設(shè)備，對(duì)于隧道內(nèi)部襯砌檢測具有重要作用，因此應(yīng)準(zhǔn)確掌握其技術(shù)性能及應(yīng)用方式，更好地發(fā)揮出地質(zhì)分析功能。