摘要：隧道工程的建设受到地质条件、地理位置等因素的影响，尤其隧道建设的地质情况比较复杂的情况下更容易影响质量，因此，隧道检测技术的应用非常重要。在隧道检测中运用探地雷达技术对衬砌不会造成任何损害而且可以准确探知衬砌缺陷的实际状况，具有实时高效的优点，它特别广泛地用于隧道检测，确定隧道缺陷的基本依据是识别相应的波形。
关键词：探地雷达；衬砌缺陷；波形识别
1 探地雷达检测原理
探地雷达是一种物理探测仪器，主要用于工程建设的质量检测。它通过天线向待检测介质发射脉冲形式的高频电磁波，当高频电磁波在介质中传播时，遇到差异的物理接口自然会产生反射【1】。就可以得到探测介质在一定范围内的剖面图像。这种方法在我国隧道工程中早已广泛的应用于检测衬砌结构质量，不过因隧道本身环境就比较复杂，而且施工人员在解读检测资料方面的能力也存在或多或少的差异，因而对检测结果的判释也各不相同。故而更对隧道运用探地雷达技术检测衬砌结构质量进行进一步研究的意义就变得非常重要。
传播速度 v 可表示如下：
（1）
式中的符合ε1跟ε2 分别表示 2 种传播介质各自的介电常数。
也就是说，反射信号的雷达波强弱与介质本身的介电常数有关，相邻两种传播介质各自的介电常数之间存在的差异越大，接收到的反射雷达波信号也就越强，如果差异很小，反射信号也相对很弱。
2 隧道检测要点
隧道往往包括洞门、仰拱、衬砌结构以及附属设施等几个部分，衬砌结构是隧道结构中的主要承重体，其质量状况对隧道工程施工能否安全和隧道项目能否顺利运营有直接影响，因此衬砌结构的质量状况必须经过严格检测，并由检测部门出具正式的检测合格报告一份。
在现场测试隧道衬砌质量时，应根据检测的实际情况选择传输频率，得到的图像的分辨率会更高，但相应的穿透介质的深度会变小，传输频率越小，所得图像的分辨率将较低，但穿透介质的深度将变得非常大。故而，在施工现场对衬砌质量进行检测时，不管是选择什么样的发射频率，都要保证数据的精度足够，图像分辨率足以准确识别衬里结构中存在的疾病缺陷。故而，在施工现场对衬砌质量进行检测时，不管是选择什么样的发射频率，都要保证数据的精度足够，图像分辨率足够，才能将衬砌结构中存在的病害缺陷准确的识别出来。
隧道衬砌结构质量的常规检测要求在隧道内布置纵向测线5 条见图 2，也就是拱顶设置测线一条，左、右拱腰上各设置测线一条，左、右边墙上各设置测线一条。测线数量也可以按照现场的具体要求适当进行加、减，尤其是对于存在显著异常的段落进行检测时，应当在横向上也适当的布设测线，确保将存在于隧道内的所有异常的规模大小和位置所在一一查清。
图2 测线布置图
在检测隧道内部的衬砌结构质量之前，为能够更好的处理解释后期的检测数据，往往沿着测线的布设方向，用喷漆每隔 5m或者10 m 画一个相应的标记。另外在布线时还要关注附近的环境状况，尽一切可能避开干扰源，使数据更加精确，尽量满足检测要求。
雷达天线在沿测线方向移动时必须贴紧衬砌结构的表面，雷达天线负责发射、接收雷达波，主机负责控制整个系统连续快速地收集相关数据。同时为保证检测拱顶、拱腰时的效率，往往通过装载机将隧道检测车或检测工作平台搭载到现场去检测。
因各种介电常数不同的介质在所测雷达波形图上的响应特征也各不相同，而且通过雷达波形图完全可以清楚地将各不同介质的内部结构一一分辨出来，故而可利用响应不同的波形图，把隧道里面衬砌结构的实际质量特性真实的反映出来。往往可以把波形图中同相轴相对连续且振幅也相同的两组波形反射信号作为同一组来处理。
3 资料的处理与解释
衬砌结构的质量优劣是对隧道施工质量进行衡量的一个重要指标，关系到隧道衬砌结构的运营寿命跟承载能力，是避免隧道围岩变形的重要措施，同时也具有保障安全、防水保温的功能，故而要高度重视对隧道衬砌结构的质量检测与评价[3]。处理解释衬砌结构质量检测结果时，主要依据初次衬砌质量检测与二次衬砌质量检测这两方面的内容进行判识。就是初次衬砌的回填是否密实、有没有脱空、衬砌的实际厚度、布设的钢拱架合不合理；以及二次衬砌喷射混凝土的密实度是否符合要求、衬砌的实际厚度、布设的钢筋合不合理等。
对于探地雷达检测的初始数据进行规范处理的标准流程是：传数据、编表头、数字滤波、回归零点、波形放大、转换时深、图像输出等。然后还得通过各种手段对干扰信号进行压制，譬如噪声去除、带通滤波等，从而使有用信号更加突出，在采集数据时对去除不了的干扰信号进行标记，处理解释予以关注。
根据某次检测隧道衬砌结构质量所得的雷达波形图作分析如下：
1）钢拱架：钢拱架在围岩强度不够高的地段，在初喷混凝土中按一定间距均匀分布，雷达反射波形见图3a表现为弧形状。
2）回填密实度不足：如果在初喷混凝土结束回填后的胶结密实度不足，就可能产生离析现象，此时的反射信号就会明显变大见图3b，反射错乱，且同向轴无法保持连续。
3）附属设施：因实际工作需要，施工现场往往放置一些消防设备、配电箱或者钢板等附属设施，这类设施极易使雷达信号发生错乱见图3c，其能量反射出现显著强化现象，这一类信号不能够作为最终的判释依据。
4）钢筋网：布设钢筋网时往往密集度比较大，其反射雷达信号见图3d，具有多点连续的特征。
5）衬砌结构面：因初次、二次衬砌时用的是不同强度的混凝土，且二者之间的结构面上还设置了防水板，因此雷达波在结构面上发生的反射见图3e，是连续的1组同相位波。
6）混凝土脱空：如果混凝土内部存在空洞时，其反射信号就会比较强见图3f，尤其是下部会多次出现特别强的反射信号。
图5 二次衬砌厚度雷达检测成果图
4 结语
运用探地雷达不当可以使检测隧道衬砌结构质量的结果更加精准，还可以轻松实现对衬砌中存在的各种不同的目标体、存在不良现象的异常体予以准确识别，其检测结果可以让隧道病害并及时排除，对于隧道工程的安全施工和顺利运营有着十分重要的意义。故而在检测隧道当中的衬砌结构质量时，应尽可能排除一切干扰源，使雷达测试的结果数据尽量精准，在处理、解释数据时，要由专业人士跟现场的检测情况结合起来，进行合理的处理、分析，并予以解释，使判释结果尽量更加准确、更加可靠。
参考文献：
[1]我国隧道技术现状和未来发展趋势[J]. 王梦恕. 安徽建筑. 2015(04)
[2]隧道衬砌无损检测技术发展思考[J]. 胡晓晖. 交通世界(运输.车辆). 2015(06)
[3]我国隧道及地下工程发展现状与展望[J]. 洪开荣. 隧道建设. 2015(02)
论文作者:张儆
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/31
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