摘要：公路隧道工程是现代公路施工经常遇到的问题，确保公路隧道施工质量对于提升整个公路工程质量具有重要意义。无损检测是公路隧道验收的重要环节，相较于传统的过程验收模式，无损检测技术可以有效发现工程中潜在的问题，并及时采取有效措施进行解决。而地质雷达技术是目前应用最为广泛的公路隧道检测技术之一，基于该技术可以在不破坏隧道结构的情况下达到需求检测目的。
关键词：地质雷达；公路隧道工程检测；应用
1地质雷达工作原理
地质雷达的工作原理是通过发射天线向地下发射高频电磁波，当在地表以下传播时，因地质界面不同，会发生不同的物理现象。传播过程中，遇到不同电性界面时，一部分电磁波发生折射，透过界面继续传播；另一部分发生反射，该部分电磁波被反射回地表，被地质雷达的接受天线接收，记录在主机上。电磁波在传播过程中不是只经过一次反射或折射，在能量没有被完全吸收之前，每遇到不同地质界面均会发生不同程度的折射和反射现象，直至能量被完全吸收才会消失。电磁波在不同介质的传播过程中，其路径、电磁场强度、波速和波幅都会随着所通过介质的变化而不同。由于地下各种介质电性不同，且折射电波的能力也存在差异，因此在不同地质情况中返回的电波频率也不尽相同，通过对发出、返回电磁波以及时差等相关数据的分析与计算，通过最终处理得到地下勘测数据。将雷达传输回来的数据进行处理和运算，得到一组数据并映射成图，结合实际情况和地质勘查资料，可推断出介质的空间位置与结构构造。检测施工质量亦然。
2地质雷达在隧道质量检测中的功能和应用
2.1厚度情况检测
衬砌混凝土厚度的分布情况曾经很长一段时间困扰着工作人员，因为这是工程验收中最重要的指标之一。传统的验收方法采用的是钻芯法，该方法存在很多的弊端，不仅仅破坏性极强，而且出来的监测数据因数据少代表性不强。自90年代雷达技术在我国隧道检测中应用以来，就解决了上述问题，通过该技术可以很准确的了解到衬砌混凝土厚度的分布情况。因为其是一种用于隧道检测的无损检测方法，所以该检测对隧道的破坏性小、准确率高、连续性强等特点，在隧道检测中被广泛的应用，因其自身优势决定了其在隧道检测中不可替代的作用。
2.2密实度（或脱空）检测
混凝土不密实和背后脱空是隧道质量存在的主要问题之一，形成该问题的主要原因是施工因素造成的，超挖太大、防水材料褶皱、喷射过程中钢筋（钢架）遮挡、模板漏浆、泵送混凝土的抽送压强、使用的混凝土的配合比和购买的水泥质量不达设计标准、恶意施工等因素都可能。传统的检测手段很难检测出来混凝土的不密实情况。地质雷达检测技术应用后，由于其方便无损的检测手段正好填补了传统检测的不足。其主要是通过连续的反射波组确定衬砌混凝土的不密实度，例如衬砌混凝土其内部出现了强的反射波组，反射波同相轴发生畸变且振幅明显增强，呈现出起伏不定的波形，根据以上特征，就可以判断出该处衬砌混凝土的密实度较差，如果这种情况连续起来，就有很大可能是脱空现象。
2.3钢筋位置检测
混凝土中无钢筋时，雷达信号反射幅度较弱，甚至没有界面的反射信号。混凝土中的钢筋，钢架一般是月牙形强反射信号，钢格栅一般是一组不均匀的小双曲线形强反射信号，钢筋一般是一个个连续的小双曲线形强信号。判定一方面是从信号的形状来确认，钢筋（架）一般是连续均匀的出现在收集处理的图像中，另一方面要加强收集设计信息、施工信息来加强判定的可信度。
3地质雷达检测应用分析
3.1设备选择
主机系统选择：目前用于检测的雷达型号较多，国外的主要由美国的SIＲ系统、加拿大的EKKO型以及意大利的ＲIS型，而国内主要为LTD型等等。相较于各个国家产的雷达系统，其中美国产的SIＲ－20型探地雷达，最高扫描速率可以达到每秒八百次，设备更为先进，引导了该行业的发展。雷达天线选择：实际天线的型号规格与工程所需探测的目标的深度以及大小有关。往往频率越高的天线其可探测深度越低，但分辨率越高。在对隧道初期支护表面进行检测时，往往选择频率在400～900Hz之间的天线，而对于二次衬砌的隧道表面进行检测时则普遍选用200～400Hz的天线。
3.2公路隧道测线布置策略
通常公路隧道探测布线大都要求沿着隧道纵向进行布线，测线位置应当与实际工程要求相配合，如若现场无特殊要求，通常采用下图方式进行布线。
3.3数据采集
在进行数据采集与分析时，如若相关参数设置不合理，则最终分析成像也会更模糊，最终结果也将更偏离实际。因此在现场务必对相关工作参数进行采集与分析。
首先应当依据所需要探测的深度以及相关介质的速度对时窗长度进行估计；其次工作方式也应当进行设置，连续扫描探测、共中心点探测、单点探测以及透视探测等不同的探测环境应当选用合适的探测方式；滤波器设置主要包括手动以及自动两种方式，一般无特殊要求通常采用自动探测方式。而当需要手动介入进行调校时，又分为高通与低通两种模式，高通截止频率往往设计为中心工作频率的1/4，比如对于频率为400Hz的天线，其高通设置往往在100Hz左右即可；而相对于的低通设置频率则为中心频率的两倍，即800Hz。实际当成像结果不够清晰时，最终结果依然存在噪点以及其它干扰信号时可以选用滤波器对信号进行处理，将低通变低、高通变高，如若滤波器工作强度过高，导致有用的信号被过滤掉，信号出现明显的偏离与失真情况时，则可以进行反向调节，从而进一步扩增通过的信号宽度。
图1探地雷达布线策略
3.4数据处理与分析
预处理与滤波分析是地质雷达处理数据的主要步骤，前者主要是对数据文件的标题、内容、标记、、信号等数据进行校验与核准，而后者则主要用于对噪声与信号滤除，从而在雷达图中对干扰信号进行进一步的压制，对异常以及有用的信息进行突出，达到更好的解释效果。实际当工作量过大过着对于采集速度哟较高的要求时，可以采用分段裁切后跟踪反射层方式进行处理，提高整个系统工作效率。
4图像分析
衬砌厚度识别，基于探地雷达所检测到的结果大都利用检测目标体的电性差异实现。所以，电磁波在沿着隧道的径向方向传播的过程中，依据二次衬砌、初期支护与围岩的电性等的不同而得到的反射信号构成的反射截面，可以用于分析衬砌厚度的主要依据。混凝土脱空与不密实判定，实际当混凝土施工中存在脱空情况是，运维衬砌、围岩与空气的电性等的不同，电磁波往往会在脱空的上下层之间得到一个明显的反射信号，从而构成相对连续的提升能量的反射同向轴。依据电磁波在脱空区域的传播时间可以初步判定脱空的深度情况。而当衬砌的混凝土密度不够严实或者其背后回填不到位，则电磁波会在不密实空间得到多个反射信号，实际接收到的信号也杂乱无章、错段反射。
结束语
地质雷达检测技术是当下较为新型的用于对浅层进行勘探的重要技术手段之一。基于该检测技术可以高效、无损以及不间断的对目标进行检测，从而生成实时监测图像并进行实时分析，最终得到结果更为科学合理。由于地质雷达检测技术工作可靠性高、检测精度以及样点密集、检测结果更为科学合理等因此被广泛应用于现代公路以及铁路隧道等检测领域。为了进一步推广该技术在公路隧道检测中的应用以及提升检测质量，有必要对地质雷达之一检测技术进行探讨。
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论文作者:朱懋,蓝璀璨
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年11期
论文发表时间:2019/8/23
标签：隧道论文; 地质论文; 反射论文; 信号论文; 混凝土论文; 电磁波论文; 公路论文; 《建筑学研究前沿》2019年11期论文;