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摘要：仰拱是隧道施工中比较容易产生问题的部位，隧道仰拱的检测是保证隧道施工质量和隧道安全的主要途径。文本通过结合实际的案例对地铁雷达应用于铁路隧道仰拱检测的可靠性进行研究分析，通过研究表明，地质雷达在对仰拱的密实度进行检测时准确率比较高，但是对于不密实区域的深度和开孔检测会存在偏差。
关键词：铁路隧道；地质雷达；天线频率
1隧道仰拱质量缺陷
隧道仰拱常见的质量缺陷包括三种，一种是仰拱填充层的混凝土不密实，一种是仰拱厚度不足，还有一种是隧底不密实。仰拱厚度不足的原因有两个：一个是隧底在开挖的时候挖的不到位，没有按照设计的要求进行开挖；第二个是隧底的钢架入侵到仰拱，使得混凝土的厚度不足。隧底不密实的原因也有两个：一个是因为在对隧底的钢架进行混凝土浇筑或者架设的时候，没有将渣和杂质去除干净；还有一个就是因为隧底超挖的情况下没有用同等级的混凝土进行回填，而是使用虚渣进行回填。
2地质雷达参数设置
2.1天线中心频率设置
对于天线中心频率来说电磁波的频率越高的话，分辨率会越高，但是探测的深度就会减小；如果电磁波的频率越低的话，分辨率就会变低，但是探测的深度就会增加，在满足分辨率的情况下，要尽可能的运用中心频率比较低的天线
2.2时间窗口设置
最大探测深度和介质电磁波的传播速度的变化，影响着时间窗口的大小，所以在对时间窗口进行取值的时候，要增加百分之三十以上，为了给目标深度的变化留有余地。
2.3时间采样间隔设置
从奈奎斯特的采样定律来看，雷达数据的采样应该是雷达信号最高频率的2倍，为了确保采样的准确性，可以将采样的频率再扩大1倍。
3地质雷达在仰拱检测中的应用
本文通过一个实际案例来进行地质雷达仰拱检测的可靠性分心研究。梅岭隧道是穿越了几个小沟谷的隧道，沟谷为狭长型，隧道的最大埋深为150米。隧道洞身的主要地层是寒武系八村群第一亚群弱风化粉砂岩、砂岩、泥质砂岩夹页岩等，呈青灰色及紫红色。隧道的明洞是整体结构，暗洞是复合结构。梅岭隧道的仰拱检测使用的是劳雷公司生产的GSSISIＲ-3000型地质雷达，选择400兆赫和270兆赫2个频率的地面耦合屏蔽天线进行组合使用。
3.1仰拱及填充层厚度检测
因为仰拱和填充层混凝土的介电常数相比，差异比较小，所以电磁波在两者之间并无反射，因此无法确定两者之间的分界面。本文中所说的仰拱厚度是仰拱的填充层以及混凝土厚度的总和。在素混凝土中，由于雷达的反射波能够准确的对仰拱和围岩的分界面进行提取，所以对于素混凝土的仰拱厚度能够准确的检测出来。
下图是素混凝土仰拱检测的雷达图像，如图所示，地质雷达的测线是放置在电缆槽的旁边的，填充层和仰拱层的总厚度是70厘米，从图中可看出:DK664+240—DK664+245里程段的地质雷达检测的厚度在70～85厘米之间，仰拱和围岩的界限是十分清楚的。
图1素混凝土里程段仰拱检测地质雷达图像
下图是钢筋混凝土仰拱检测的雷达图像。如图所示，地质雷达的测线是放置在中央水沟旁边的，填充层和仰拱的总厚度为160厘米。在厚度为1.4米的地方，有一条白色的反射亮线，根据设计和开挖的资料可知，这条白色的反射亮线是钢筋网强反射信号连在了一起。因为钢筋埋得比较深，270兆赫的天线，横向分辨率在1.4米深的地方不能够分辨出每一根钢筋，所以钢筋的反射信号连在了一起。由于反射的信号大都为无效的，所以没办法从中提取出仰拱和围岩之间的界面。
图2钢筋混凝土里程段仰拱检测地质雷达图像
3.2仰拱及填充层密实情况检测
运用地质雷达对梅岭隧道的仰拱密实度进行检测发现，电磁波有不密实反射的信号区域。经过证实，不密实的区域在仰拱的填充层。因为填充层有片石的夹层，不同的片石夹层的密实程度又不相同，多以使得介电常数存在差异。在进行不密实区域深度计算的时候，由于钻孔标定的局限性和随机性，使得介电常数的取值不是非常准确，所以使得计算的深度与实际的深度有差别。
3.2.1钻孔、探孔（槽）结果
如果在地质雷达进行检测的时候，发现是属于混凝土不密实的情况的话，那就需要在侧线部分以及隧道的中心线进行钻孔、探孔以及探槽的抽查，从而确保雷达检测的结果准确可靠。
3.2.1.1钻孔取芯结果
对7个钻孔的取芯结果显示：芯样中确实存在片石夹层，和地质雷达判断的仰拱填充层混凝土不密实相一致。但是在片石夹层的埋深以及厚度上，地质雷达的检测是存在差异的。
3.2.1.2探孔、探槽结果
紧接着，对隧道的8个探孔和2个探槽进行了验证，结果显示，填充层存在4处片石夹层，一处在DK664+300仰拱右侧、另一处在DK664+359仰拱左侧、还有一处在DK664+500仰拱左侧、最后一处在DK665+700仰拱右侧，片石夹层的厚度在12到13厘米之间，片石的埋深在55到70里面之间，由此可见，探孔（槽）的片石夹层和地质雷达探测的不密实区域基本相同，但是在片石的厚度和埋深上与地质雷达探测的有所差别。此次探孔（槽）都揭示到仰拱的顶部，在仰拱的顶部进行钻孔，钻孔的结果表明，仰拱的厚度是满足设计要求的，仰拱和基岩的接触面是非常紧实的。
3.2.2结果对比
地质雷达检测的不密实度和钻探显示的仰拱填充层存在片石夹层的情况是一致的。对钻孔进行取芯分析可知，仰拱填充层和仰拱厚度都满足了设计的要求，仰拱和基岩接触也很密实。
结束语
从文中可知，第一，地质雷达在对隧道仰拱的密实情况进行检测时，检测的准确率是非常高的，和开孔检验的结果是相同的。第二，地质雷达在对不密实区域的深度进行检测时，接测结果是有偏差的，因为不密实区域大都为片石夹层，片石夹层的介电常数和混凝土的介电常数是有差别的，所以地质雷达检测的数据会有偏差。第三，在仰拱和围岩的分界面较清楚并且仰拱为素混凝土时，如果地质雷达运用270兆赫的天线的话，可以比较精准的测量出仰拱混凝土的厚度。运用SIR-3000地质雷达检测时，因为其主机功率限制，并不能达到理想的检测效果。如果采用SIR-20型地质雷达，配置100，200兆赫的天线进行仰拱厚度的检测试验的话，就能够达到理想的效果了。所以，运用地质雷达一种方法是很难对隧道仰拱进行全面精准的检测的。
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论文作者:刘洋
论文发表刊物:《防护工程》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/31
标签：密实论文; 地质论文; 隧道论文; 厚度论文; 混凝土论文; 夹层论文; 钻孔论文; 《防护工程》2017年第8期论文;