摘要：铁路隧道作为我国国家交通运输系统的关键环节，是铁路工程建设的重点。因此，引起有关工作人员的重视对于铁路隧道的施工具有十分重要的意义。目前，地质雷达是作为一项非常有效的隧道衬砌检测监测方法，它能够实现迅速、持续、无损检测，并能实时成像显示结构截面。
关键词：地质雷达；铁路隧道；衬砌质量；地质雷达检测
引言
铁路隧道是铁路工程建设的重点。因此，引起相关工作者的重视对于铁路隧道的施工具有十分重要的意义。隧道施工条件复杂，特别是在石灰岩地区。受地质条件影响，基岩地表破碎，已经形成岩溶洞、岩溶沟、裂隙等不良地质，对隧道爆破、开挖、支护、衬砌施工造成不利影响。与此同时，由于岩溶动力学。部分铁路隧道的发展特点也存在着一些安全隐患，这给交通安全带来了一定程度上的威胁。因此，对新建以及运营的铁路隧道衬砌质量实行检测以及评价是十分必要的。
1地质雷达的工作原理
（1）地质雷达，其工作原理就是采用一定频率的电磁波。一般情况下都是以脉冲的形式出现，当电磁波进入物体内部的时候，通过地下反射界面将电磁波辐射回地面，通过接收机接收，对电磁波信号实行分析以及处理，对地下物体展开有关的检测[1]。适用于探地雷达的目标通常是具有多个平面的目标。如岩层、松散岩层等，在隧道工程中，衬砌也有着多面的结构特点。
（2）当雷达发射的电磁波向被检测目标传播时，通常称为下行波。当电磁波通过反射界面后向地表传播时，称为上行波。当向下的波通过物体内部的表面传播时，每当它遇到一个界面时，电磁波就会发生折射和反射，其能量将被分为两个方面。反射的电磁波将把另一部分能量带到表面。当方向传播时，下行波也将转换为上行波。每当通过折射继续传播的电磁波遇到界面时，折射和反射将再次发生，所以下行波所携带的能量则会逐渐减低。类似地，当第一反射电磁波向表面移动时，它也会折射和反射，从而减少能量。因此，物体的内折射和反射是多重且相对独立的现象，电磁波的能量会随着折射和反射的增加而逐渐减小。物体的内部电特性或电导率的差异越大，电磁波的反射能量就越大，反馈信息也就越丰富。在此基础上，可以准确地分析目标的地质信息和相关信息[2]。
2隧道衬砌质量缺陷原因分析
由于各种原因,隧道衬砌产生质量缺陷如混凝土不密实,松散,脱空、厚度不足、钢筋间距不足、初支钢拱架间距不足等,给隧道施工的正常运行以及整体结构造成影响,从而威胁到未来的隧道的安全使用。本文论述了质量缺陷产生的原因，如空洞、间距不足等。
2.1衬砌发生脱空及不密实原因
2.1.1人为原因
在进行拱顶混凝土的施工中，混凝土灌注空间越来越小，空间内的空气很难排出，出现小的脱空，或混凝土输送泵设备的泵送力无法达到填满空间的力量，出现打不进去或者堵管等情况，造成主观误认为已经充填密实。另外，混凝土塌落度过大，拱顶混凝土易填满，但混凝土的凝固收缩，也会出现脱空现象。现场工作人员没有针对现场的情况展开详细的分析，导致二次衬砌厚度不足、混凝土不密实和脱空的质量问题。
2.1.2管理不到位
在防水板铺设过程中，预留松弛系数不足，固定点不足，尤其拱部固定点不足时，混凝土浇筑时，容易形成拱部防水板紧绷或脱落，导致空洞和不密实[3]。另外由于光面爆破效果差，超欠挖较严重，个别部位出现大的坑洞，导致在铺设防水板时，虽然预留松紧度适宜，但该坑洞处未加密固定点，混凝土施工过程中，该处防水板由于坑洞以下部分防水板受到混凝土挤压出现绷紧状态，造成防水板与初支面间脱离形成空洞。
2.2钢筋和钢架缺失及间距不足的原因
钢筋绑扎过程中不符合要求，架立钢筋和钢筋保护层垫块不足，衬砌台车定位时，钢筋将被挤压到模板的内侧或者混凝土浇筑时钢筋移位。在钢拱架与钢筋的安装与捆绑时，钢筋与钢筋之间的距离始终按照在验收规范中最大偏差进行施工，最终造成钢拱架与钢筋的总里程不符合设计要求。
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3地质雷达检测工艺
3.1布置测线
在对隧道进行检测之前，通常沿隧道拱顶、左拱腰和右拱腰、左边墙和右边墙做五道线。在布线的过程中，应该留意周边的细节，必须要远离地面噪声源，分段线路必须在测量区域提供足够的细节。应该注意的是，特殊的检测位置需要特殊的布线，以达到所需的精度。
3.2标定里程
雷达天线扫描探测剖面时，雷达设备无法在地图上自动标记探测位置。所以，在进行测试之前，里程的标定是至关重要的。通常从隧道入口开始，每隔5米在隧道墙壁上涂上醒目的红色油漆，做一个标识[4]，每10米标注隧道里程。
4地质雷达典型图像分析
4.1空洞
因为混凝土和围岩之间存在很大的电性差异，若衬砌和围岩之间存在明显的间隙，则电磁波在混凝土和空气、空气和围岩之间的传播会在上部和下部产生强烈的反射。混凝土衬砌、喷射混凝土与衬砌界面围岩的介电常数存在明显差异，所采集的彩色贴图显示了衬砌底部与围岩的明显边界。由于围岩的开挖面总是不均匀，因此导致衬砌界面通常呈波动曲线。
4.2地下水
当岩体含水量较大时，相对介电常数、介质介电常数增大；电磁波在介质中的传播速度会降低，所以强反射性能是异常的峰值。当地下水渗入混凝土内部时，雷达天线会向混凝土内发射电磁波。根据透射电磁波与反射波的时差，在混凝土中发生微波传播。播种速度决定了反射器与表面的距离，检测缺陷位置的深度，并以图像的形式显示测试结果。
4.3不密实体
如果隧道衬砌混凝土不密实或脱空，则就会出现多个截面的电磁波多次反射。衬砌密度好的混凝土雷达波形较为平坦，反之，衬砌之后的松散混凝土波形相对较大[5]。
4.4拱架与钢筋网地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用
电磁波在混凝土中遇到衬砌钢筋和钢拱架时，在雷达剖面上表现出垂直线的强反射信号特征。因为金属的介电常数很小,而且它对雷达波非常敏感, 在一定程度上干扰信号,但同时加强反射信号,使其更容易识别钢筋网络。如果钢筋与混凝土之间的粘结不牢固，就会出现裂缝。
结语
总而言之，铁路隧道是作为我国国家交通运输系统的关键环节，是铁路工程建设的重点。因此，引起相关工作者的重视对于铁路隧道的施工具有十分重要的意义。由于隧道施工条件复杂，特别是在石灰岩地区。受地质条件影响，基岩地表破碎，已经形成岩溶洞、岩溶沟、裂隙等不良地质，对隧道爆破、开挖、支护、衬砌施工造成不利影响。因此，在检测的过程中，我们需要采取辅助的检测方式，如敲击检测、取芯检测、钢筋检测、破损检测等。一方面,它是用于验证雷达检测结果的准确性和正确性,另一方面,雷达图像不够清晰,内衬质量也无法有效地判定,从而最终确保隧道衬砌质量的科学和可靠的测试结果和下一步指导。施工与衬里质量缺陷的修复，将现有的衬里质量缺陷排除在施工阶段之外。
参考文献
[1]黄潘.隧道衬砌质量地质雷达法检测及应用实例分析[J].中国高新技术企业,2016(14):47-48.
[2]袁定超.地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用及探讨[J].铁道建筑技术,2015(10):38-41+62.
[3]杨文.地质雷达在铁路隧道工程衬砌质量检测中的应用探讨[J].甘肃科技纵横,2015,44(02):55-57.
[4]宋鹏程.探讨地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用效果[J].电子测试,2014(10):101-103.
[5]董新平,关风良.探地雷达在隧道衬砌施工质量控制中的应用研究[J].铁道建筑,2018(05):56-60.
论文作者:刘军辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/18
标签：隧道论文; 混凝土论文; 电磁波论文; 地质论文; 钢筋论文; 反射论文; 铁路论文; 《基层建设》2018年第31期论文;