摘要：在隧道衬砌施工中，应用探地雷达能够对结构质量进行检测，具有检测快速、无损的特征，在及时发现内部存在病害的同时及时着手解决。在本文中，将就探地雷达在隧道衬砌结构质量检测中的应用进行一定的研究。
关键词：探地雷达；隧道衬砌；结构质量检测；
1 引言
今年年来，我国的交通事业获得了快速的发展，在地质复杂区域，也具有了较高的隧道建设比重。在隧道工程实际建设中，受到工程造价、地质勘查精度等方面条件的限制与影响，使得施工安全成为了工程建设当中的重点内容。在隧道主体结构中，隧道衬砌结构是其中的重要部分，在设计文件中，对混凝土质量以及厚度都具有非常高的要求。而在实际施工中，受到各方面感染因素的影响，也将会使隧道衬砌结构在结构厚度、钢筋材料使用以及回填密实度方面存在一定的问题，并因此为工程的高质量建设运行埋下了隐患。对此，即需要能够在速调施工完成后，积极采取措施检测衬砌质量，在对问题因素全面排除的情况下保障隧道的安全运营。
2 探地雷达检测技术
探地雷达是一种地球物理探测仪器，在现今工程质量检测当中具有较多的应用。具体来说，其对高频电磁波进行应用，以脉冲方式使用天线实现对目标介质的发射。在介质当中传播的过程中，高频电磁波脉冲在遇到物性差异界面时将发生反射，反射回来的电磁波有一部分被天线接收，并由雷达主机系统对这部分电磁波进行分析、处理，以此对具有一定深度探测介质的剖面图像进行获得。在该技术不断发展的过程中，其在我国隧道衬砌结构质量检测中获得了较多的应用，技术不断成熟，但因不同工作人员对检测资料解读能力存在差异，以及施工环境复杂性的存在，也将因此影响到最终的检测结果，需要能够积极做好隧道衬砌结构检测相关内容的研究。
具体来说，在介质中，高频电磁波脉冲传播速度同介质常数具有反比的关系。在介质当中，雷达波传播时应用双程走时进行表示，即使用反射脉冲接收同发射脉冲之间的延时作为衡量，根据高频电磁波脉冲在介质当中的传播时间、传播速度对目标体的埋深进行计算。在雷达主机运行中，也将按照图像方式记录脉冲反射波的波形，波形风估值方面，使用灰阶色图、黑白相间的同向轴进行表示，通过波形图的应用，即能够对被探测介质的构造情况以及反射界面进行探测。在传播介质表面，雷达波反射一般使用反射系数进行表示，而介质常数则将直接关系到雷达反射信号，当相邻介质在介电常数方面存在较大差异时，具有较强的反射信号，而当该差异较小时，反射信号相对较弱。
雷达波分辨率以及穿透深度方面，同高频电磁波发射频率以及介质属性具有密切的联系。对于雷达天线发射高频电磁波脉冲来说，其经常传播在非理想介质当中，该种情况的存在，则使其具有较快的衰减速度。在介质相同的情况下，高频电磁波穿透深度同发射频率间具有反比的关系，即当具有较低频率时，具有较高的穿透深度。相反，当频率较高时，具有较小的穿透深度。同时，雷达波发射频率同图像分辨率间的关系则呈正比，当频率较低时，也将具有较低的分辨率，反之亦然。
3 探地雷达技术特点
探地雷达是现今工程检测当中经常应用的技术，并因较多优点的具备在多个领域当中得到了广泛的应用，其优点有：第一，高分辨率。电磁脉冲波所具有的宽度较窄，在实际应用中，能够获得较高的分辨率。在横向、纵向方面，探地雷达具有较高的接收效率以及发射效率，在实际应用中能够连续进行探测；第二，高效率。探地雷达对高频发射器进行应用，具有很短的接收、采样时间，能够在应用中实现高效率检测；第三，无损检测。在实际工作中，探地雷达应用天线系统发射、接收电磁波。通过天线应用发射电磁波后，即能够经过空气耦合到地下介质当中传播。在实际传播中，如遇到阻抗发生变化，电磁波则将发生折射以及反射情况，此时接收天线即能够对这部分经过介质的电磁波进行接收，在整个过程中，介质不会受到损伤；第三，直观性。在实际探测当中，应用剖面法检测，所获得的结果能够对地下介质变化规律进行直观的反映，能够较好的解释相关资料。
当然，作为一种探测方式，探地雷达在实际应用中也存在一定的局限性。具体来说，其在应用中使用高频电磁波进行探测，在高导介质传播时，将具有较大的衰减，并因此对雷达波穿透能力形成了限制。对于电磁脉冲来说，不同频率成分也具有不同的衰减程度，即高频成分具有严重的衰减，同其相比，低频成分衰减相对较少，在实际探测当中，则将会对探测的分辨率产生影响。同时，探地雷达将对介质阻抗差异进行测量，阻抗差异主要表现为电导率、磁导率以及介电常数作用，具有较大的介电常数影响。在该种情况下，在探测结果方面也将存在复杂性以及多解性的特点，并因此对目标的识别、认定带来一定的难度，而这也正是该技术实际应用中需要重点把握的部分。
4 隧道检测方案
在现今隧道工程建设中，其主要组成部分有附属设施、洞门以及衬砌结构，在隧道中，衬砌结构是主要的承重部分，其质量的高低将对隧道运营、施工安全产生直接的影响。在实际施工活动开展中，按照行业以及国家相关规范，即需要能够充分检测隧道的衬砌结构，并做好正式检测报告的提出。在现场检测隧道衬砌结构质量时，需要能够充分联系检测需求做好对应天线发射频率的选择，当具有较高天线发射频率时，则能够获得更高的雷达图像分辨率，在介质当中具有更小的穿透深度。而当具有较低发射频率时，也将具有更大的介质传输深度以及更低的图像分辨率。在现场施工检测活动开展中，无论对哪一种天线发射频率进行选择，都需要保证数据在精度方面能够满足要求，具有足够的分辨率，以此对隧道衬砌结构当中存在的病害进行准确识别。
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在常规隧道衬砌结构检测中，需要以纵向方式沿着隧道对五条测量线进行布置，包括有左右边墙测线、左右拱腰测线以及拱顶测线。在实际工作开展中，也可以充分联系现场施工实际对测线数量进行减少或者增加，对于经过检查发现存在重大异常的检测段落，即需要在横线上也做好测线的布设，保证能够对隧道当中存在异常情况的位置以及规模进行查清。在结构质量检测之前，为了能够更好的处理后其检测数据，即需要以测线放线以5m为间隔以喷漆的方式设置标记。在实际布线中，也需要能够做好周边环境情况的注意，在对干扰源避开的情况下实现测量数据精准度的提升，以此对检测工作要求进行良好的满足。在实际检测中，要以紧贴的方式在衬砌结构表面位置设置雷达天线，并以匀速的方式沿着测线方向移动。在此过程中，雷达天线的作用即是对高频电磁波进行发射、接收，主机则能够应用在控制系统中，对数据进行连续、快速的采集。为了对拱腰、拱顶位置的检测效率进行保证，也可以通过装载机的应用对隧道检测车以及检测工作平台进行搭载检测。
在雷达波形图上，不同介质也将具有不同的响应特点。在实际应用中，通过雷达波形图，即能够对结构内部所存在的不同介质进行分辨。对此，在实际工作开展中，则可以应用波形图响应的方式对隧道衬砌结构所具有的质量特性进行反映。通常来说，需要将雷达波形图像当中同相轴相对连续、具有相同振幅的波形信号应用在同一组反射当中。
5 资料处理解释
在隧道施工中，衬砌结构质量是重要的指标，将对隧道衬砌运营寿命以及结构承载力产生影响，同时也是避免隧道围岩变形、保障安全、防水保温的关键措施。对此，在实际工作开展中，即需要能够对衬砌结构质量评价这项工作形成高度的重视。在衬砌结构质量数据处理中，主要有两方面内容：第一，初次衬砌质量检测。在该项工作开展中，要对围岩结合状态以及初次衬砌结构进行评价，判断初次衬砌回填密实度、衬砌厚度、钢拱架布设情况以及是否存在脱空问题等；第二，二次衬砌质量检测。即是对衬砌结构质量开展评价，对二次衬砌结构的厚度、钢筋布设合理性以及混凝土喷射密实度进行判断。在雷达原始数据处理中，要先传输数据，在编辑表头后数字滤波，之后进行零点归位、波形增益、时深转换，最终实现对图像的输出。在检测数据具有较好质量的情况下，则可以根据预处理数据结果解释数据，受到隧道环境当中各类干扰源以及环境复杂性影响，则需要通过带通滤波以及去除噪声等方式实现对干扰信号的压制，将其中存在的有用信号突出显示，对于无法去除的干扰信号，则需要在现场采集数据时做好标记处理，并在具体数据解释当中引起重视。
雷达波形图方面，则主要通过振幅强弱、同相轴连续性以及波形特征这方面进行解释。当衬砌结构内部胶结密实、介质均匀且不具有脱空离析情况时，从雷达波形图当中机可以发现存在无明显反射响应特征，且具有连续均匀的特点。因衬砌结构、钢拱架以及围岩在介质属性方面存在差异，在实际检测中，这部分差异则将通过电磁波反射而在波形图上形成响应差异，在实际工作中，通过不同介质雷达波响应特征的掌握，才能够更好的对实际检测结果进行判释处理。具体来说，常见类型的雷达波形图特征为：第一，钢拱架。当地段围岩较差时，钢拱架则将成为初次衬砌当中的重要组成部分，并根据一定间距在初喷混凝土当中分布，以此对围岩形成较强的支撑作用。之后，雷达电磁波进入到初喷混凝土材料中，并在遇到钢拱架、混凝土胶结面时形成强反射，形成弧形波形；第二，回填不密实。在回填出喷混凝土后，如果存在离析、胶结不密实情况，则将因此形成较强的反射信号，反射波存在错乱情况，且同相轴不连续；第三，附属设施。受到现场工作需求，会在施工现场对钢板、配电箱等进行放置。在实际雷达检测当中，这部分设施的存在则将使雷达信号发生错乱情况，形成较强的能量反射，对于这部分信号，则不应用在实际判释工作当中；第四，衬砌结构面。同二次衬砌墙壁，初期衬砌混凝土具有不同的强度，且在施工中，在两者结构面上要对防水板进行布设。在经过结构面反射后，雷达图像则将形成连续的同相位波；第五，混凝土脱空。如目标混凝土出现脱空情况，则将具有较强的反射信号，在下方，也将形成多次强反射信号；第六，钢筋网。在隧道衬砌施工中，钢筋网具有密集的布设特征，在雷达信号方面，则将体现出连续反射以及多点特征。
6 结束语
在隧道衬砌结构检测中，探地雷达是一种有效的检测方式，能够有效的识别衬砌不良体，并根据结果采取措施做好病害的排除。在实际技术应用中，需要能够做好干扰源排除，结合实际处理解释数据，不断提升检测精准水平。
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论文作者:马强
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/26
标签：隧道论文; 介质论文; 结构论文; 电磁波论文; 反射论文; 波形论文; 质量检测论文; 《基层建设》2019年第14期论文;