高 军1，2 林晓3
1.清华大学土木工程系 北京海淀 100083；2.武广高铁公司 湖北武汉 430212；
3.中国石油大学（北京）北京昌平 100061
摘要：地质雷达以其高效、快速、实时、精确度高等方面的优势被人们广泛应用到铁路隧道工程质量检测工作中。文章在阐述地质雷达原理的基础上，以某高速铁路隧道工程建设为基本研究对象，就地质雷达在铁路隧道工程质量检测中的应用问题进行探究。
关键词：铁路隧道工程；地质雷达；质量检测；应用
铁路隧道工程质量深刻影响高速公路的运行安全，在铁路隧道工程施工建设中准确的检测出铁路隧道施工质量隐患能够为铁路隧道的加固和修复操作提供重要信息支持。从高速铁路传统的隧道衬砌检测技术应用情况来看，这种技术形式工作效率低下，且在应用的过程中还会遇到各种突发事件，无法确保公路工程衬砌的整体性。地质雷达技术在铁路隧道工程中的应用则是能够以其自身优势减少铁路隧道工程质量检测局限。为此，文章结合实际就铁路隧道工程质量检测中地质雷达的运用问题进行探究。
一、地质雷达技术原理
地质雷达技术是一种基于电磁波反射原理，用在浅层地质结构勘探和工程质量检测的物理方法。和其他勘探方法相比，地质雷达技术具有无损、高效、快速、实时、精准等方面的应用优势。在具体勘探检测中，地质雷达利用一个天线来向地下发射无载波电磁脉冲，同时应用另外一条天线接收由地下不同介质界面反射的回波。在隧道工程中应用电磁波传播规律，结合接收到的旅行时间（t）、幅度、传播速度（v）、波形等信息能够探测介质结构、构造和埋设物情况。地质雷达工作原理如图一所示。
图一：地质雷达工作原理
二、铁路隧道工程质量检测中的常见问题和图像判定标准
（一）铁路隧道工程质量检测中的常见问题
从实际施工情况来看，铁路隧道工程施工检测常见的质量问题是隧道衬砌厚度不足、混凝土施工操作不密实、衬砌内部孔洞、衬砌结构和围岩脱空等。这些问题的存在使得铁路隧道衬砌在受高温、地下水压力等因素的影响下会出现一系列施工病害问题。
地质雷达技术在铁路隧道工程质量检测中的应用能够及时发现工程衬砌厚度不足和衬砌孔洞问题，确保公路工程能够顺利按期完成施工。
（二）铁路隧道工程常见缺陷图像信号特点
在相关标准中对铁路隧道工程地质雷达技术信号做出的解释如表一所示。
表一：地质雷达法信号的特点
三、地质雷达法在某铁路隧道工程质量检测中的应用
（一）工程概述
某工程隧道的最大埋深是33m，内部轨道顶面以上的净空面积是92平方米，曲线地段在施工建设中不会考虑加宽，整个隧道之间的间距是4.6m，隧道进口历程是GDK208+168，出口历程是GDK208+345.整个隧道暗挖段都是V级围堰，长度是106m，应用三台阶临时仰拱法和CRD方法进行施工。在这个工程施工建设中，地质雷达无损检测的主要工作内容包含隧道的仰拱、衬砌的厚度、背后的填实情况等。
（二）现场检测
检测仪器应用美国生产的便携型探地雷达，通过应用这个仪器能够快速检测公路钢筋、混凝土的缺陷，了解地质水文和地下空洞调查情况等。在检测操作中严格按照《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》要求进行，在考虑当地实际施工条件的基础上，这次检测沿着隧道进行纵深向的连续检测，在隧道中布设三条测量线，包含隧道左右底板、右边墙等。
地质雷达法在某铁路隧道工程现场检测的操作步骤如下所示：第一，合理选择天线。结合隧道沉底检测的实际情况，从分辨率、穿透力等方面衡量工程施工建设所需要应用的天线类型，即应用400MJz天线。第二，对工程现场衬砌混凝土的介电参数信息进行标定处理，确定检测操作的各项参数信息。第三，将天线仅仅贴近衬砌表面，并沿着测量线缓慢、连续的移动。在移动的过程中将速度控制在每小时3km-5km。第四，在每间隔10m的位置上做好一个标记。第四，对影响铁路隧道工程检测结果的信息进行记录。
（三）数据分析和解释说明
1、数据的处理流程
应用专用数据信息处理软件来岁探测到的雷达数据进行处理，铁路隧道施工质量检测中地质雷达数据处理信息和分析流程如图二所示。
图二：铁路隧道施工质量检测中地质雷达数据处理信息和分析流程
2、数据分析和解释说明
第一，铁路隧道工程衬砌空洞和密实度主要判定依据。衬砌密实度的判定依据：反射波信号幅度逐渐减弱，甚至不再出现界面反射信号。空洞判定依据：衬砌界面的反射信号逐渐增强，隧道下部反射界面信号存在。第二，铁路隧道工程衬砌内部钢筋和钢架数量的判断依据。钢筋的判断依据：钢筋使用出现连续的小双曲线强反射信号。钢架数量的判断依据，钢架出现分散的月牙形状的强烈反射信号。
（四）雷达图像分析需要注意的问题
第一，二沉积设计的钢筋大多是双层的，外层钢筋在雷达图像的判断形势基本良好，内层钢筋受外界钢筋信号的干扰影响一般难以确定其具体位置，在混凝土浇筑挤压作用的影响下还会出现错动的问题，采集的信号呈现不规律的分布状态。第二，电磁波波速的确定。电磁波在不同介质中的传播速度不同，为此，在应用地质雷达技术的时候需要相关人员尽可能多的进行波速标定试验分析。第三，脱空信号在分析的过程中经常会因为光爆效果不理想而出现防水板和初支面空洞。同时，二衬砌混凝土板缝位置经常还会出现三角形的空洞。为此，在对数据信息进行分析的时候需要结合衬砌的形式和被检测的部位加强对容易出现空洞部位的关注。
结束语
综上所述，地质雷达技术在铁路隧道工程质量检测中的应用能够将工程建设可能面临的各项施工质量隐患控制在可控阶段。伴随地质雷达技术在铁路隧道工程质量检测中的广泛应用，野外数据信息的采集、处理和应用水平也在不断提升，地质雷达技术在铁路隧道工程中的应用将会变得更加广泛。但是从应用实际情况来看，地质雷达技术在铁路隧道工程中应用的时候仍然会出现一些检测判断失误的问题，对同一个图像的解读也会出现差异。为此，在铁路隧道工程应用地质雷达技术的时候需要相关人员加强对各类缺陷雷达反射波特点的研究，从而更好的发挥出地质雷达检测技术应用成效。
参考文献：
[1]陈岩. 地质雷达法在铁路隧道施工质量检测中的应用[J]. 城市建设理论研究：电子版，2016（10）.
[2]涂云福. 地质雷达在铁路隧道工程质量检测中的应用研究[J]. 工程技术：引文版，2016（8）：00004-00004.
论文作者:高军1，2,林晓3
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/6
标签：隧道论文; 地质论文; 铁路论文; 工程论文; 质量检测论文; 信号论文; 反射论文; 《防护工程》2018年第25期论文;