贾嘉
北京博安瑞达检测技术有限公司 北京市海淀区 100083
摘要：仰拱是隧道的重要组成部分，仰拱中出现的质量问题如空洞、厚度不够等严重威胁隧道的安全运营。本文以隧道工程实例探究了探地雷达在隧道仰拱质量检测中的应用，成功的检测出来了仰拱的厚度等情况，为检验仰拱的施工质量提供了重要依据
关键词：隧道仰拱质量检测探地雷达
引言
仰拱是隧道的重要组成部分，其不仅承载着来自隧道上部地层的压力而且还要抵抗着来自隧道下部地层的反力，这两种力都是非常大的所以其质量的好坏是决定隧道质量好坏的关键因素，维系着隧道结构的稳定性。但是隧道仰拱在施工的过程中由于隧道的结构设计以及现场施工工艺和隧道仰拱属于隐蔽性工程等原因常常使得隧道仰拱出现仰拱厚度不足、仰拱填充回填片石或洞渣、仰拱底部清理不彻底，有虚渣、仰拱钢筋或钢架间距超标甚至缺失等质量问题。这些质量问题的出现使得隧道整体的承载能力降低并且对隧道的运营安全造成巨大的危害。
为了保障隧道整体结构的稳定性就需要对隧道仰拱的质量进行检测。传统的仰拱质量检测方法中钻心、声波等方法探测效率比较低，精度不高；探地雷达法以其高效率、高分辨率、无损性、结果直观性等优点成为了隧道仰拱质量检测的重要检测方法之一。
1探地雷达工作原理
现有的探地雷达主要有分体式和一体式两种设计组合；分体式设计主要将探地雷达的接收天线和发射天线分离开来，这种设计结构成本低但是野外使用非常不方便。一体式设计将将接受天线和发射天线组合在一起，使用起来比较方便；但是无论哪种形式的探地雷达都包括四大部分：发射天线系统、接收天线系统、控制单元系统和微机系统。工作时通过其发射系统向地下发射高频宽带电磁波，电磁波在地下传播的过程中当地下介质发生改变的时候，如地下空洞、土体疏松、富水等情况时介质的介电常数会发生改变，则电磁波在其分界面发生反射，返回到地面被探地雷达的接收系统接受；通过对接受到的反射电磁波信号的分析和处理，以及电磁波信号的波形、能量强弱、以及双程走时等参数来推测地面目标体的埋深、空间位置、大小、形状等从而达到探测地下目标体的目的。计算公式如下
式中c为电磁波在真空中的传播速度， 为介质的相对介电常数。
探地雷达检测隧道仰拱质量是利用隧道仰拱与围岩的电性差异来实现的，介质层间介电常数差异越大，异常在雷达剖面上反映也就越明显。混凝土是固、液、气三相混合材料构成，不同材质间的接触面及同一种材质内部不连续面是良好的雷达波反射界面，即混凝土与空气的接触面、初支护混凝土与围岩的分界面、拱架等。当雷达波向衬砌混凝土内发射高频宽带短脉冲电磁波时，都会发生不同程度的反射、折射和散射，产生不同程度的波能吸收和衰减，集中反映在波形和波组特征变化上，分析这些特征差异，即可揭示仰拱的质量缺陷。
2工程实例
以某隧道的仰拱质量的检测的工程实例进行说明。由于该处隧道仰拱在施工的过程中受环境的影响其含水量比较大，电磁波信号在其中的衰减较快，穿透深度收到一定的影响给探地雷达的质量检测造成了一定的困难，有可能出现某段质量检测的效果不是太好的情况。
根据仰拱的设计值以及现场的探测环境等综合因素的考虑此次检测工程选用中国矿业大学（北京）自主研发的GR-IV型探地雷达300MHz天线和MTGR-2F型检测车。在隧道中根据现场的实际探测环境布置了若干条测线。其中检测参数设置如下表所示：
参数设置表
天线主频时窗采样点数
300MHz50ns512
现场检测时以人工推动检测小车的方式，采用测距轮模式进行数据采集。并在检测时辅助里程标记以对数据的里程进行校对。在指定测线的位置进行检测采集完毕后通过对原始数据进行背景去噪、小波变换、一维滤波、增益等处理过程将图像中有用的信息保留和突出，将无用的信息剔除排除干扰得到最终的结果。
检测结果的部分图像如下图所示：
虽然此次隧道仰拱的含水量较大但是从上图在距离边墙较近的区域检测的数据结果来看，从图像上可以清楚的看到隧道仰拱的底界面，区分度非常良好，而且钢拱架的位置也有很清晰的反应且无异常填充物。其探测厚度后经钻孔验证实际厚度与检测厚度相差无1cm左右，证明了探地雷达在隧道仰拱质量的检测方面有着高效率以及高精度和极大的便捷性，为隧道仰拱质量的评估提供了重要的依据。
结束语
本文通过实际隧道仰拱质量检测工程，介绍了探地雷达探测隧道仰拱质量的原理并应用了探地雷达方法来检测隧道仰拱的质量问题，验证了探地雷达检测仰拱质量的高效性、准确性为仰拱质量的评估以及问题的处理提供了可靠地依据，同时隧道仰拱不同的地质条件对探地雷达的探测效果的影响应进一步的研究分析。
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论文作者:贾嘉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/6
标签：隧道论文; 电磁波论文; 质量论文; 质量检测论文; 天线论文; 厚度论文; 混凝土论文; 《防护工程》2018年第18期论文;