地質(zhì)雷達(dá)在隧道工程檢測的應(yīng)用

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摘要：地質(zhì)雷達(dá)是目前我國各個隧道工程中用于檢測的主要設(shè)備，因此，對地質(zhì)雷達(dá)具體工作原理與工作方式進(jìn)行分析，對地質(zhì)雷達(dá)的具體應(yīng)用形式展開討論，并針對具體案例的分析進(jìn)一步了解地質(zhì)雷達(dá)的作用及應(yīng)用，并得出結(jié)論：地質(zhì)雷達(dá)能夠?qū)λ淼拦こ痰幕炷梁穸?、膠結(jié)度以及鋼筋使用情況等進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，并在保證隧道工程混凝土結(jié)構(gòu)整體性的同時(shí)做出科學(xué)檢測。

關(guān)鍵詞：隧道工程；地質(zhì)雷達(dá)；工程檢測

1地質(zhì)雷達(dá)工作原理

地質(zhì)雷達(dá)是指利用電磁波發(fā)射及折回對地下電性界面進(jìn)行探測、觀察的重要設(shè)備。在對地下進(jìn)行探測時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)通過發(fā)射高頻電磁波對周圍環(huán)境進(jìn)行勘查，而由于地下各處石質(zhì)、土質(zhì)橫截面不同，且能夠折射電波的能力也存在差異，因此在不同形態(tài)地質(zhì)情況中折回的電波頻率也不盡相同，而通過對折回電磁波、地質(zhì)雷達(dá)發(fā)出電磁波以及折回時(shí)間等相關(guān)數(shù)據(jù)的分析與計(jì)算，通過最終處理得到地下勘測數(shù)據(jù)。而后，利用地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果結(jié)合施工現(xiàn)場施工地質(zhì)情況以及相關(guān)地質(zhì)勘查資料等，最終對地下地質(zhì)情況、空間位置、內(nèi)部環(huán)境以及構(gòu)造等做出判斷。

2隧道工程檢測中地質(zhì)雷達(dá)的工作步驟

2.1預(yù)先準(zhǔn)備

首先，在對隧道工程進(jìn)行探測前，相關(guān)技術(shù)人員需要對地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測前檢驗(yàn)與評估，確保該地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備能夠正常使用，避免在探測時(shí)出現(xiàn)設(shè)備損壞等情況；其次，應(yīng)當(dāng)對地質(zhì)雷達(dá)傳輸數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行確定與對比，并且在探測前做好地質(zhì)雷達(dá)檢測工作，且將不同數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)注，通過重復(fù)檢測、多向檢測對地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行檢驗(yàn)，提升地質(zhì)雷達(dá)探測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2地質(zhì)雷測線布置

首先，在對地質(zhì)雷達(dá)投入使用前，需要根據(jù)隧道走向、面積、地質(zhì)情況等，利用科學(xué)計(jì)算等形式初步設(shè)定地質(zhì)雷達(dá)分布的線路，確保將地質(zhì)雷達(dá)的作用充分發(fā)揮。而在具體確定線路時(shí)，由于布置工作較為方便且快速，存在較高靈活度，因此在進(jìn)行線路布置時(shí)只需要根據(jù)具體探測內(nèi)容和探測目的進(jìn)行雷達(dá)測線布置；其次，通常來講，地質(zhì)雷達(dá)測線布置方式包括檢測點(diǎn)布置、網(wǎng)格路線布置以及檢測線路布置等，而在具體探測工作中，施工單位應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身工程情況選擇最為適合的布置方式。

2.3探測數(shù)據(jù)整理與采集

首先，在利用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測時(shí)，相關(guān)人員需要將雷達(dá)的天線兆數(shù)調(diào)低，并需要利用連續(xù)探測的方式，保證在15～30min內(nèi)持續(xù)對隧道內(nèi)部以及混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確探測；其次，由于不同隧道工程對混凝土質(zhì)量及隧道整體水平的要求不同，因此需要根據(jù)實(shí)際情況利用地質(zhì)雷達(dá)針對不同部位進(jìn)行探測。而在探測時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)密切關(guān)注地質(zhì)雷達(dá)傳回來的影像圖與相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行采集，確保將所有數(shù)據(jù)全都統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)探測原理對其初始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與校正，提高檢測準(zhǔn)確度。

2.4地質(zhì)數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)解釋

在實(shí)際地質(zhì)勘察中，地質(zhì)雷達(dá)勘測需要將勘察數(shù)據(jù)資料詳細(xì)記錄，將其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面解釋，利用數(shù)據(jù)分析的方式分析出其中的地質(zhì)特點(diǎn)以及屬性，地質(zhì)雷達(dá)勘察中主要包含隧道中的掌子面檢測、地質(zhì)屬性等方面的勘察等，利用綜合手段對其進(jìn)行全面分析，結(jié)合數(shù)據(jù)檢測做出正確的判斷。

2.5探測驗(yàn)收工作

第一，應(yīng)在地質(zhì)雷達(dá)探測工作完畢后，進(jìn)入隧道施工范圍對地質(zhì)雷達(dá)探測到的結(jié)果及時(shí)發(fā)送到施工現(xiàn)場的計(jì)算機(jī)接收終端，而相關(guān)人員則需要對數(shù)據(jù)、圖像等進(jìn)行計(jì)算與分析，并針對探測結(jié)果對隧道工程做出相應(yīng)調(diào)整，并最終能夠?qū)κ┕みM(jìn)行驗(yàn)收與評估；第二，在檢測后需要將檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行收集并作為資料保存下來，并對設(shè)備進(jìn)行妥善保管，確保下一次能夠順利進(jìn)入檢測工作中。

3隧道質(zhì)量檢測中地質(zhì)雷達(dá)的具體應(yīng)用

3.1對襯砌混凝土厚度的檢測

在傳統(tǒng)檢測方法中，我國大部分施工單位普遍采用鉆心法來對襯砌混凝土的厚度進(jìn)行檢測，但由于此方法對襯砌混凝土的整體性破壞較大，且對工程質(zhì)量產(chǎn)生一定影響，同時(shí)該檢測結(jié)果也不具代表性，因此，近年來我國多數(shù)施工單位已經(jīng)改為采用地質(zhì)雷達(dá)檢測法對襯砌混凝土的厚度進(jìn)行評估，不僅能夠保證混凝土整體性不被破壞，同時(shí)也因雷達(dá)檢測的持續(xù)性較強(qiáng)而將檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性大幅度增加，因此，自90年代起，地質(zhì)雷達(dá)已逐漸成為我國重要檢測方法之一。

3.2對襯砌混凝土內(nèi)部膠結(jié)度的探測

部分施工單位在進(jìn)行混凝土材料配比時(shí)，由于攪拌過程存在問題或者配比材料自身質(zhì)量較低，而該混凝土材料在澆筑時(shí)則出現(xiàn)澆筑不均勻、氣泡過大過多以及缺少規(guī)則性等，但采用傳統(tǒng)檢測方法無法對這些情況及時(shí)進(jìn)行檢測，因而出現(xiàn)之后膠結(jié)度較低的情況。而使用地質(zhì)雷達(dá)對襯砌混凝土進(jìn)行檢測，則能偶在檢測時(shí)通過發(fā)射高頻電磁波的方式對混凝土整體內(nèi)部結(jié)果進(jìn)行探測，并結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件等，一旦發(fā)現(xiàn)膠結(jié)度較低的部位，則能夠通過信號傳播、發(fā)送等將即使圖像輸送到計(jì)算機(jī)接收終端，將檢測結(jié)果直觀地呈現(xiàn)出來。例如，當(dāng)?shù)刭|(zhì)雷達(dá)在探測時(shí)接收到波動較大的反射波，且呈現(xiàn)畸形、振幅明顯增強(qiáng)等形式，則說明在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)了大范圍局部變化，如果波形出現(xiàn)凌亂形式，則證明該處襯砌混凝土的膠結(jié)度較低，密實(shí)度較差。

4地質(zhì)雷達(dá)在某隧道工程檢測中的應(yīng)用實(shí)例

4.1隧道工程概況

某隧道屬于雙線分離式隧道，且左右分布共四條車道，整個隧道包含入口、出口，且在施工時(shí)采用兩側(cè)相向同時(shí)施工方法，隧道長度共計(jì)5527m。該隧道在入口處包括較多廢棄煤礦等，由于這些煤礦經(jīng)過長期過度開采已成為多個煤礦采空區(qū)，因而在具體施工時(shí)，無法對這些煤礦采空區(qū)內(nèi)部空間大小及延展形式進(jìn)行準(zhǔn)確測量。而在具體施工過程中，為了提高隧道施工質(zhì)量、提升隧道施工安全系數(shù)，本次施工采用地質(zhì)雷達(dá)檢測法對隧道襯砌質(zhì)量進(jìn)行探測。此次地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)設(shè)備為RAMAC/CUIII型探地雷達(dá)，選用大小為100MHz的屏蔽天線。采用點(diǎn)測法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采樣頻率1196MHz，采樣點(diǎn)數(shù)512；疊加次數(shù)128次，測點(diǎn)間距0.1m，采樣時(shí)窗620ns。襯砌質(zhì)量檢測采用800MHz屏蔽天線，沿側(cè)線使用連續(xù)剖面掃描法，采樣點(diǎn)數(shù)512，采樣時(shí)窗50ns。

4.2對混凝土噴層厚度的檢測

首先，由于隧道內(nèi)部圍巖存在一定壓迫性，因此在進(jìn)行襯砌混凝土施工時(shí)需要針對圍巖自身存在壓迫度等進(jìn)行全面檢查與分析，同時(shí)根據(jù)科學(xué)計(jì)算方法對襯砌混凝土的厚度進(jìn)行計(jì)算，確保能夠利用襯砌混凝土的厚度對圍巖進(jìn)行支撐。利用襯砌混凝土的承載力將圍巖的擠壓值降低到最小化。而根據(jù)我國《隧道施工技術(shù)規(guī)范》中的指示，在對混凝土噴層的平均厚度進(jìn)行確定及檢測時(shí)，當(dāng)其厚度的90%大于設(shè)計(jì)厚度時(shí)才算作標(biāo)準(zhǔn)，且其厚度也應(yīng)當(dāng)是設(shè)計(jì)厚度的1.5倍。而為了能夠在不損害襯砌混凝土的前提下，利用地質(zhì)雷達(dá)對其噴層厚度進(jìn)行檢測，通過對檢測圖的分析，最終得出結(jié)論：該墻壁的檢測點(diǎn)厚度與最小厚度均已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水平。

4.3對混凝土缺陷情況的檢測

在我國隧道工程中，由于混凝土質(zhì)量低下等存在問題，襯砌混凝土主要存在密實(shí)度底、脫空面積大以及出現(xiàn)空洞三種缺陷形式。則有可能在隧道爆破施工過程中，例如，隧道工程單位在進(jìn)行二次襯砌時(shí)，如果一旦出現(xiàn)防水板鋪掛不當(dāng)、封頂混凝土不均以及混凝土自身收縮等情況，則容易導(dǎo)致混凝土發(fā)生缺陷。如果利用爆破技術(shù)對該混凝土進(jìn)行檢測，由于爆破人員自身技術(shù)不夠熟練、混凝土質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等情況存在，因此在爆破后會出現(xiàn)爆破程度過大、爆破程度不夠以及爆破表面凹凸不平等情況。因此，本次檢測采用地質(zhì)雷達(dá)對混凝土缺陷情況進(jìn)行檢測。該隧道的空洞中常含有空氣，混凝土空洞中電磁波從襯砌經(jīng)過空氣時(shí)，介電常數(shù)相差較大，產(chǎn)生一條反射波，在空氣中電磁波衰減較小，因此在空洞中易產(chǎn)生較強(qiáng)的多次反射，形成帶狀或三角狀波形，同相軸呈弧形且與相鄰軸不連續(xù)。隧道混凝土不密實(shí)、脫空、空洞所對應(yīng)的地質(zhì)雷達(dá)圖像的波形特征。

4.4鋼支撐位置及數(shù)量

在對施工混凝土內(nèi)部鋼筋分布支撐位置、鋼筋數(shù)量等情況進(jìn)行檢測時(shí)，可采用地質(zhì)雷達(dá)檢測方式。其原理為：鋼筋自身存在較高密度，而地質(zhì)雷達(dá)在勘測時(shí)所發(fā)出的電磁波遇到鋼筋時(shí)會形成折回波，而該過程則能夠通過數(shù)據(jù)計(jì)算軟件等立即形成反射圖像，例如，當(dāng)混凝土中存在鋼筋時(shí)，電磁波遇到鋼筋會呈現(xiàn)出較為強(qiáng)烈的月牙形繞射信號，而每一個繞射信號都代表其中一鋼筋及其位置。通過利用地質(zhì)雷達(dá)對鋼筋位置和數(shù)量進(jìn)行檢測，判斷該位置的施工是否符合施工要求，提高施工質(zhì)量檢測率。

5結(jié)語

結(jié)合實(shí)例分析后我們可以知道，地質(zhì)雷達(dá)不僅能夠提高工程檢測整體性與科學(xué)性，同時(shí)也具有較高的科學(xué)性、全面性，是目前我國普遍投入施工檢測工程中的主要檢測方法之一。而在具體應(yīng)用過程中，為了進(jìn)一步提升地質(zhì)雷達(dá)勘測準(zhǔn)確率，不僅需要對設(shè)備自身數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)試，同時(shí)也要提升技術(shù)人員與接收設(shè)備的整體水平，通過對檢測結(jié)果的準(zhǔn)確分析與詳細(xì)計(jì)算等，確保隧道工程中混凝土整體質(zhì)量，提升隧道工程的使用壽命和安全系數(shù)，為將來的隧道施工工程提供參考依據(jù)。

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作者:張俊曦 單位:金華市天平交通工程試驗(yàn)檢測咨詢有限公司