地质雷达在隧道衬砌无损检测中的应用分析

地质雷达在隧道衬砌无损检测中的应用分析

李源

四川济通工程试验检测有限公司  四川省成都市  邮编：610200

摘要：随着城市化进程的加快推动各项工程建设规模不断扩大，更多新型的科技技术已被应用到各个领域中。文章针对地质雷达无损检测隧道衬砌质量存在的问题建立模型，模拟隧道衬砌结构并进行室内试验，探求地质雷达波传播与混凝土介电常数中各影响因素间的变化关系。

关键词：隧道；衬砌；地质雷达；无损检测

1地质雷达技术的工作原理与特点

1.1地质雷达无损检测技术的基本原理

地质雷达检测技术是通过高频电磁波的反射来实现的，这种技术的应用大大提高了隧道检测环节的施工的效率。目前采取的光面爆破技术，提高了隧道工程的质量，为后期的隧道施工提供了便利的条件。由于地质结构复杂等原因，完工后的隧道还存在着许多安全隐患，这时地质雷达高效、全面的检测技术为后期的隧道加工提供了便利条件。天线和控制主机是雷达主要构成部分，天线主要负责电磁波的发射和接受，主机起控制作用，控制发出和接受的信号。当天线发出电磁波后，遇到隧道边界等界面电磁波会被反射回来，这时天线负责接收反射回来的信号，最后通过主机记录的反射数据来判断隧道内是否安全。

1.2特点

地质雷达技术是当前应用比较普遍的隐蔽探测技术，具备较高的技术水平，但是也存在一定的局限性与问题。地质雷达具备较高的分辨率，其发射的声波频率越高则表示其衰减的速度就会越快，整体的探测深度也会比较小，分辨率同时也会随之降低。雷达电磁脉冲信号在进行介质中传播的过程中极易受到高频电性的影响，而探测深度与数据的精度也会受到机制的影响，比如在砂、砾石以及淡水等材质中，在进行检测的过程中可以传播超过几十米，但是对于粘土、淤泥等介质中只能够传播几米。因此，在未来发展中还需要加强地质雷达技术的研发，要全面的提升技术水平，设备精度也需要提升。

2地质雷达在隧道衬砌无损检测中存在的若干问题

2.1地质雷达在隧道衬砌中传播速度受影响的问题

地质雷达对隧道衬砌的检测主要是通过电磁波来完成的，然电磁波的传播速度主要取决于传播介质，传播介质的差异会导致电磁波的波速产生较大的波动，导致对衬砌厚度的检测精度出现较大的偏差。因此在检测过程中，对电磁波的波速的认定不能仅依靠操作者的经验来进行，而是要对目标介质进行标定，进而得到目标介质的波速和介电常数。

2.2地质雷达在检测过程中的衬砌表层钢筋后部情况不易识别问题

由于地质雷达所使用的电磁波在钢筋中的传播速度为0(钢筋的介电常数无限大)，电磁波传播到钢筋表面无法对其进行穿透。衬砌内部钢筋较密，入射波在钢筋网上产生强反射，透射能力弱，且钢筋的绕射波阻碍了对钢筋后部情况的识别，造成钢筋网后部的衬砌界面不易识别，单、双层钢筋网不易判别。建议可以通过改变天线的移动方向，提高电磁波的透射能力。

2.地质雷达在隧道衬砌空洞范围的探测问题

衬砌空洞范围的探测是地质雷达检测技术的难点，地质雷达对隧道衬砌空洞的形状及尺寸做出精确的测量和判断还存在较大的难度。这方面的问题除了需要在地质雷达技术上加以提高改进外，还应从检测方法中加以改善，如对存在空洞的目标体进行网格化扫描检测，判定区脱空范围，提高检测精度。

3技术的具体应用

3.1初期支护厚度检测

天线发射的雷达波，其传播速度非常快，而在

所有的波中，空气直达波会在第一时间反射到天线中，然后就是表面波，最后才是混凝土与围岩部分的反射波。围岩和混凝土因为存在较大的性质差异会导致其反射波的能量相差较大，其与反射波能量存在正比关系。雷达波在通过这些位置之后其所反射出现的信号具备较高强度的振幅与连续同相轴的特点，利用该特点能够最终的判定混凝土厚度技术参数，以达到质量检测的需要。

3.2二次初砌厚度检测

一次、二次衬砌以及围岩之间存在一定差异，主要是由于各物理性能存在较大差异，因此造成整个检测区域中介电常数较大的差异，尤其是在衬砌、围岩结构，当电磁波在围岩后传播时会出现反射波振幅增强的现象，此时图像分辨率也随之降低，通过不同界面后，电磁波会产生不同反射性，结合不同结构存在不同传播速度，所以，在实际检测中，就可通过反射时间和传播速度的不同，进一步判定混凝土的厚度参数，无论在哪种界面中电磁波都无法准确判定传播速度，所以时间检测中，需要对其在隧道各层次之间的反射时间做到准确判断，在获取了传播速度及反射时间之后，通过计算公式来确定该位置的准确厚度，在实际使用过程中，以此二次衬砌在施工中存在裂隙，此时可以借助雷达图像技术对每一层衬砌厚度进行检测。在实践中通常有些工程会出现衬砌与喷射混凝土部位，利用地质雷达检测很难进行分离，在图像中没有准确反应，上述结构采用同种材料及混凝土，因此两者差异是比较小的，而当混凝土与衬砌结构相融合的位置，其状态良好时，在传播界面中电磁波不会出现反射，此时在雷达线中的图像呈现比较模糊，导致最终检测结果精确度差。

3.3脱空区检测

空气与混凝土材料具备非常明显的区别，其物性相差非常大，所以该两种材料具备不同的介电常数。隧道工程项目施工阶段，如果在进行衬砌混凝土施工的过程中，其质量没有达到设计方案的要求，密实度比较差，所以就导致了混凝土结构中存在较多的缝隙，电磁波在传输过程中经过这些界面时，就会出现比较强的反射信号。对于混凝土结构中所存在的脱空问题越严重，而发射图像中所存在的界面也就会越加的明显。如果地质雷达图像中存在有形状各异的反射波存在，同时其也具备着一定的同轴向特点，则可以基本上判定缝隙的位置在下部位置上，并且随着传输的进行，反射波会逐渐的增强。在检测过程中确定脱空位置大小主要是利用雷达波在洞内行走速度与介电常数等数据来确定。

3.4钢拱规格与分布

雷达发出的发射波最大的优点就是其具备一定的能量。从电磁波理论我们可以发现，在具体检测过程中使用金属材料良性导体，在电磁波传输时经过该材料之后会发生较大反射，在检测时也会出现这种反射现象，由于所使用的材料不同，反射现象也有所不同，同时反射效果差异明显，在公路隧道衬砌施工过程中主要使用钢筋网和钢支撑结构，这些结构为良性导体，因此在运用地质雷达检测时，电磁波遇到上述材料会出现较强反射信号，并以连续性的方式呈现出来。如果对于钢拱结构部分检测时，那么经分析之后，呈现出的图像是月牙形，进而通过雷达进行数据分析，可判断钢筋和钢拱的数量，结合图像形状判断钢拱分布范围，比对设计方案时可进一步了解哪些结构符合施工质量要求。

结语

科技在进步，检测工具、检测手段也越来越先进。地质雷达检测已逐步发展为必要的检查手段，被人们认可，特别是隧道施工检测运用较为广泛、成熟。地质雷达根据自身特性，通过频谱变化反映出现场实际情况，给施工带来便利，而且对工程质量带来有力保障。现阶段地质雷达已运用到各种领域，检测技术人员队伍不断壮大、检测水平不断提高，通过检测发现仪器本身的缺陷问题也会逐步解决，检查的准确率也越来越高，地质雷达涉及的领域也会越来越广，为安全、质量保驾护航。

参考文献

[1]毛星．地质雷达在隧道超前地质预报中的应用．铁道标准设计，2019(11)．

[2]孙太岩．地质雷达在隧道检测中的技术问题及解决办法．科技风，2019(22)．

[3]汪洋．地质雷达在公路隧道无损检测中的应用．山西建筑，2019(25)．

[4]李艺．地质雷达技术在隧道工程无损检测中的应用.科技与企业，2019(12)．