地质雷达在铁路隧道衬砌检测中的应用

地质雷达在铁路隧道衬砌检测中的应用

田明昆

中铁九局集团第二工程有限公司

摘要：隧道混凝土衬砌是隧道的主要承载结构，是隧道防水的重要工程，其施工质量的好坏对隧道长期稳定、使用功能的正常发挥具有很大的影响。地质雷达检测隧道衬砌质量的原则是确保施工质量满足设计要求，检测项目主要包括衬砌厚度，钢筋钢架分布，回弹密实情况等。针对隧道施工中可能出现的质量问题，采用雷达检测技术，对混凝土衬砌与围岩结合部出现的脱空、回填欠实、富水区圈定、衬砌厚度等进行无损检测，及时发现问题，为采取加固措施消除隐患提供依据，起到了对隧道施工质量时实监控的作用。

关键词：地质雷达；铁路隧道；衬砌检测；应用1探地雷达工作原理

地质雷达是工程上常用的一种检测方法，被广泛地应用于工程的各个领域之中，如场地勘查、工程质量检测、隧道病害诊断及超前地质预报等。地质雷达一种是利用高频电磁波(频率：106~109Hz或更高)来探测地下介质分布的检测技术，其基本原理是：将高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，由地面通过天线发射器发送至地下，经过地下目的体或地层界面反射后返回地面，并被雷达天线接收器接收，通过对接收到的雷达信号进行处理和解释，从而达到探测目标体的目的。

2隧道衬砌检测方法技术2.1数据采集

地质雷达数据采集的主要问题包括采集参数的选择以及标记混乱问题。第一，通过对已知厚度的混凝土结构进行现场测试，标定介电常数等相关地质雷达采集参数，多次试验，确定合理有效的数据采集参数，如时窗、采样率、滤波和增益等。第二，在隧道左右边墙上，每5ｍ做一个单标记，每50ｍ做一个双标记，尽量避免因标记错位而导致检测结果错位。

2.2数据处理

地质雷达数据处理的主要问题表现在处理参数的选择。地质雷达数据处理的步骤主要有标记疏理、废道剔除、直达波校正、距离归一化、滤波(包括垂直滤波和水平滤波)、反褶积等，这些处理方法是常规地质雷达数据处理的流程。其中，有些处理参数需要进行多次数据分析确定，如滤波、反褶积等。

2.3资料解释

地质雷达资料解释的主要问题表现在衬砌缺陷的定性判断和定量判断。地质雷达资料解释的原则具体如下：第一，对初期支护背后空洞、二次衬砌脱空、二次衬砌背后不密实、钢拱架缺失，以及钢筋网缺失等衬砌缺陷来说，只需要定性判断它们是否存在。通常情况下，运用正演数值模拟隧道衬砌缺陷的地质雷达响应特征可直接确定检测结果。第二，对钢拱架间距、钢筋间距及衬砌厚度等衬砌缺陷来说，不仅需要定性判断它们是否存在，而且需要定量判断它们的规模。故这类问题仅仅采用衬砌缺陷的地质雷达响应特征确定检测结果是不充分的。此时，还要采用一些特殊的处理方法，如速度分析、偏移等。

3检测数据分析中应注意的问题3.1衬砌背后钢架信号的识别

目前隧道初期支护的钢架分为2种，即格栅钢架和型钢钢架。格栅钢架，它的断面形式目前采用较多的是由3根或4根主筋组成，

其中4根主筋的形式采用较多。4根主筋型的格栅钢架每根钢筋相同，在等高情况下，其抗弯和抗扭惯性矩大于三主筋型。格栅与钢支撑一样也是分段加工的，在架设时再组装成形。格栅钢架能够很好的随混凝土一起与围岩密贴，喷射混凝土能充满格栅及其围岩的所有空隙，支护效果好;型钢钢架，钢支撑为刚性拱架，多用工字钢，刚度和强度大，但是这类钢支撑与混凝土粘结不好，与围岩间的空隙难于用喷射混凝土紧密充填。地质雷达检测到的型钢支撑为分散的月牙形强反射信号;格栅钢架为分散的月牙强反射信号，并且呈倒置的W形状。按照规范要求，钢架的布置间距也有严格要求，一般来说，隧道围岩较差，如Ⅴ级围，钢架的间距较小，而且主要用型钢支撑;围岩较好，如Ⅳ级，钢架间距较大，主要用到钢格栅，当然围岩更好的段落也可能不设置钢架，施工单位在钢架的布置上也会通过拉大钢架的间距而达到偷工减料的目的。

3.2衬砌内部钢筋信号的识别

隧道二衬混凝土分为钢筋混凝土和素混凝土2种类型，钢筋混凝土一般布置主筋设计间距为20~25cm的双层钢筋网，钢筋的雷达信号表现为连续的小双曲线强反射信号。二衬内部钢筋网的布置情况是隧道二衬质量检测的一项重要的内容，出现偷工减料的情况较多，如纵向主筋间距拉大、只布置单层钢筋网、在围岩变化段落附近少布置甚至不布置钢筋等。

3.3衬砌背后空洞的识别

3.3.1初期支护背后空洞的识别。隧道开挖过程中由于围岩及爆破等原因会出现超挖现象，现场施工人员为了省事，用钢筋网片、浇筑板等对超挖部分进行遮挡并在表面喷射混凝土，从而造成初期背后空洞，这种空洞对隧道质量安全造成严重隐患。某隧道利用地质雷达进行初期支护检测后发现，在右拱腰DK70+985～DK70+987部位存在空洞雷达反射信号，后经定位复测，并钻孔验证后发现，该部位的确存在空洞，混凝土厚度为15cm，空洞底部达到45cm，空洞本身深度为30cm，从雷达图像上来看，从混凝土表面到空洞顶部的界面是可以确定的，但是当电磁波进入空洞内部，它的传播速度较难确定，空洞的底部界面是较难确定的。

3.3.2二衬背后空洞的识别。二衬模筑混凝土施工过程中一般会在隧道拱顶两板接头部位形成空洞(空腔)，这主要是由于泵送混凝土压力不够或浇筑过程中发生堵管，混凝土不能填充满衬砌两端的堵头部位，而形成空洞(空腔)，并且伴有二衬厚度不足。这种空洞(空腔)为二衬混凝土本身的缺陷，在防水板的内侧，可以通过拱顶预留注浆孔压浆处理。二衬背后空洞雷达图像，雷达图像反映的就是拱顶板接头处的三角空腔，验证后得到空腔体的最大深度约30cm。

3结论

总而言之，运用地质雷达进行隧道衬砌质量检测是一种非常有效无损检测手段，但是要提高检测结果准确性，一方面要提高理论水平，另一方面要在检测实践工作中注意收集和整理典型实例，注意理论和实践的相互验证，才能不断总结经验，提高检测水平。。参考文献：

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[2]景胜.地质雷达在铁路隧道检测中的应用及典型图像分析[J].西部探矿工程,2015,04:188-191.

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