1、地質雷達在隧道工程質量檢測中應用的若干技術問題甘肅智通科技工程檢測咨詢有限公司 巖土中心 劉東坡摘 要：雖然地質雷達在隧道工程質量檢測中得到了廣泛的應用，但我今天就檢測過程中所遇到的問題（雷達波速的標定、地質雷達天線頻率的選擇、地質雷達圖像的定位等問題）、檢測設備所存在的問題（隧道檢測專用檢測車的購置或設計問題）、后處理問題（缺陷中空洞的準確定位、標準圖譜庫的建立）等均有待進一步得到解決。本文就上述問題說一些自己淺顯的看法。關鍵詞：雷達波速標定；天線頻率選擇；里程標記；隧道專用檢測車的購置或設計；空洞定位問題引 言隨著國家陸路交通的不斷發展，鐵路公路隧道的數量也在逐年增加，同時在運營過程中暴露

2、出來的隧道病害也在連連告急。這就需要一種高效的能夠對隧道襯砌質量進行全面快速的檢測方法來適應這種發展，使隧道病害能夠提前得到治理。地質雷達檢測方法可以對隧道襯砌混凝土厚度、密實性、脫空等進行快速檢測，它不僅克服了傳統上以點蓋面的只靠目測和打孔抽查來對隧道質量進行不全面檢測的缺點，而且是一種采用高科技手段，以其高分辨率和高準確率、能快速、高效的進行無損檢測的方法，在隧道工程質量檢測中得到廣泛的應用。雖然地質雷達在隧道工程質量檢測中得到了廣泛的應用，但我今天就檢測過程中所遇到的問題（雷達波速的標定、地質雷達天線頻率的選擇、地質雷達圖像的定位等問題）、檢測設備所存在的問題（隧道檢測專用檢測車的購置或

3、設計問題）、后處理問題（缺陷中空洞的準確定位、標準圖譜庫的建立）等均有待進一步得到解決。以下就上述問題說一些自己淺顯的看法。1波速標定問題-直接法（已知厚度反求速度法） 1.1鉆芯法測混凝土襯砌厚度在地質雷達檢測的測線上，用鉆機在混凝土上鉆透襯砌混凝土，然后再用尺量出混凝土襯砌的實際厚度(d)，并從地質雷達圖像上讀出鉆取位置處襯砌混凝土反射層面的雙層走時，再根據式(1)即可求出波速。 式（1） 隧道初襯鉆芯檢測現場照片（圖一） 1.2利用激光斷面儀測混凝土襯砌厚度 使用激光斷面儀對隧道二襯前斷面進行檢測，待二襯完成后在同一斷面再次進行檢測，通過相同位置兩次檢測結果的差值，可得出檢測斷面二襯的準

4、確值。再根據式（1）利用此準確值對地質雷達在二襯混凝土中傳播的波速進行標定。 BJSD-型激光斷面儀（圖二）臨合三標雙城隧道ZK19+435處初襯斷面（圖三）臨合三標雙城隧道ZK19+435處二襯斷面（圖四） 由圖三和圖四可知，同一斷面處厚度差值為0.5+0.178-0.092=0.586（m）（圖三拱頂處比圖四拱頂處設計斷面半徑大0.5m）。 臨合三標雙城隧道ZK19+435處雷達厚度圖像（圖五）由圖五可知，臨合三標雙城隧道ZK19+435處雷達波雙程走時為12ns，根據式（1）求出波速為0.098m/ns。 已知整個檢測斷面的初支/二襯厚度，可將不同測線在此斷面的波速分別求出，再對其進行綜

5、合分析，求出綜合的波速值。從這點出發，要比鉆芯法求襯砌厚度的方法在科學性、準確性（精度）上都優越得多。2.混凝土齡期對雷達檢測的影響問題 由相關文獻知：利用地質雷達技術檢測混凝土內部缺陷體時，混凝土齡期越短，探測缺陷體的效果越好。這就說明隨混凝土齡期的不同，其介電常數是有差異的。從而提出齡期對雷達波速有影響的問題。（探地雷達在對介電常數小，電阻率大的介質進行探測時效果會比較理想） 但我們在實際工作中發現，某些含水量較大的隧道，二襯施工時間較短的話，探測出的雷達信號是十分不理想的。對于十分敏感的電磁波，二襯混凝土含水量的多少對于探測結果干擾較大。臨合六標曬經灘隧道左線進口邊墻處二襯圖像齡期約為1

6、4天（圖六）臨合六標曬經灘隧道左線進口邊墻處二襯圖像齡期約為6個月（圖七） 由圖六和圖七可知，某些含水量較大的隧道，齡期越長，雷達檢測圖像約清晰，雷達檢測效果越好。3地質雷達天線頻率的選擇問題 頻率高的天線發射雷達波主頻高、分辨率高、精度較高、能量衰減較快、探測深度較淺；頻率低的天線發射雷達波主頻低、分辨率低、精度相對較低、能量衰減較慢、探測的深度較深。各頻率天線詳見表1、所示。表1 不同天線的穿透深度序號天線 (MHz)土壤中(m)巖石中(m)備注12525402502030310012204200815525051065003.55780023.5810001.53RAMAC型地質雷達各頻

7、率天線（圖八）因此，選用天線時，應根據隧道混凝土厚度及檢測要求來確定天線的頻率，詳見表2。表2 檢測厚度與天線頻率選擇對照表序號探測目標及深測深度（cm）天線頻率（MHz）備注1噴混凝土（1020）8002模筑混凝土(30100)5003襯砌背后圍巖（200300）200；1003.里程的標記問題為了保證地質雷達圖像上各測點的位置與實際檢測里程的位置相對應，先在隧道邊墻上用紅油漆每5m作一個標記，標注里程以供核對。實際檢測時，當天線對齊某一標記時，由儀器操作員向儀器輸入信號，在雷達記錄中每5作一個標記，同時，應盡量使天線勻速移動。由于檢測時天線的走向不是真正意義上的直線，而是蛇形前進，所以，即

8、使是采用里程輪，也應對記錄的里程與實際里程進行核對。整理資料時，根據標記和記錄的首末標及工作中間核查的里程，在雷達的時間剖面圖上標明里程，以保證雷達圖像點位的準確。4.隧道專用檢測車的購置或設計目前在現場進行隧道雷達檢測時，多采用裝載機、挖掘機或貨車上焊接鋼筋工作臺的方式提供檢測平臺，甚至直接使用隧道施工臺車提供檢測平臺，如圖九、圖十、圖十一所示，這些方式不能很好的使雷達天線緊貼被測物表面，亦不能真正意義上使雷達天線走一條直線，且存在一定的安全隱患，故提出隧道專用檢測車的購置或設計問題。對于專用檢測車的要求：以汽車/卡車為載體，在其上架設特制部件用于安放雷達天線，為了使天線密貼襯砌表面，在雷達

9、下部加設彈簧等結構給天線加力，使其密貼；就目前而言，所檢測的測線并非完全意義上的直線，大多存在左右或上下擺動，造成天線沿襯砌表面蛇形前進或局部存在脫離襯砌表面，所以要在檢測車上安設導向裝置，使天線的走向（地質雷達測線）成真正意義上的直線。某隧道現場檢測圖片（圖九）某隧道現場檢測圖片（圖十）某隧道現場檢測圖片（圖十一）5.空洞定位問題在隧道襯砌的缺陷判定時，所采用的地質雷達圖像通常只是某一條測線所采集到的。眾所周知，地質雷達所采集的圖形并不完全是天線所經過測線剖面的如實反映，如若在測線附近存在空洞等缺陷時，即使不在測線剖面上，在地質雷達圖像上也會有反映。當存在這種情況時，如只采用一條測線對空洞進行精確定位是比較困難的。如若在其空洞位置正交補測一條或多條短測線，則可通過兩個、多個地質雷達剖面圖像進行立體分析，可對空洞進行精確定位。但對于空洞存在的規模（空洞高度）仍不能準確定量。這是因為：雷達波在空洞的波速無法準確給定；空洞第二界面的反射波特征很難確認，雷達波在空洞內會產生震蕩信號，從而導致空洞的高度無法準確定量。6.標準圖譜庫的建立由于標準圖譜庫的欠缺，造成相同的地質雷達剖面圖像，由不同的人判讀，會得出不同的結果。這就提出要有統一的標準圖譜，對各種可能的情況（空洞、不密實、含水及分層等情況）經過試驗，做出標準圖譜，