地质雷达检测技术在隧道衬砌质量检测中的应用

【摘要】目前，运用地质雷达对隧道衬砌的质量进行检测受到了越来越多的关注，其对隧道衬砌的检测方面包括混凝土的厚度、钢筋的数量、混凝土的密实程度、是否出现脱空现象等。该检测方式不仅能够实现对隧道衬砌的无损检测，同时还具有图像分辨率较高、精确性高、检测速度较快等特点，并且在对隧道衬砌的检测方面已经取得了较为显著的效果。

【关键词】地质雷达检测技术；隧道衬砌；质量检测；应用

中图分类号： TN95 文献标识码： A 文章编号：

1前言

随着我国经济建设的不断提高，高速公路建设也随之出现了高峰期，各种隧道工程相继出现，而隧道的质量也成为社会日益关注的焦点问题。在隧道施工过程中常常会混凝土密实程度较低或者出现脱空现象，这对隧道的整体质量产生严重的威胁，对其使用性能也有着重要的影响，因此对隧道衬砌的检测工作就显得尤为重要。现阶段对隧道衬砌质量的检测主要是针对隧道砌体的力学性质以及是否存在不足等方面，检测方面主要包括隧道衬砌中钢筋的数量以及布置方式、衬砌混凝土的强度、密实程度等。

现今对隧道衬砌进行无损检测的方式有很多，其中包括地质雷达检测、声波检测以及超声波检测等。而这些检测手段中，以地质雷达的使用范围相对较广，这种检测方式具有检测深度较大、准确度较高等有点，是一种较为有效的检测方式。

2地质雷达的工作原理

地质雷达（英文简称为GPR）的工作原理是利用一定频率的电磁波，对物体内部电性分布进行检测，其电磁波的频率一般使用1000000到1000000000Hz之间。这种频率相对较高的电磁波通常是以脉冲的形式，并借助发射天线从物体的表面进入其内部。当电磁波进入物体内部之后，其传播的路径以及电磁波的形状会随着物体电学性质以及几何形状的不同而发生相应的变化，在通过地下的反射界面将电磁波射回到地面，通过接收装置接收之后，对电磁波信号进行分析和处理，实现对地下物体的相关检测。

适用地质雷达进行检测的物体一般是具有多面结构的物体。比如岩层、地层当中的松散层等，而在隧道工程中的隧道围岩、衬砌等也具有多面结构。当雷达发射出的电磁波向被检测物体进行传播的时候，该电磁波通常被称作下行波；当电磁波经过反射界面作用向地表方向传播的时候，该电磁波被称作上行波。当下行波通过表面在物体内部进行传播的过程中，每当遇到一个界面，电磁波就会发生折射与反射，其能量也随之分成两个方面，发生折射的电磁波将携带一部分能量继续传播，发生反射的电磁波将携带另外一部分能量向地表方向传播，这时下行波也将转化成为上行波。通过折射继续传播的电磁波每当遇到一个界面，就会再次发生折射与反射现象，因此下行波所携带的能量将会逐步减少。同样，当第一次发生反射的电磁波向地表方向运动的时候，也将发生折射以及反射作用，其能量也会随之减小。所以说，在物体内部折射与反射是多次进行的而且是相对独立的两种现象，电磁波的能量也将随着折射、反射次数的增多而逐渐减小。当物体内部电学性质或者导电程度的差异越大，电磁波的反射能量将会随之增强，所反馈的信息也将更加丰富，根据这些信息便能对地质信息以及物体的相关信息进行准确的分析。

3地质雷达的相关参数

第一，导电率。导电率是显示物体对电流的传递能力或者电流中的电荷在物体中进行运动的难易程度的物理量。物体的导电率对电磁波在物体中的传导有着直接的影响，物体的导电率越高，电磁波对物体的穿透程度就越小。因此，在电导率相对较低的物体中，运用雷达对相关数据进行获取有着良好的效果，准确程度较高，物体的深部信息也将能清楚的掌握；相反，当物体的电导率较高时，其雷达信号就会相应衰弱，其深部信息的获取量非常有限。根据相关研究资料显示，当物体的电导率超过10Ｓ／m时，运用雷达进行检测的手段将不会被提倡使用。不含水分的岩石、混凝土等都属于电导率较低物质的范围，使用雷达检测效果较好。

第二，介电常数。介电常数通常分为相对介电常数以及绝对介电常数两种，其中相对介电常数是指当电容器两个极板之间充满某种电介质之后，电容器的电容增大到的倍数；而绝对介电常数则是指当电容器两个极板之间充满某种电解质之后，电容器的电容增大的倍数。而相对介电常数对电磁波在物体中的传播速度有着一定程度的影响。

4地质雷达对隧道衬砌质量的检测

4.1检测设备以及检测方法

检测设备：在检测的时候运用产自于美国的SIR-2K型地质雷达，接收天线运用单置式天线，其所能检测到的最大深度在2m左右，记录长度为44ns。

检测方法：在隧道竣工之后，依据委托检测方的要求，通常在隧道的拱顶、两侧的拱腰以及底墙处各布置一条测线，在观察的过程中如果发现存在不合理的地方，要对测线进行加密工作。测线布置完成之后，在墙壁上每隔是10m左右用颜色鲜艳的标志做一个标记，之后天线贴近隧道的内侧墙壁上，用仪器沿着测线的方向进行逐点测量，并对该过程中的数据进行及时准确的记录。

4.2判断依据

第一，对隧道衬砌质量的检测，其判断依据有以下几点：其一，当衬砌密实程度较好时，雷达的反射信号强度较弱，甚至会出现没有接收到反射信号的现象；其二，当衬砌密实程度较差时，雷达的反射信号强度较强，且出现不连续的弧形形状；其三，当衬砌存在空洞现象时，衬砌界面的雷达信号强度较强，在下部依然存在强度较强的反射信号，但是两组信号的接收时间差较大。

第二，对钢筋存在位置的判断：其一，当雷达信号呈现分布较为分散的月牙形，且反射信号强度较强时，则说明此处存在钢架结构；其二，当雷达信号呈现分布较为连续的双曲线的形状，而且其反射信号强度较强时，则说明此处存在钢筋。

5地质雷达检测图像的分类

第一，当隧道衬砌与围岩的紧密性相对较好，不存在空隙时，界面图像的清晰程度直接受到混凝土与围岩的紧密性以及混凝土介电常数的影响，其雷达反射信号相对较弱，但是可以通过相关软件对隧道衬砌的厚度进行计算。

第二，当隧道衬砌与围岩的紧密性较差时，电磁波在衬砌混凝土与空气之间的界面上出现强度较大的信号，且其界面很容易被认识，隧道衬砌与围岩之间的空隙可以被计算出来。

第三，当雷达的图像中不存在差异较大的信号，且其图像较为均匀，这就说明隧道衬砌混凝土的密实程度较好；反之则说明隧道衬砌混凝土的密实程度较差。

第四，当雷达的图像中呈现连续性，而且图像纵向尺寸相对较大。

6结束语

通过对雷达信号的图像进行充分的分析，可以帮助检测人员对隧道衬砌的质量进行良好的判断，准确的掌握隧道衬砌中的安全隐患。地质雷达作为一种较为先进的技术，在对隧道衬砌的无损检测方面有着较为显著的作用。随着国内科学技术不断实现新的突破，用于检测的仪器将会得到更好的完善，地质雷达将会在隧道衬砌检测中发挥出更为积极的作用。

【参考文献】

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