围岩塌方区注浆加固效果综合检测技术研究

【摘 要】在很多地质条件比较复杂的地区，隧道的围岩塌方情况时有发生，带来巨大隐患。本文主要探讨在其加固之后进行的效果监测，以防止其再次发生，主要使用的是探地雷达方法，可以作为参考使用。

【关键词】隧道；加固；检测

1、引言

我国自改革开放以来，经济的发展速度令世人所瞩目，取得了巨大的成就，交通、水利建设突飞猛进，特别是高等级公路的建设与日俱增，为经济的腾飞做出了不可磨灭的贡献，无论是平原还是山区，逢山开路，遇水架桥，开通了中国交通的大好局面。

在山岭地区，隧道是一种最为常见的结构。在隧道的建设过程中，所面临的质量问题也不容忽视。以前隧道开挖时主要采用直接爆破，常会出现超挖或欠挖情况，这样给混凝土二次衬砌造成较大难度，往往在衬砌层内造成较大过空洞或衬砌层厚度达不到设计要求。随着施工工艺的变化，现在采用光面爆破技术，隧道开挖质量有了很大提高，但由于种种原因，竣工后的隧道仍或多或少存在质量问题。由于很多山区的地质水文条件比较复杂，在隧道的修建或者之后的使用过程中偶尔会出现比如围岩塌方、衬砌开裂、渗水等病害，尤其是围岩塌方，其影响范围大，后果也更严重，常导致隧道衬砌结构垮塌、施工中断，甚至围岩塌方延伸至地表，在地面形成陷坑，对周边环境及道路通行安全造成很大影响。这样就需要一种与传统质检方法完全不同的隧道质量检测手段，高效率、全方位地进行检测，为解决隧道安全隐患及时准确地提供数据资料。

利用探地雷达进行无损检测是新发展的一种高新技术。仪器具有轻便、高效率、高精度、高分辨率、超浅层探测、成果直观等特点，已成功地应用于许多领域，在隧道质量无损检测中，更是不可缺少。

2、检测项目及仪器设备

2.1 检测项目：

利用探地雷达技术对于隧道围岩注浆加固效果检测及评定的项目主要包括：

①隧道衬砌层厚度监控

②衬砌层以内密实性及是否存在危及隧道安全的空洞

③衬砌层内钢格栅、钢筋的分布情况等

2.2 仪器设备：

目前国内投入野外生产的探地雷达主要有美国的SIR系列、加拿大的EKKO系列以及瑞典的REMAC仪器等；而这些不同型号的雷达，其主要用途的侧重点也有所不同，有的用于煤矿，有的用于钻孔，还有的用于公路厚度检测。

2004年4月份，我们引进了美国GSSI公司生产的SIR-20新型探地雷达用于隧道质量无损检测，该仪器采用先进的控制器及数字处理软件，适用于各种型号的微机。采集数据在天线端口即被数字化，为真正的数字信号采集系统。配置400MHz频率的天线，具有较高的分辨率，其探测的深度范围可达2.5米左右，可完全满足隧道质量检测中的需要。

3、探地雷达方法原理

探地雷达发射和接收的是高频电磁波，根据电磁波理论，电磁波在介质中的传播特性取决于介质的波阻抗 ，而 又主要与介质的相对介电常数ε成比例关系，即 。当相邻两层介质的ε存在差异时，也就是两介质的波阻抗 有差异时，使入射到两结构层分界面上的电磁波产生反射，形成反射波，被雷达仪器接收到，从而使该结构层分界面被识别出来。这种波阻抗差异可用反射系数R表示，即

也可以用功率反射系数Pr表示，即 。反射系数直接反映了介质的电性及其差异。由上述表达式可知，在一定深度范围内相邻两介质的相对介电常数ε差异越大，反射波越强，反射界面越容易识别。

4、数据采集的方式

探地雷达在野外工作时有多种数据采集方式，如自由采集（Free）、连续采集（Continuous）、点采集（Step）等。考虑到隧道质量检测的特殊性，一般常采用点采集的方式，这种方式利用测量轮触发天线控制开关，可自动、均匀、连续地记录数据，数据采集效率高，其点距范围一般为0.01m—9.99m，定位误差为±0.2%左右，定点精度高。

5、对数据采集的要求

在公路隧道检测过程中，当采集的天线、参数选择好后，开始进行数据采集。数据采集需要做到以下几点：

（1）天线的中心要与测线的起点重合，测线起点的桩号需要有明显的标记，与实际桩号的误差不应大于测线长度的0.1%。

（2）使用测量轮进行计点测量时，一条完整的剖面长度不宜大于1km，并及时做桩号校正，令其误差不大于0.5%。

（3）采集过程中，需要时刻观察所采集的数据，若发现波形失真、零点同相轴错断等异常，要停止工作，查明原因，重新调零、重新采集。

（4）在采集过程中，需要雷达天线与隧道衬砌层表面接触，以免人为产生假异常。

（5）随时进行外业记录，记明工区、时间、剖面号、测线起点和终点的桩号等。

6、数据资料分析

探地雷达检测数据，需要专业人员来进行判读分析，并且需要一定的数据处理经验。下面就一些隧道中检测的实例，说明在隧道检测中常遇到的异常特征以及增强雷达图像数据分析一些特殊处理。

（1）隧道检测中常见的雷达异常特征

①隧道空洞模型的异常特征：

为了查明隧道衬砌层空洞异常，我们在一个5×0.5×0.4m大小的混凝土模型上进行了测试，该模型分别做出脱空层、方型空洞和圆形空洞模型，其大小、直径分别为1.02×0.5×0.14m、0.31×0.5×0.17m、ф100。

从所测的波形图中，通过分析它们的反射波形特征，可清楚看出在隧道模型条件下，混凝土衬砌层中空洞在雷达波形上的异常特征。

②公路隧道中风机预埋件异常、预埋管、钢筋（网）、钢拱架等雷达异常特征：

（2）增强雷达图像数据分析一些特殊处理

①IIR滤波（InfiniteImpulseResponse Filters）：消除直达波以及因天线与隧道表面未接触而造成的水平多次波等，使目标异常更加突出。

②脉冲反褶积处理：压缩雷达子波（λ）的长度，提高垂向分辨率。

③偏移处理：消除雷达绕射波及倾斜干扰波，使目标体“回归”到实际位置。

7、结语

探地雷达作为一种新的高分辨率、高效率无损的高新检测技术，正在工程建设中发挥越来越重要的作用，它具有安全、方便、快捷等特性，有着很大的发展潜力。我们从国外引进雷达以后，在省内先后对数十个公路隧道进行了质量检测，已取得了显著的成果。此外，探地雷达在隧道质量检测中，需要有一定的技术要求，只有掌握了解了这些要求、技能，才能更大地发挥雷达的长处，更好地解决实际问题。

参考文献：

[1]李沫.探地雷达技术在公路隧道质量检测中的应用[R].福建省交通建设工程试验检测中心.

[2]陈红伟，岳学峰.探地雷达在隧道质量检测中的应用[J].山西建筑.2010（29）

[3]吴波鸿，张俊英.探地雷达天线阵技术在隧道衬砌质量检测中的应用[J].铁道建筑技术.2005（03）

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