地质雷达在隧道工程检测技术应用

地质雷达在隧道工程检测技术应用
发布时间：2023-02-21T02:24:11.441Z 来源：《福光技术》2023年2期作者：高军1，2
[导读] 地质雷达的工作原理是通过发射天线向地下发射高频电磁波，当在地表以下传播时，因地质界面不同，会发生不同的物理现象。

1.国铁集团武广高铁公司湖北武汉 430212
2.内蒙古自治区交通运输厅内蒙古呼和浩特 010000
摘要：作为先进的工程物探仪器，地质雷达能够用于连续测量，在短时间内向介质发射超高频率短脉冲电波，获得检测范围的三维信息，具有无损、精度高等优势。

在隧道工程检测中，地质雷达得到了广泛应用，能够为工程质量检测提供充足数据依据，继而使工程建设水平得到提高。

关键词：地质雷达；隧道工程；检测；应用
1地质雷达工作原理
地质雷达的工作原理是通过发射天线向地下发射高频电磁波，当在地表以下传播时，因地质界面不同，会发生不同的物理现象。

传播过程中，遇到不同电性界面时，一部分电磁波发生折射，透过界面继续传播；另一部分发生反射，该部分电磁波被反射回地表，被地质雷达的接收天线接收，记录在主机上。

电磁波在传播过程中不是只经过一次反射或折射，在能量没有被完全吸收之前，每遇到不同地质界面均会发生不同程度的折射和反射现象，直至能量被完全吸收才会消失。

电磁波在不同介质的传播过程中，其路径、电磁场强度、波速和波幅都会随着所通过介质的变化而不同。

由于地下各种介质电性不同，且折射电波的能力也存在差异，因此在不同地质情况中返回的电波频率也不尽相同，通过对发出、返回电磁波以及时差等相关数据的分析与计算，通过最终处理得到地下勘测数据。

将雷达传输回来的数据进行处理和运算，得到一组数据并映射成图，结合实际情况和地质勘查资料，可推断出介质的空间位置与结构构造。

检测施工质量亦然。

2地质雷达在隧道工程检测的应用
2.1案例概述
某隧道工程位于丘陵地带，地势体现出起伏的特点，进洞口的坡度保持在20°-25°之间，比较稳定，洞身海拔最高达500m，宽度狭窄，但整体发育较好，在纵深向出现了割裂。

区域表层是粉质黏土成分，形成适中的强度和压缩性，完整性不足，岩体相对破损，降低了强度，各个层次出现互层问题，开挖后应立刻支护，有效预防坍塌。

2.2检测内容
检测过程中，要精确掌握不良地质与掌子面的位置、宽度与性质等，了解隧道受影响的长度。

在比较复杂的地质环境内，重点把握开挖面地质水文特征，总结和整理地质材料，从而对施工技术合理调整，减少地质灾害发生的次数。

检测选择地质雷达技术，实现了超前预报地质情况，定位断层破碎带在不良地质的具体方位。

从而更好开展施工。

项目施工最初阶段，通过喷锚处理支护，继续开展二次模筑混凝土衬砌施工，避免结构不完全受力。

在衬砌检测中，主要考察初期支护混凝土层的施工厚度，衬砌质量满足设计标准。

利用传统的施工方法，容易造成一定破坏，降低施工效率，无法检测完整的结构。

利用地质雷达技术对结构不间断检测，彰显了无损检测的功能，是工程检测最理想的方法之一。

二次衬砌检测中，有必要综合控制衬砌与二次衬砌的密实性，及其分布在脱空区的特征，以耦合方式检查衬砌层和围岩，了解钢筋的分布数量。

2.3检测方法
2.3.1检测准备
地质雷达检测之前，做好相关的准备工作，正确应用设备，合理分布测线。

建议使用美国SIR3000型探地雷达设备，以高精度技术持续测量与存储数据，准确标记测线桩号。

根据检测的深度选择天线的使用规格，还可以通过增加频率降低深度，从而增强分辨率。

利用400-900Hz天线检测初期支护表面，使用200-400Hz天线检测二次衬砌隧道结构，对隧道测线合理布置，沿隧道纵向实施布线。

2.3.2数据采集
将天线与探测目标表面贴合后使用地质雷达技术检测，沿测线缓速滑动，利用主机传递高度脉冲，迅速采集数据。

采集数据时需对相关的参数科学设置，保证清晰成像，使检测结果符合实际情况。

在现场检测中，客观判断各个参数，根据检测深度与介质速度，对时窗长度估计。

检测之前，选择不间断扫描探测方法，通过透视探测方法对结构实现检测。

选择滤波器时，可选择自动式，若还有其他的要求，则结合手动式应用。

在调校过程中分别选择高通和低通两种方式。

针对400Hz天线，以1/4中心频率设计高通截止频率。

如低通频率应达到800Hz。

当成像比较模糊时，利用滤波器处理带有噪点和干扰信号的检测结果。

在高通与低通之间实现转化。

滤波器功能增强时，信号易丢失，威胁了检测结果的准确性，需要由反向实行调节，增加信号的强度。

采取手动方式调整增益，在顶端位置对直达波调校，不断优化反
射波的位置，使回波图更加完整。

以预处理方式获取数据，对数据的标题与内容综合检验，之后以滤波分析滤除噪声信号，保存有价值的信号。

2.4图像分析
使用REFLEXW7.0软件绘制地质雷达波形图。

以最大分辨率在地质雷达剖面图上显示反射波，分析图像时需借助使磁波振幅、波形等参数。

当振幅较强时，介质形成差异化的电磁学性质，根据振幅对介质属性客观评判。

介电常数与传播数值呈反比关系。

若是负的反射波系数，则振幅的方向正相反，因此对截面两侧分布的介质属性自行判断。

通过分析衬砌结构厚度可知，衬砌结构的介质电常数不同于初期支护、围岩等，前者的反射截面包含反射信号，可获得真实的衬砌厚度。

物质表面通过几何反射波的高低频率有效区别。

不同介质的结构有不同的特点。

比如岩层与混凝土的结构相对均匀，而反射波很少，且反射波容易出现在缺陷位置，岩层的结构复杂，易产生频率较高的干涉。

根据同相轴科学分析地质雷达图。

按照同相轴的特点，全面解析界面。

由于边缘反射效应的影响，导致边缘形态与同相轴的区别显著，有必要联系同相轴的方向、时间和强弱等展开研究。

当混凝土脱空时，衬砌结构与围岩、空气介质等的性质不同，造成上下层的反射信号显著，反射同相轴不断增加能量。

结合时间因素，了解脱空区域电磁波的区域时间。

2.5检测结果
检测区域电磁波信号连续的同相轴，局部区域分布呈断续特点。

而中-低频率的反射信号形成较强的振幅和低频振荡；倾斜贯穿的裂缝出现在断掌面前50ns，体现出较强的富水性，160ns区域的深含水问题比较严重，直接威胁了岩层的稳定性。

选择数值为20cm的S4支护。

围岩与二次衬砌混凝土结构的介质参数较大，电磁波在界面传播时形成了反射信号。

准确控制检测内的钢筋数量，检测长度12.5m，距离25cm，实际检测距离25cm，数据符合设计要求。

由图像分析，曲线变化规律决定了钢筋分布的位置。

经科学判断，开挖掌子面不存在欠挖或超挖的问题，有效预防了围岩和衬砌结构产生孔洞。

3结束语
地质雷达检测技术能够对隧道内部结构实施有效扫描，并根据扫描数据形成相应的数据图谱，再根据图谱分析确定隧道内部结构情况。

根据实际检测结果，施工人员能够制定相应的处理措施，确保整体工程的施工质量，提升隧道使用的安全性以及稳定性，并在一定程度上减少隧道日常维护工作量。

参考文献：
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