隧道衬砌质量检测与雷达探测技术应用

隧道衬砌质量检测与雷达探测技术应用
隧道施工中的地质、水文情况复杂，不可预见因素较多，且其主体部分为隐蔽工程，工程质量检测较为困难。

衬砌施工质量的检测是隧道工程质量控制的重要环节。

衬砌施工完成后，以常规手段无法进行检验，开挖检测又会对防水、支护系统造成损伤。

探地雷达可以透视隧道衬砌与岩层，测出施工质量检验所需的数据。

目前，该项技术在一些隧道工程中进行了实际应用，取得了较为理想的效果。

一、隧道衬砌施工中最为常见的质量缺陷
１．空洞。

一是在开挖中，由于发生超挖、洞顶洞壁塌落等问题，造成围岩表面的凹陷。

按规定应以混凝土进行回填，但有时施工单位为了节省材料和人工，用片石、竹片等填塞，表面再喷以喷射混凝土，由于回填不密实而形成空洞。

二是在二次衬砌模筑混凝土施工时，由于初衬表面凸凹不平和防水板不密贴的影响，会形成空洞。

尤其在拱顶部位，由于混凝土在浇筑中振捣坍落，往往容易出现空洞。

空洞的出现会造成衬砌结构不能有效密贴围岩形成共同承载的结构，从而加大衬砌结构的荷载。

在地下水发育的地区，空洞中存水还会对衬砌结构形成侵蚀，在寒冷地区会造成冻害。

２．锚杆、钢拱架缺失。

由于施工人员疏忽或为降低造价擅自减少锚杆、钢拱架的用量。

其危害是降低了支护、衬砌结构的承载能力，容易发生塌方等事故，并且给业主造成经济损失。

３．衬砌厚度不足。

由于开挖施工中存在欠挖现象，或围岩松动变形较大，超过了预留量，将造成隧道断面尺寸减小。

为保证隧道衬砌完工后的净空，施工单位往往会减小衬砌的厚度。

衬砌厚度不足会影响其承载能力，并且导致防渗水、抗冻能力的降低。

４．模筑混凝土质量缺陷。

包括混凝土拌和、运输及浇筑振捣施工不当造成的蜂窝、离析、混凝土不密实|来源|考试|大|等质量缺陷。

还有由于围岩松动变形等原因造成的衬砌裂缝等。

这些质量缺陷会降低衬砌结构的承载能力，并且引发钢筋锈蚀、漏水等病害。

上述衬砌施工质量缺陷如果不能被及时发现并进行处理，都会给隧道的运营埋下安全隐患，产生病害，增加养护工作困难，降低隧道的使用性能，减少使用寿命。

因此，我们需要采用雷达探测技术这一有效的检测措施，及早发现施工质量缺陷，并进行处理，以保证隧道的施工质量达到要求。

二、雷达探测技术的原理
雷达探测系统由发射天线、接收天线和数据采集处理系统组成。

发射天线将脉冲雷达波送入被测物体中雷达波能够在不同介质的层面发生反射与折射，接收天线接收不同介质的界面反射的雷达波，雷达波在不同的介质中有不同的波速，通过测取反射雷达波的波速即可区分不同的介质，判定介质界面的情况。

据此，可进行隧道衬砌内部结构的探测，检测空洞、混凝土厚度及施工质量、锚杆拱架数量等项目。

具体应用如下：
在进行隧道衬砌的检测时，将雷达的发射天线和接收天线均
密贴在衬砌的表面，天线的发射的雷达波进入衬砌层，能够穿透混凝土、防水板、围岩等各类介质，并在衬砌混凝土与钢筋、钢拱架、防水板、及围岩表面的分界面以及不同衬砌层的分界面和衬砌裂缝开裂面、衬砌背后空洞界面上产生反射。

反射波被接收天线接收，将数据传输至数据采集及分析系统，测出雷达波的入射、反射双向走时，并计算出发射波行走路程长度，即可得到反射面的距离。

由此，可判定出各介质的分界面的存在及其位置。

三、隧道衬砌雷达检测的具体技术方法
１．布置测线。

在隧道衬砌检察的重要部位布置测线，雷达天线沿着测线滑动检测。

如检测衬砌背后空洞，可在最容易出现空洞的拱顶布置测线。

如检测衬砌混凝土质量，可选在内力弯矩的部位，如拱脚等处。

２．仪器参数选择和标定。

不同波长和频率的雷达波的穿透深度和分辨率不一样。

高频天线可发射高频雷达波，其分辨率高，但穿透深度小。

低频天线发射的雷达波频率低，分辨率低，但是穿透深度大。

因此，要根据检测目的选取对应不同频率雷达波的天线。

对于二衬的检测可采用低频的雷达波，对于初次衬砌及围岩状态的检测要选择频率稍高些的雷达波。

选定频率后，要对仪器进行标定。

在现场状况下测取雷达波在各种主要介质如混凝土、围岩中的波速、介电常数。

３．现场测试。

在检测时，应将雷达的发射、接收天线与隧道衬砌的表面密贴，并沿着测线匀速滑动。

可选用隧道施工的车辆或
可沿轨道滑动的工作平台作为仪器的支架，将天线举起密贴在衬砌上，沿着测线匀速滑动。

４．数据分析。

数据分析需要专业人员进行操作。

对原始数据进行处理，制成雷达时|来源|考试|大|间剖面图，然后根据现场的记录，标示隧道名称、测线、里程桩号；再参考设计图纸和地质资料在雷达时间剖面图上判释出衬砌界面、空洞、钢拱架、围岩等信息；最后出具雷达检测报告，对发现的异常情况进行描述。

总之，衬砌的雷达检测是保证隧道施工质量的有效质量控制检测方法。

建议在初次衬砌、二次衬砌完工后分别进行一次检测，以保证检测的精度，而且便于尽早发现问题，及时进行处理。

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