地质雷达在葛布隧道无损检测中的应用研究

　　摘 要: 以仁新高速公路葛布隧道衬砌质量检测为切入点，详细分析了隧道检测雷达扫描的原理、数据处理流 程以及扫描图像中发现的病害类型，阐述了衬砌厚度和钢筋间距的判定方法，为隧道检测雷达图像分析提供参考。

　　关键词: 葛布隧道; 地质雷达; 图像判释

　　1 概述

　　隧道作为高速公路施工运营中的重要构造物和 节点工程，起到了优化公路线型、缩短公路里程、保 护环境的重要作用，然而由于隧道属于隐蔽性工程， 衬砌质量难以检测，安全隐患较大[1]。特别是衬砌 厚度不足、衬砌脱空、钢筋间距布设过大等病害严重 地影响了隧道运营的安全性，甚至可造成拱部坍塌 等严重安全事故。如何对隧道质量进行公正客观的 评价是目前工程领域亟待解决的问题。

　　由于地质雷 达所具有的无损、快速、高效等特点，使得其在隧道 质量检测中的应用越来越广泛。然而，在实际检测 过程中，由于存在众多干扰因素，如毛刺噪声、直接 耦合波等，并且检测设备良莠不齐，检测人员技术水 平高低不一，极大地影响检测结果的准确性与可靠 性。

　　因此，对雷达扫描图像进行定量和定性分析，找 准病害类型和部位，为隧道质量评定与病害处理提 供依据，具有较强的现实意义。 以葛布隧道为例，分析探讨地质雷达在隧道无 损检测中的应用。葛布隧道位于广东省韶关市仁化 县，为武深高速仁新段的节点控制性工程，隧道进出 口均按小净距设计，建筑限界 11. 0 × 5. 0m，左线长 1750m; 右线长 1788m，呈南东向微向南西微凸的弧 形展布; 隧道左右线最大埋深分别为 211 ～ 223m，属 长隧道。隧道位于沟谷斜坡 - 低山地貌区，地形起 伏较大，植被发育，水土保持较好。

　　2 检测原理及检测方案

　　地质雷达的工作原理是高频短脉冲电磁波通过发射天线被发射到介质当中，电磁波在介质中传播 时，其速度、波形与强度会随着介质的变化而发生变 化，在介质发生变化的界面，形成反射波。通过接收 天线接收反射电磁波并对其进行处理和分析，可以 确定目标体的大小、位置以及性质[2]。葛布隧道为施工中隧道，二次衬砌检测时沿隧 道纵向在拱顶、两侧拱腰、两侧边墙布设 5 条雷达测 线，受隧道现场 各种因素影响。检测过程中每米仪器自动打标，对雷达信号 异常的检测段进行测线加密，现场复测。

　　3 检测仪器及相关参数

　　本次检测采用美国劳雷工业有限公司生产的 SIR - 20 型地质雷达，探测天线为 3101A 型，中心频 率 900MHz，时间窗为 15ns，探测深度 75cm。

　　4 地质雷达数据处理流程

　　由于地质雷达是应用超高频、宽频带电磁脉冲 技术的物理探测方法，在数据采集期间为了保持更 多的反射波特征，通常记录的频带较宽，现场采集的 雷达数据因此不可避免地含有一些干扰因素，有环 境的干扰，也有雷达本身的干扰，为了去除这些干 扰，提高解释的精确性，必须对原始数据进行必要的 处理，尽可能压制干扰信号，增强有效信号，提高分 辨率和信噪比，以最大可能的分辨率来显示目标反 射波提取各种有用信息[3]。 本次地质雷达检测采用 REFLEXW V5. 0 软件 进行数据处理，处理过程: 一维滤波/去直流漂移、静 校正/移动开始时间、增益/能量衰减、二维滤波/抽 取平均道、一维滤波/巴特沃斯带通滤波、二维滤波/ 滑动平均。

　　5 葛布隧道雷达图像判释

　　5. 1 二衬中钢筋的识别

　　葛布隧道二衬中的钢筋网片采用 Ф25mm 螺纹 钢筋绑扎成间距 25cm 的钢筋网，雷达波在混凝土介质传播速度较快，在钢筋中传播速度较慢，由于传播速度的突变，在钢筋界面处 形成月牙形的强反射信号，根据单位长度内反射信 号的数量可以计算出钢筋间距。

　　5. 2 衬砌空洞的识别

　　高速公路隧道跨度较大，在地质状况不良、围岩 等级较差、岩石松散地段易出现超挖欠挖现象，使隧 道围岩形成锯齿状界面，施工单位为了节省成本加 快施工进度，往往不进行喷射混凝土找平而直接进 行初衬的喷射施工，使得初衬和围岩之间形成了面 积较小的连续空洞，留下了质量隐患。另 外，由于隧道二衬主要采用泵送混凝土工艺进行施 工，在已浇注混凝土和新浇注混凝土的接缝位置，由 于模板搭接不到位，很容易形成三角脱空，特别是在 拱顶更加明显。

　　5. 3 二衬厚度的判定

　　地质雷达经过发射线圈发射后，最先到达接收 线圈的是空气直达波，然后是二衬表面的反射波，最 后是衬砌和围岩接触面的反射波。一般在隧道工程 中，二衬与初衬之间、初衬与围岩之间形成的界面为 弱反射界面，衬砌质量越好，衬砌与围岩之间的接触 面越密实，所形成的反射能量越弱，反射界面也就越 不明显。但无论衬砌混凝土质量的优劣，二衬与初 衬之间的雷达反射界面虽有不同程度的扰动，但基 本为水平线。 雷达反射波在二衬与初衬界面之间的特征有两 个，一个是波的上下频率相差较大，另一个就是由于 在二衬与初衬之间存在着一定的空气间隙，因此在 界面处有较强的连续性反射波。根据反射界面 所处位置的垂直距离可以计算得到二衬厚度。

　　铁道论文投稿刊物：《铁道技术监督》(月刊)创刊于1973年，由中华人民共和国铁道部主管、中国铁道科学研究院主办，国内外公开发行。本刊是围绕铁道技术监督，以指导性、实用性为主的综合性技术类期刊。

　　6 结论

　　以葛布隧道为例，介绍了地质雷达在隧道检测 中的应用，总结了地质雷达在数据处理方面常用方 法的作用以及适用性，并将其应用于实际隧道检测 过程中，判定了葛布隧道中的钢筋间距、衬砌空洞以 及二衬厚度。雷达波在介质分界面上会呈现出较为 明显的特征，根据各种目标的波形特征和检测实践 中经验的积累，可以比较准确地判断出不同目标体 的位置、形状、大小等各种量化特征，对检测和处理 公路隧道中的隐性病害具有重大的现实意义。

　　参考文献

　　[1] 吴天军，张秋美. GSSI 地质雷达在隧道无损质量检测中的注 意事项[J]. 黑龙江交通科技，2013( 9) .

　　[2] 吴玉财，张国炳，李芬. 探地雷达应用于公路隧道衬砌检测图 像判释研究[D]. 长沙: 长沙理工大学，2009.

　　[3] 赵常要，邓新生. 隧道质量无损检测中雷达波形分析与探讨 [J]. 铁道标准设计，2014( 12) .

　　作者：李 洁