淺析地質雷達在公路隧道工程檢測中的應用

0 引 言

作為先進的工程物探儀器，地質雷達能夠用于連續測量，在短時間 內向介質發射超高頻率短脈沖電波，獲得檢測范圍的三維信息，具有無 損、精度高等優勢。在公路隧道工程檢測中，地質雷達得到了廣泛應用， 能夠為工程質量檢測提供充足數據依據，繼而使工程建設水平得到提高。

1 地質雷達檢測原理

地質雷達是精密的地球物理探測儀器，可以利用 106~109Hz 無線電 波對地下介質分布情況進行確認。從檢測原理來看，地質雷達利用發射 天線對高頻短脈沖電磁波進行定向發射后，電磁波一旦遭遇存在電性差 異的地層或目標體，將在界面上發生投射和反射。利用接收天線進行反 射波信號的接收，并實現數字化處理，以反射波波形形式進行記錄，能夠 根據波的幅度、傳播時間、波形等對目標體結構、空間位置等進行判斷。 而電磁波的衰減程度，與目標體埋深、介質電性差異等相關，差異越大獲 得的界面越清晰，在雷達剖面圖上將呈現出同相軸不連續的現象。采用 地質雷達進行目標體檢測，需要保證目標體與周圍介質存在電性差異。 因此在復雜的地質環境條件下，應用地質雷達能夠實現準確探測。根據反射波強度、組合特點等反射信息，可以對目標體性質進行判斷，如表 1 所示為常見介質的電性參數。在地質勘探、地下建筑結構調查等領域，圍 巖、空洞、襯砌、地下構筑物等都是擁有良好反射界面的目標體，因此可 以采用地質雷達開展檢測工作。


2 地質雷達在公路隧道工程檢測中的應用實踐

2.1 工程概況

某公路隧道工程分為左、右兩線，長分別為 1337m 和 1364m，包含兩處人行橫洞和一處車行橫洞，屬于左、右線分離的雙向四車道隧道。隧道 場址屬于丘陵地貌，擁有較大地勢起伏，進洞口自然坡度在 20°~25°之 間，相對穩定，洞身海拔最高 500m，溝壑 V 型，寬度小，但較發育，擁有縱 深割裂。區域表層土主要為粉質粘土，強度和壓縮性中等，進口段圍巖屬 于強-中風化砂巖和泥巖，風化差異較大，完整性差，擁有發育裂隙，巖體 較破損，強度低，層間出現互層情況，開挖后需要及時支護，以免發生坍塌。

2.2 檢測內容

在工程檢測方面，需要確定掌子面距離不良地質的位置、寬度、性質 等，確定隧道受到影響的長度。因為在復雜地質環境中，需要確定開挖面 地質水文條件，提供準確地質資料，以便實現施工工藝科學調整，使地質災 害發生概率得到降低。應用地質雷達進行檢測，可以實現超前地質預報，確 定斷層破碎帶等不良地質位置、規模和影響程度，為工程施工提供依據。 實際進行項目施工，初期支護需要進行噴錨，然后進行二次模筑混 凝土襯砌施工，形成安全受力結構。在襯砌檢測中，需要完成初期支護混 凝土層噴射厚度檢測，確定襯砌質量能否達到要求。采用傳統檢測方法， 如鉆孔取芯法、超聲波法等，存在具有破壞性、工作效率低等缺陷，難以 實現結構質量持續探測。應用地質雷達可以實現結構連續測量，并且實 現無損檢測，能夠滿足工程檢測需求。實際進行二次襯砌檢測，可以確定 初襯與二次襯砌密實情況及其脫空區分布，并對襯砌層與圍巖耦合情 況、鋼筋數量、襯砌層背后圍巖裂隙等進行查明，保證襯砌施工質量。

2.3 檢測方法

2.3.1 檢測準備

在應用地質雷達進行檢測前，需要做好準備，完成設備選擇和測線 布置。在設備選擇上，可以采用美國的 SIR3000 型探地雷達，檢測速度最 高能夠達到 5km/h，每個采樣點包含 512 個時間點，掃描速度為 120 次/s， 采樣時窗長為 30ns，能夠利用高精度測量輪進行連續測量數據的記錄， 并按照測線樁號進行標記。在天線選擇上，需要結合探測目標深度確定 型號規格，頻率越高則探測深度越低，分辨率越高。針對初期支護表面進 行檢測，可以采用 400~900Hz 的天線。對二次襯砌隧道結構進行檢測，可 以采用 200~400Hz 天線。針對公路隧道進行測線布置，需要沿著隧道縱 向布線。

3 結 論

綜上所述，昆山舒美認為采用地質雷達進行公路隧道工程檢測，可以利用雷達掃 描成果圖實現超前地質預報，發現隧道存在的地質不良隱患，并且獲取 隧道襯砌結構的厚度、脫空程度等質量數據，使工程整體施工質量得到 有效反應，因此能夠為隧道質量管理提供技術支撐。