地质雷达在隧道检测应用中的多次反射研究

地质雷达在隧道检测应用中的多次反射研究

摘要：主要介绍了在隧道现场施工的过程中，地质雷达是根据在隧道中雷电波产生的多次反射原理，从而发现在隧道现场施工过程中隧道的 支护厚度、隧道的岩面与隧道支护之间的空洞或者是不密实环境的、拱腰厚度、回填程度等方面是否符合设计要求，并且对地质雷达在隧道 检测应用中的多次反射进行分析研究。从而提高地质雷达在隧道检测应用中的准确性。

关键词：隧道施工；地质雷达；反射；检测；应用

1引言

由于隧道地质情况复杂，在隧道施工过程中又因其特有的结构和功能要求，就其本身来讲，隧道施工难度又大，容易出现初期支护背后脱空 、初衬与二衬之间出现空洞、二衬砌混凝土厚度不足等问题，这就给施工过程带来相当大的危害和损失。故为了避免这种情况的发生，保证 隧道运营的安全性，我们就应该及时的在施工过程中发现隐患并且及时处理，有效解决。而通过地质雷达对隧道进行检测正好可以解决以上 问题，所以我们要针地质雷达在数据处理中出现的反射现象进行分析，进一步的提高雷达的准确性。

2地质雷达的工作原理

地质雷达作为一种可以对地下不可见目标进行准确定位的高频电磁波，其工作原理是基于电磁波的反射原理。以高频电磁波的脉冲形式，由 发射部分和接收部分组成。当地质雷达进行工作时，向地下介质发射几十兆赫兹至上千兆赫兹的高频电磁脉冲，发生反射现象，从而被地面 仪器接收。又因为当高频电磁脉冲遇到的地下不可见目标是介

电常数相差较大的物体分界面，如空气与混凝土分界面、混凝土和岩层分层面 等或者是像金属物、含水岩层等导电率较大的物体会产生强反射，所以电磁波到达之后其反射回地面的形式是不同的。又可以根据雷达返回 波的性质进行分析判断，从而我们可以得知隧道的具体情况。然而地质雷达检测方法并不适用于所有类型的隧道检测，因为其必须要具备一 定的基础条件，即衬砌存在的空洞要与其周围物质的介电常数存在较大的差异。除此之外，我们还要在隧道建设之前和其建设后期进行检测 ，因为当两种检测同时应用，会使施工建设更加有效，并且在建设中和完工后还能够更有效的避免意外事故的产生，从而在根本上保障了隧 道运营的安全。

3地质雷达的隧道检测应用

3.1物质的多次反射图形判断

（1）钢拱架

当雷达波在钢、铜等这些导电率非常大的优良导电媒介体中传播时，就会产生极大的衰减，这也就致使雷电波有很大可能无法到达更深位置 的介质当中去。但由于钢拱架的本身结构特点，而且钢拱架、空气和混凝土三者的介电常数又不相同，故可由雷电波的波的方向来判断。雷 电波的反射波的方向是正向的时候，可说明雷电波是从混凝土进入钢拱架。当反射波是反向的时候，说明雷电波是从空气进入钢拱架的。

（2）小范围空洞

一般情况下，小而单一的空洞会使雷电波显示出双曲线的波形。这是由于介质常数的差异，当雷电波从介质常数大的介质进入介质常数小的 介质中的时候，其反射波的

波形是正向的。故而判断波形反应的地段是不是小范围空洞，应满足以上条件且其波形初始位置为白色。

（3）大面积采空区

大面积采空区会使雷电波出现水平强反射波，波形出现在同向轴中部而且出现时也将出现白色空洞，当然此波形也会出现多次反射现象。我 们通过以上特征便可以判断，满足这些特征的就可以断定波形反应的地段是大面积采空区或大面积埋设物。

3.2多次反射原理

当产生下行波时，雷达波是向介质内传播的，而上行波是经反射回表面的波。而每一个界面上形成的上行波遇见介质界面，就会形成二次反 射和折射。当遇见多层介质时，其形成的反射和折射是不断的，只是再多次的反射和折射中，其能量也越来越小。

4地质雷达波形分析

4.1.1在隧道施工过程中，我们主要把握二衬成型检测这个重要环节，在二衬施工完成后，我们主要检测二衬厚度、钢筋间距等情况。

（1）隧道二次衬砌钢筋判断

当隧道二衬施工完成后，为了分析判断二衬中钢筋距离和钢筋筋的有无，在混凝土中有钢架的情况下，会形成连续的小双曲线形状的强反射 信号。而且每一个信号代表一根钢筋，信号越明显，越说明钢筋保护层越小。所以我们就可以通过上面的方法来判断、检测是否符合设计要 求。

（2）隧道二衬厚度判断

隧道的主要检测项目是对隧道的二衬厚度进行检测，这也是是隧道质量控制的重要依据，因为隧道衬砌厚度会对衬砌结构的承受力和隧道使 用寿命产生直接的影响，而地质雷达因其优良的性能，已经成为隧道质量检测重要的手段。由于初期支护和二衬的差异，其介电常数也会存 在明显的差异。特别是当电磁波从混凝土进入围岩时，反射波形的频率会减小且振幅会增加。而电磁波在隧道各结构层中传播的时间是我们 进行厚度检测的关键，我们要先确定电磁波在隧道各结构层中传播时间，再根据电磁波在不同介质中的传播速度，从而就可以计算出隧道各 结构层的厚度。

4.1.2通过隧道回填的实度来检测隧道七成质量隧道砌衬质量检测成果图的准确性。假设我们的设计厚度为65厘米。

（1）如果检测结果是符合要求，就说明在我们检测的这段砌衬中，其每个地方的厚度都要大于65厘米。

（2）如果我们在检测过程中发现只有一段的砌衬的厚度小于65厘米，其余地方全都大于65厘米，却在背部回填上没有任何质量问题并且满足 设计要求时，我们就可以断定此处小于65厘米的地方砌衬背后存在空隙，所以我们要对该段砌衬进行改进和整治。

5隧道衬砌地质雷达检测时应注意的问题及使用工具

如今地质雷达在隧道衬砌检测中已经赢得人们的认可并且得到了广泛的应用，但是仍存在一些问题。又因为地质雷达是一种通过高分辨率探 测技术来对隧道工程进行检测的非破坏性探测工具，但是在地质雷达对隧道工程进行检测的过程当中下面的因素也会

对其产生影响影响。

（1）因为支护表面的不平整，从而引起的里程记录上的误差，并且致使对检测结果造成的误判。

（2）由于隧道内的照明电缆、机械等会对雷达波产生一定程度上的干扰，所以就会影响对信号的解释。

（3）在地质雷达检测隧道结构的过程中，混凝土的密实度、钢拱架的深度和间距、锚杆的位置与深度以及衬砌裂隙的深度都对地质雷达的检 测参数有着直接或间接的影响。

（4）混凝土的密实度和砌衬厚度。

（5）锚杆的深度与位置。

（6）钢拱架的深度、间距和层数。

（7）在隧道的建设过程当中，有可能会出现前期建设的隧道将要进入养护的高峰期，比如因为砌衬的裂开甚至于是坍塌问题所造成，需要对 隧道进行养护。

因此，我们在检测过程中首先应该确保衬砌表面与天线直间无空洞且匀速移动，在现场及时的记录对雷达波产生干扰现象的物体所在地。地 质雷达检测应该包括施工过程质量控制和竣工验收质量检测，如若我们到竣工验收再发现有施工中遗留的空洞、二衬厚度不足等质量问题就 已经为时已晚，我们由此可见，在施工过程中，地质雷达对隧道的检测是尤为重要的。

目前，我国在隧道检测工程检测过程中，为了保证隧道的安全性，往往采用无损伤探测的方法对隧道进行维护。也正是因此，我国才会因为 SIR-3000型地质雷达所具有的高分辨率和其他优越性能，而选择美国GSSI公司。当然，在我们实际的检测过程当中，我们会分别在隧道拱顶 中心、左拱腰、右拱腰、左边墙、右边墙处布置测线，共计五条。

6结语

由于隧道是经过地质雷达的检测，而地质雷达是通过多次反射来对隧道进行检测的，可检测出隧道存在的一些病害，如隧道岩面与隧道的初 期支护之间是否存在空洞或者是存在不密实环境和支护的厚度是否符合设计规范的要求，从而我们可以提出施工建议或者措施，由此我们可 以看出地质雷达在隧道检测中的突出优势，所以通过地质雷达对隧道进行检测确保施工过程和运营的安全性，保证隧道的质量的。虽然也会 存在一些其他因素的干扰影响，但是我们会在工作过程中尽可能的排除干扰因素，获取最精准的信息。

参考文献：

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[2]赵才，程永振，张向文.地质雷达在隧道检测中的应用分析〔I〕.中国新技术新产品，2010

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