浅析地质雷达在公路隧道工程检测中的应用

0 引 言

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。在公路隧道工程检测中，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。

1 地质雷达检测原理

地质雷达是精密的地球物理探测仪器，可以利用 106~109Hz 无线电 波对地下介质分布情况进行确认。从检测原理来看，地质雷达利用发射 天线对高频短脉冲电磁波进行定向发射后，电磁波一旦遭遇存在电性差 异的地层或目标体，将在界面上发生投射和反射。利用接收天线进行反 射波信号的接收，并实现数字化处理，以反射波波形形式进行记录，能够 根据波的幅度、传播时间、波形等对目标体结构、空间位置等进行判断。 而电磁波的衰减程度，与目标体埋深、介质电性差异等相关，差异越大获 得的界面越清晰，在雷达剖面图上将呈现出同相轴不连续的现象。采用 地质雷达进行目标体检测，需要保证目标体与周围介质存在电性差异。 因此在复杂的地质环境条件下，应用地质雷达能够实现准确探测。根据反射波强度、组合特点等反射信息，可以对目标体性质进行判断，如表 1 所示为常见介质的电性参数。在地质勘探、地下建筑结构调查等领域，围 岩、空洞、衬砌、地下构筑物等都是拥有良好反射界面的目标体，因此可 以采用地质雷达开展检测工作。


2 地质雷达在公路隧道工程检测中的应用实践

2.1 工程概况

某公路隧道工程分为左、右两线，长分别为 1337m 和 1364m，包含两处人行横洞和一处车行横洞，属于左、右线分离的双向四车道隧道。隧道 场址属于丘陵地貌，拥有较大地势起伏，进洞口自然坡度在 20°~25°之 间，相对稳定，洞身海拔最高 500m，沟壑 V 型，宽度小，但较发育，拥有纵 深割裂。区域表层土主要为粉质粘土，强度和压缩性中等，进口段围岩属 于强-中风化砂岩和泥岩，风化差异较大，完整性差，拥有发育裂隙，岩体 较破损，强度低，层间出现互层情况，开挖后需要及时支护，以免发生坍塌。

2.2 检测内容

在工程检测方面，需要确定掌子面距离不良地质的位置、宽度、性质 等，确定隧道受到影响的长度。因为在复杂地质环境中，需要确定开挖面 地质水文条件，提供准确地质资料，以便实现施工工艺科学调整，使地质灾 害发生概率得到降低。应用地质雷达进行检测，可以实现超前地质预报，确 定断层破碎带等不良地质位置、规模和影响程度，为工程施工提供依据。 实际进行项目施工，初期支护需要进行喷锚，然后进行二次模筑混 凝土衬砌施工，形成安全受力结构。在衬砌检测中，需要完成初期支护混 凝土层喷射厚度检测，确定衬砌质量能否达到要求。采用传统检测方法， 如钻孔取芯法、超声波法等，存在具有破坏性、工作效率低等缺陷，难以 实现结构质量持续探测。应用地质雷达可以实现结构连续测量，并且实 现无损检测，能够满足工程检测需求。实际进行二次衬砌检测，可以确定 初衬与二次衬砌密实情况及其脱空区分布，并对衬砌层与围岩耦合情 况、钢筋数量、衬砌层背后围岩裂隙等进行查明，保证衬砌施工质量。

2.3 检测方法

2.3.1 检测准备

在应用地质雷达进行检测前，需要做好准备，完成设备选择和测线 布置。在设备选择上，可以采用美国的 SIR3000 型探地雷达，检测速度最 高能够达到 5km/h，每个采样点包含 512 个时间点，扫描速度为 120 次/s， 采样时窗长为 30ns，能够利用高精度测量轮进行连续测量数据的记录， 并按照测线桩号进行标记。在天线选择上，需要结合探测目标深度确定 型号规格，频率越高则探测深度越低，分辨率越高。针对初期支护表面进 行检测，可以采用 400~900Hz 的天线。对二次衬砌隧道结构进行检测，可 以采用 200~400Hz 天线。针对公路隧道进行测线布置，需要沿着隧道纵 向布线。

3 结 论

综上所述，昆山舒美认为采用地质雷达进行公路隧道工程检测，可以利用雷达扫 描成果图实现超前地质预报，发现隧道存在的地质不良隐患，并且获取 隧道衬砌结构的厚度、脱空程度等质量数据，使工程整体施工质量得到 有效反应，因此能够为隧道质量管理提供技术支撑。