地质雷达无损探测技术在隧道检测中的应用分析
进入21世纪以来，我国交通和水利的发展越来越快，从而各类隧道工程的建设也越来越多，隧道工程的质量检测是非常关键问题。以往隧道工程的开挖的方式主要是直接爆破，达不到工程预期的效果，从而影响了隧道混凝土衬砌造成较大难度，使得衬砌层厚度无法满足设计要求。随着科学技术的发展，隧道工程的施工方式发生了变化，工程开挖质量得到了很大的改善，但是仍然存在着很多问题。此时高效率全方位的地质雷达无损探测技术就出现了，为隧道工程的检测提供了准确的数据。论文以某隧道工程为实例，来对地质雷达无损探测技术进行分析。
1 地质雷达探测技术的原理分析
地质雷达设备主要由控制主机和天线两个部分构成，主机的功能为提供控制信号，天线的功能为发射或接收超高频电磁波天线发射电磁波后，电磁波在衬砌和围岩内传播，一旦遇到内部裂缝、衬砌边界、孔洞、围岩时就会发生电磁波反射，由天线接收反射的信号，并将其传送至主机，主机负责全程记录、存储、显不反射信号的强度、走时等信息反射信号的强弱与反射界面面积、平整度以及两侧物性差异有关，反射信号往返时间长短则与反射界面距离有关通过分析反射信号的相关信息，可以判定反射界面的位置和两侧介质的性质，获取围岩结构状态，衬砌厚度、劈裂、孔洞的形状与位置等参数，实现无损探测。地质雷达探测技术的工作原理如图1所示：
图1 探测原理示意图
2 某隧道工程实例地质雷达无损探测技术的应用分析
论文以某隧道工程实例为依托，对地质雷达无损探测技术的具体应用进行论述。该隧道是基于新奥法的原理进行设计施工，衬砌形式为复合式衬砌，为确保隧道工程的整体质量，决定在施工过程中，采用地质雷达无损探测技术对关键工序进行质量检测。
2.1 雷达设备的选择及参数的设置
在应用地质雷达探测技术对隧道工程进行质检的过程中，应当结合工程实际情况选择地质雷达，并对相关参数进行合理确定基于本工程的特点，经过多方面综合考虑，最终决定选用RAMAC/GPR型地质雷达，配以500mHz屏蔽天线该雷达的特点如下：高集成化、真数字式、体积小、重量轻，是目前唯一一款能够由单人进行操作的探地雷达其功耗较低，主机功耗仅为25W，系统耗电量较低，无需电瓶供电，给野外工作提供了极大的方便在质检过程中，需要重点控制的参数如下：采样频率设置为7005mHz；采样点为483个；叠加次数为8次；触发方式为时间触发。
2.2 检测项目及检测要点
2.2.1 支护厚度检测。在不考虑其它影响因素的前提下，由地质雷达天线发射出的雷达波中，空气直达波是传输速度最快且最先抵达接收天线的，次之的是表面直达波，反射波居于最后在影响反射波能量的各种因素当中，隧道围岩与混凝土的物性差异是关键性因素，研究结果表明，两者之间的差异与反射波的能力成正相关的关系，雷达波经由隧道围岩和混凝土界面反射至雷达中的。反射信号在图像中的具体表现为强振幅和连续同相轴，基于这一特性，便可在地质雷达中准确读取出混凝土的厚度。
2.2.2 二次衬砌厚度检测。隧道内的围岩与一二次衬砌间存在着非常明显的差别，具体体现在物性和成分上，正是因为这此差异造成了围岩、一次衬砌和二次衬砌三者间的介电常数不同，尤其是在衬砌与围岩间当电磁波经衬砌进入到隧道围岩当中时，通过观察能够发现如下现象：即反射波的振幅增大、视频率降低相关研究结果表明，电磁脉冲在结构层的各个界面当中均会发生一定程度的反射，并且不同结构层中的电磁脉冲速度均不相同，按照反射的速度与时间，再借助相应的计算公式，便可求出隧道结构层混凝土的具体厚度。通常情况下，电磁脉冲在混凝土当中的传播速度可预先获知，基于这一前提，采用地质雷达对隧道衬砌混凝土的厚度进行检测时，关键环节是准确获得电磁脉冲在各个结构层当中反射时间。
2.2.3 脱空区检测。由于空气与混凝土的物性差异较大，从而导致了两者之间的介电常数存在很大的差别。在隧道工程施工时，若是衬砌混凝土的背后回填密实度未达到设计要求，便会使混凝土与围岩之间形成缝隙，此时电磁波在经过空气与混凝土界面时，就会出现较强的反射信号。相关研究结果表明，脱空区的区域越大，在雷达图像当中的围岩界面就越清晰通过观察可以发现，在雷达图像中的反射波呈弧形，并且多次出现，同时反射波具有同相轴的特点，它出现的位置一般都在混凝土层下方，随着时间的变化反射波的能力会随之增强为此，可按照雷达波在隧道洞内的传播速度和介电常数对脱空区的大小进行计算，同时按照水平距离还可求出脱空区的具体范围
2.2.4 钢拱检测。雷达设备发射的电磁波在传播过程中存在能量传递由于传播导体的电磁性差异较大，所以使得电磁波在传播过程中一旦遇到金属材料等良性导体，就会产生强烈的反射现象。在隧道工程施工中，经常会使用到钢支撑和钢筋网，这两种金属材料结构均属于良性导体。在运用雷达无损探测技术进行隧道检测时，如果混凝土中存在钢拱，那么就会在雷达图像上显不明显的、呈月牙形的反射信号，且每一个钢拱均会有一个对应的反射信号；如果混凝土中存在钢筋，那么就会在雷达图像上显不出强烈的、呈连续点状的反射信号根据雷达无损探测获取的信号形状及雷达图，可得知钢筋、钢拱数量及其分布情况等信息，用以判断钢拱和钢筋用量是否满足工程设计要求。
3 结语
总而言之，隧道工程施工质量检测是一项较为复杂且系统的工作，在不影响施工正常进行的前提下，对各道工序施工质量的检测，一般都是采用无损检测技术本文依托某隧道工程实例，对地质雷达无损探测技术在该工程中的应用进行论述，结果表明，地质雷达能够准确检测出隧道的施工质量，为工程整体质量的提升提供了强有力的保障。
