探地雷達(dá)在隧道檢測中的應(yīng)用研究
摘要：本文依托ST隧道施工過程中的監(jiān)控和檢測工作，應(yīng)用探地雷達(dá)方法對隧道襯砌質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)分析、處理，總結(jié)出了一些新的探地雷達(dá)檢測隧道典型圖像，為類似的工程檢測提供一個實用的參考及借鑒。
關(guān)鍵詞：隧道襯砌；地質(zhì)雷達(dá)；無損檢測
1.引言
地質(zhì)雷達(dá)是采用高頻——超高頻電磁波檢測地下介質(zhì)的地質(zhì)特征，對不同巖性分布和對不可見目標(biāo)或地下界面進(jìn)行掃描，以確定其內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)或位置的電磁波技術(shù)。其探測原理是高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強(qiáng)度和波形將隨所通過介質(zhì)的電性差異及集合形態(tài)而變化。通過這一原理，可采用探地雷達(dá)發(fā)現(xiàn)隧道襯砌質(zhì)量問題，初期支護(hù)中，錨桿支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)和現(xiàn)場量測是“新奧法”施工的三大支柱，初期支護(hù)和二襯混凝土共同承擔(dān)荷載。襯砌質(zhì)量的好壞，錨桿、鋼支架缺失與否，直接關(guān)系到隧道的安全性是否可靠，以及將來的運行能否得到保障。
從現(xiàn)有文獻(xiàn)及國內(nèi)外對隧道研究現(xiàn)狀看，目前好多專家、學(xué)者主要將雷達(dá)應(yīng)用于對已有的運營隧道病害檢測中，已形成了一些共識性的規(guī)律，但不同的專家學(xué)者間仍存有不少爭議，例如利用雷達(dá)波對于混凝土厚度界面層的劃分以及一些物質(zhì)的介電常數(shù)等，目前對雷達(dá)襯砌檢測圖像識別方面的研究成果還較少。
本文結(jié)合雷達(dá)圖像特征，從初期支護(hù)、二襯、災(zāi)害地質(zhì)等幾個方面。分析造成質(zhì)量缺陷的原因，并對缺陷雷達(dá)圖像的特征進(jìn)行了說明。
2.ST隧道概況
河南LN高速公路某段設(shè)置一隧道ST隧道，該隧道為分離式隧道，左右路線間距24m，隧道軸線間距35.6m，左隧道長1968m，右隧道全長2079m。
3.探地雷達(dá)初襯圖像識別
3.1.襯砌不密實的識別
圖3.1中左側(cè)是初襯不密實缺陷偽彩圖，右側(cè)是初期對應(yīng)的一個波形圖，波形雜亂，相位幅值異常。可以看出背后混凝土不密實，其波形圖不完整，變化比較大。由于不密實缺陷處的空隙小且連續(xù)，給后期處理帶來麻煩，單純的注漿法往往難以達(dá)到預(yù)期效果。
3.2.空洞的識別
塌方回填造成的空洞缺陷如圖3.2，雷達(dá)波形程典型雙曲線反應(yīng)。對小規(guī)模的塌方（塌方高1m左右）處理要求和超挖相同，如果用漿砌片石填充，要求片石豎向擺放，用擠漿法施工，保證砂漿飽滿，不允許片石橫向擱置或用灌漿法、干砌施工，否則片石間隙不能充填混凝土，造成不密實缺陷。
3.3支護(hù)鋼架、鋼筋網(wǎng)的識別
Ⅴ級圍巖、局部Ⅳ級圍巖或大的塌方、溶洞段，需要采用鋼筋網(wǎng)或鋼拱架作為初期支護(hù)，加強(qiáng)襯砌的承載能力。鋼筋網(wǎng)和鋼拱架的數(shù)量直接影響數(shù)量的安全，因此需要對數(shù)量和位置進(jìn)行檢測。
�。�1）鋼筋網(wǎng)一般采用φ8mm的圓鋼，綁扎成網(wǎng)格20cm×20cm、面積1.0m×1.2m大小的網(wǎng)片，用于對超挖、塌方段的處理，必要時多塊鏈接使用。
經(jīng)鋼筋網(wǎng)雷達(dá)圖像進(jìn)行分析，鋼筋變形為尖銳的拋物線形態(tài)，信號能量強(qiáng)，可以直觀地統(tǒng)計出鋼筋數(shù)量。
Fig.3.3radarreflectionmapofequidistancesteel-stent
�。�2）鋼拱架一般分為兩種，一是采用不小于16＃的工字鋼（或16B型槽鋼）制作，二是采用4根φ22mm的螺紋鋼做主筋，制成15cm×15cm的柵格拱架。鋼拱架分拱墻局部設(shè)置和全環(huán)設(shè)置兩種情況。在隧道拱部和邊墻安置鋼拱架，稱為拱墻局部設(shè)置，拱部、邊墻和仰拱都安置鋼拱架，稱為全環(huán)設(shè)置。
圖3.3是二襯施工結(jié)束后的鋼拱架雷達(dá)檢測圖。鋼拱架之間距離分別是1.0m（Ⅳ級圍巖）和0.5m（Ⅴ級圍巖），排列整齊，表現(xiàn)為拋物線形狀，但是寬度和幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼筋的反映。右側(cè)起第7根鋼拱架前混凝土不密實。圖像中襯砌混凝土厚度難以確定，可以先確定鋼拱架處的混凝土厚度，再加上鋼拱架的厚度來計算混凝土襯砌厚度。
隧道洞口或特殊地段需要設(shè)置鋼筋混凝土襯砌，一般采用φ12mm的螺紋鋼，制成25cm×25cm的鋼筋網(wǎng)，安置于二襯混凝土中，形成鋼筋混凝土襯砌。
鋼筋混凝土襯砌中的大片鋼筋分布表明右側(cè)襯砌混凝土中由于存在鋼筋造成強(qiáng)烈反射，信號反映明顯。素混凝土加鋼拱架襯砌設(shè)計能明顯區(qū)別出來，其襯砌混凝土與圍巖界面也清晰。兩段不同襯砌的界面十分明顯。
4.探地雷達(dá)二襯圖像識別
圖4.1是二襯內(nèi)無鋼筋情況下的典型圖，由于二襯中沒有金屬對雷達(dá)的反射，所以可以看清楚初期支護(hù)的鋼支架圖像。及不同層之間的界面，如圖所示。
Fig.4.1Typicalradarmapofwithoutsteelinthelining(500M)
5管道鋪設(shè)影響
由于隧道功能的需要，在施工中必然預(yù)留一些管道，所以在雷達(dá)信號解釋處理要分清預(yù)留管道圖像，避免誤識為空洞。下面幾幅圖片是不同深度位置的預(yù)留管圖像。
6小結(jié)
本章利用雷達(dá)結(jié)合實際隧道工程，在現(xiàn)場做了大量試驗，收集了眾多的數(shù)據(jù)，通過分析處理，得出如下幾點結(jié)論：
�。�1）根據(jù)現(xiàn)場對照發(fā)現(xiàn)，雷達(dá)圖像中的空洞長度一般為實際大小1/2～1/3，這主要受天線行走速度及雷達(dá)設(shè)計參數(shù)影響；在具體判定空洞大小時，對于初襯的厚度可參照鋼支架間距加以分析。
�。�2）通過現(xiàn)場實際積累，總結(jié)了襯砌缺陷、支護(hù)鋼架、鋼筋網(wǎng)片、光爆效果、防水掛板，以及塌方、溶洞、欠挖、回填、管道和裂隙水的雷達(dá)識別方法，對今后隧道研究具有一定的理論借鑒意義和重要的工程參考價值。
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