曾生臻

(福建省高速公路達通檢測有限公司，福州 350000)

近年來， 隨著我國交通行業(yè)的不斷發(fā)展及公路路網(wǎng)的普及，越來越多的隧道正在建設、建成進而投入到運營當中，伴隨而來的是隧道二次襯砌質(zhì)量問題層出不窮。由于隧道二次襯砌為隱蔽性工程， 目前對于襯砌中的缺陷多采用地質(zhì)雷達進行檢測， 然地質(zhì)雷達檢測結(jié)果受到雷達儀器設備、檢測方法、檢測人員水平及經(jīng)驗等方面的影響。如何采用地質(zhì)雷達進行現(xiàn)場檢測及波形的分析，對隧道襯砌的缺陷特征進行量化表示， 對后續(xù)缺陷整治及隧道工程實體質(zhì)量起著至關重要的作用。 本文通過分析隧道無損檢測的重要性、 總結(jié)工程實際過程中隧道襯砌無損檢測中存在的若干問題及其具體應用進行分析， 為隧道缺陷整治及后期的隧道運營維護管養(yǎng)提供一定的建議和參考。

1 地質(zhì)雷達在隧道襯砌無損檢測中的重要性

由于隧道工程的眾多分項、 分部工程在建成后多屬于隱蔽工程，且檢測工程體量龐大，想要通過破壞性檢測的方法進行全面的檢測不僅不現(xiàn)實， 更會破會隧道總體結(jié)構(gòu)的完整性。如隧道襯砌建成后想要探究襯砌的厚度、背后空洞密實情況、鋼筋及鋼支撐分布情況時，必須通過無損檢測的方式對其進行全面檢測， 目前對于襯砌中的缺陷情況多采用地質(zhì)雷達進行檢測， 地質(zhì)雷達通過發(fā)送和接收電磁波的形式， 可以實現(xiàn)在對隧道襯砌本身沒有任何傷害和破壞的情況下， 對隧道的襯砌結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)采集，并通對數(shù)據(jù)分析，準確掌握隧道襯砌的內(nèi)部質(zhì)量情況。 地質(zhì)雷達這種無損檢測的方式不但采集的數(shù)據(jù)準確而且所使用的儀器在資金的投入上屬于一次性投入，因此是隧道襯砌質(zhì)量檢測的不二選擇。 在隧道建設施工過程中可在襯砌混凝土施工完成后及時對其進行地質(zhì)雷達掃描檢測，采集其內(nèi)部缺陷情況，以便及時采取缺陷整治措施。對于已經(jīng)投入運營的隧道工程，亦可通過地質(zhì)雷達對隧道襯砌結(jié)構(gòu)進行掃描檢測， 為隧道運營維護管養(yǎng)提供一定的建議和參考依據(jù)。

2 地質(zhì)雷達在隧道襯砌無損檢測中存在的若干問題

地質(zhì)雷達在隧道襯砌無損檢測中發(fā)揮的巨大作用是毋庸置疑的，但這不是說這種檢測方法就是通俗易懂，無可挑剔的了。 為了對隧道襯砌的所有狀況有更加準確的把握，在使用地質(zhì)雷達檢測技術(shù)時要對檢測的準確度、圖像的直觀性、后續(xù)軟件的處理能力、檢測人員的能力和經(jīng)驗等密切關注。 通過實踐經(jīng)驗總結(jié)檢測過程中存在的主要問題呈現(xiàn)如下。

2.1 地質(zhì)雷達在隧道襯砌中傳播速度受影響的問題

地質(zhì)雷達對隧道襯砌的檢測主要是通過電磁波來完成的，然電磁波的傳播速度主要取決于傳播介質(zhì)，傳播介質(zhì)的差異會導致電磁波的波速產(chǎn)生較大的波動， 導致對襯砌厚度的檢測精度出現(xiàn)較大的偏差。 因此在檢測過程中， 對電磁波的波速的認定不能僅依靠操作者的經(jīng)驗來進行，而是要對目標介質(zhì)進行標定，進而得到目標介質(zhì)的波速和介電常數(shù)。

2.2 地質(zhì)雷達在隧道襯砌空洞范圍的探測問題

襯砌空洞范圍的探測是地質(zhì)雷達檢測技術(shù)的難點，地質(zhì)雷達對隧道襯砌空洞的形狀及尺寸做出精確的測量和判斷還存在較大的難度。 這方面的問題除了需要在地質(zhì)雷達技術(shù)上加以提高改進外， 還應從檢測方法中加以改善，如對存在空洞的目標體進行網(wǎng)格化掃描檢測，判定區(qū)脫空范圍，提高檢測精度。

2.3 地質(zhì)雷達在檢測過程中的襯砌表層鋼筋后部情況不易識別問題

由于地質(zhì)雷達所使用的電磁波在鋼筋中的傳播速度為0(鋼筋的介電常數(shù)無限大)，電磁波傳播到鋼筋表面無法對其進行穿透。襯砌內(nèi)部鋼筋較密，入射波在鋼筋網(wǎng)上產(chǎn)生強反射，透射能力弱，且鋼筋的繞射波阻礙了對鋼筋后部情況的識別，造成鋼筋網(wǎng)后部的襯砌界面不易識別，單、雙層鋼筋網(wǎng)不易判別。建議可以通過改變天線的移動方向，提高電磁波的透射能力。

3 地質(zhì)雷達在隧道襯砌檢測中的案例應用分析

對福建省某在建高速公路的多座隧道進行地質(zhì)雷達檢測， 現(xiàn)從地質(zhì)雷達在隧道襯砌的厚度方面， 襯砌的空洞、脫空方面，初期支護中鋼支撐數(shù)量及間距方面，二次襯砌中鋼筋分布情況等4 個方面分別列舉一些雷達典型波形進行分析。

3.1 地質(zhì)雷達在隧道襯砌的厚度方面探測分析

地質(zhì)雷達對襯砌厚度的識別是通過電磁波在傳播過程中，由一種介質(zhì)進入到另一種介質(zhì)時，介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化才能接收到反射信號。 反射信號的強度主要取決于上下介質(zhì)的介電常數(shù)差值，介電常數(shù)差值越大，反射信號越強；介電常數(shù)無差異，則不發(fā)生反射。

電磁波在入射過程中逐漸損失高頻信號， 而剩下的低頻信號的疊加將導致波形圖的視周期變大， 襯砌厚度的判斷可以根據(jù)視周期的變化來判別和區(qū)分雷達圖像所表征的不同厚度層。 同一材料(介電常數(shù))的厚度層中，其波形的視周期基本一致。

通過對該隧道ZK96+380～ZK96+625 段落的拱頂、左右拱腰、左右邊墻共5 條線進行地質(zhì)雷達連續(xù)掃描檢測，按照業(yè)主要求二襯厚度值檢測結(jié)果以5 m 間距取一個值進行統(tǒng)計并進行匯總，二襯厚度實測250 個點，合格236個點，合格率為94.4%。 隧道二次襯砌雷達檢測厚度成果見表1。

圖1 為某隧道二次襯砌厚度典型雷達圖像， 其隧道二次襯砌與初期支護的分界面反射信號清晰。

3.2 地質(zhì)雷達在隧道襯砌的空洞、脫空等方面探測分析

當隧道襯砌混凝土中存在空洞或者脫空的情況時，空洞或者脫空的空腔內(nèi)一般情況下都是空氣， 如果是含水較多的隧道，空腔內(nèi)也有可能是水。襯砌混凝土的介電常數(shù)一般是在6～9，空氣的介電常數(shù)為1，水的介電常數(shù)為81， 當?shù)刭|(zhì)雷達產(chǎn)生的電磁波從襯砌混凝土中傳播到空洞時，介電常數(shù)發(fā)生較大的變化，反射信號強，三振相明顯，在其下部仍有反射界面信號，兩組信號時程差較大。

表1 某隧道二次襯砌雷達檢測厚度成果

圖1 隧道二次襯砌厚度典型雷達圖像

當空洞的空腔內(nèi)是空氣時， 電磁波從混凝土傳播到空氣，介電常數(shù)從大到小，反射波的相位不會發(fā)生變化；當當空洞的空腔內(nèi)是水時，電磁波從混凝土傳播到水，介電常數(shù)從小到大，反射波的相位會變?yōu)榉聪颉?/p>

圖2 為某隧道二襯(素混凝土) 空洞典型雷達圖像，ZK107+880～ZK107+882 拱頂部位二次襯砌施工縫處形成的倒三角形空洞，長度約2 m(素混凝土)，現(xiàn)場將二襯破除后(圖3)測得所檢測部位的二襯厚度為20cm，背后空洞深度約為26cm，襯砌空洞模型見圖4。

圖2 二襯(素混凝土)空洞典型雷達圖像

圖3 現(xiàn)場襯砌破除驗證圖

圖4 襯砌空洞模型

圖5 為某隧道二襯(鋼筋混凝土) 空洞典型雷達圖像，ZK109+138～ZK109+140 拱頂部位二次襯砌鋼筋背后形成的倒三角形空洞，長度約2 m(鋼筋混凝土)，二襯混凝土厚度最薄處約為10 cm。

圖6 為某隧道二次襯砌與初期支護之間脫空典型雷達圖像，YK101+315.5～YK101+326.5 隧道拱頂部位二次襯砌與初期支護之間形成的連續(xù)脫空區(qū)域(長度約11 m)，襯砌脫空模型見圖7。

圖5 二襯(鋼筋混凝土)空洞典型雷達圖像

圖6 二次襯砌與初期支護之間脫空典型雷達圖像

圖7 襯砌脫空模型

圖8 為某隧道二次襯砌大面積空洞典型雷達圖像，YK101+530.3～YK101+534 隧道拱頂部位二次襯砌背后形成大面積的空洞(長度約3.7 m)，造成二次襯砌混凝土厚度最小值只有約10 cm 厚， 二襯混凝土設計厚度為35 cm。 襯砌大面積空洞模型見圖9。

3.3 地質(zhì)雷達在隧道初期支護中鋼支撐數(shù)量及間距方面探測分析

隧道初期支護中鋼支撐數(shù)量及間距的檢測時， 需要采用測距輪模式進行地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)的采集。 由于電磁波在鋼筋中的傳播速度為0， 鋼支撐的介電常數(shù)無限大，且鋼支撐間距一般都相對較大，電磁波信號傳播到鋼支撐時，在雷達波形圖上的反應就是分散的月牙形強反射信號。

圖8 二次襯砌大面積空洞典型雷達圖像

圖9 襯砌大面積空洞模型

圖10 為某隧道初期支護中鋼支撐典型雷達圖像，ZK101+480～ZK101+490 隧道左邊墻部位初期支護中鋼支撐數(shù)量為10 榀，平均間距為1.00 m，該段落鋼支撐設計數(shù)量為10 榀，設計間距為1 m。

3.4 地質(zhì)雷達在隧道二次襯砌中鋼筋分布情況的探測分析

電磁波在鋼筋中的傳播情況同在鋼支撐中類似，只是鋼筋尺寸較小，且鋼筋分布較密集，所以鋼筋在雷達波形圖上的反應就是連續(xù)的小雙曲線形強反射信號。

圖10 初期支護中鋼支撐典型雷達圖像

圖11 二次襯砌鋼筋混凝土典型雷達圖像(1)

圖12 二次襯砌鋼筋混凝土典型雷達圖像(2)

圖11～12 為某隧道二次襯砌鋼筋混凝土典型雷達圖像， 其中圖11 的YK107+403～YK107+413 隧道右邊墻部位二襯中的雙層鋼筋反射信號比較明顯； 圖12 的ZK107+705～ZK107+716 隧道右邊墻部位二襯筋網(wǎng)后部的二次襯砌與初期支護分界面較為明顯。

4 結(jié)語

在隧道的建設施工過程中，由于各方面因素的影響，二次襯砌往往會出現(xiàn)襯砌厚度不足、 背后出現(xiàn)空洞或脫空、鋼筋或鋼支撐間距不合格等質(zhì)量問題，地質(zhì)雷達因其特有的無損、便捷、高效等特點，在二襯缺陷檢測中得到廣泛應用。除了不斷創(chuàng)新研發(fā)新的地質(zhì)雷達產(chǎn)品外，更應該提高檢測技術(shù)人員的技術(shù)水平和檢測經(jīng)驗的積累，提高檢測結(jié)果的準確性， 才能更加高效的為隧道工程實體質(zhì)量提供保障，確保隧道的運營安全。