張 蕩

中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司

1 引言

二十世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)鐵路行業(yè)的快速發(fā)展，隨著鐵路網(wǎng)路越來(lái)越發(fā)達(dá)，鐵路隧道存在的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越高，我們需要及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并處理。在西南地區(qū)橋隧比較高，隧道也成為高速鐵路建設(shè)中最重要的一環(huán)，但目前，由于設(shè)計(jì)、施工工藝、地質(zhì)條件等因素，國(guó)內(nèi)在建或已建成的鐵路隧道都存在不同種類(lèi)的質(zhì)量缺陷，如襯砌、仰拱的空洞、厚度不足、不密實(shí)等?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)隧道無(wú)損檢測(cè)手段主要采用的是《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)規(guī)程》（TB 10233—2004）中提及的兩種方法：地質(zhì)雷達(dá)法、超聲波法。其中超聲波法檢測(cè)效率相對(duì)較低、準(zhǔn)確性不易保障，而地質(zhì)雷達(dá)法探測(cè)速度快、分辨率高、穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確性高，使地質(zhì)雷達(dá)法成為國(guó)內(nèi)鐵路隧道質(zhì)量檢測(cè)的重要手段。地質(zhì)雷達(dá)法主要是通過(guò)發(fā)射的電磁微波在探測(cè)對(duì)象內(nèi)電性（介電常數(shù)、電導(dǎo)率）差異界面產(chǎn)生的反射來(lái)判別介質(zhì)內(nèi)部存在的缺陷，實(shí)踐中不難看出地質(zhì)雷達(dá)對(duì)隧道質(zhì)量缺陷檢測(cè)具有高效、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

2 地質(zhì)雷達(dá)法檢測(cè)原理

探地雷達(dá)（Ground Penetrating Radar,GPR）是用高頻無(wú)線(xiàn)電波來(lái)確定介質(zhì)內(nèi)部物質(zhì)分布規(guī)律的一種地球物理方法，它利用寬帶電磁波以脈沖形式來(lái)探測(cè)地表之下的或確定不可視的物體或結(jié)構(gòu)[1]。

地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)系統(tǒng)包括發(fā)射天線(xiàn)和接受天線(xiàn)，以及控制收發(fā)和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的控制系統(tǒng)。

鐵路隧道質(zhì)量檢測(cè)最重要的參數(shù)為：被檢介質(zhì)的電特性和天線(xiàn)的中心頻率。

其中：檢測(cè)介質(zhì)的電特性主要包括電導(dǎo)率（它決定電磁波在介質(zhì)中的穿透深度）、介電常數(shù)（它決定電磁波的傳播速度、目標(biāo)體的識(shí)別及襯砌厚度的判斷）。天線(xiàn)中心頻率的選擇主要從探測(cè)深度及垂直分辨率考慮。研究表明：電磁波在地介質(zhì)中傳播，頻率越高，衰減越大；頻率一定時(shí)，濕度越大，介質(zhì)耗損也越大[2]。探地雷達(dá)的中心頻率越高，雷達(dá)探測(cè)深度越淺，反之亦然；垂直分辨率是雷達(dá)在垂直方向內(nèi)分辨最下異常體的能力，根據(jù)雷達(dá)系統(tǒng)理論，垂直分辨率為雷達(dá)脈沖波長(zhǎng)的四分之一。根據(jù)上述兩個(gè)特性及鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)的一般要求，我們一般選擇中心頻率為100MHz～900MHz 的屏蔽天線(xiàn)來(lái)對(duì)鐵路隧道襯砌進(jìn)行檢測(cè)。

3 檢測(cè)工作

測(cè)線(xiàn)布置：在鐵路隧道襯砌地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)中一般布置5條測(cè)線(xiàn)，分別為拱頂、左右拱腰、左邊邊墻。

檢測(cè)設(shè)備：美國(guó)勞雷公司生產(chǎn)的SIR-4000型便攜式地質(zhì)雷達(dá)及900 MHz、400MHz、200MHz、100MHz屏蔽天線(xiàn)。

數(shù)據(jù)分析：采用地質(zhì)雷達(dá)專(zhuān)用分析軟件：RADAN軟件，通過(guò)導(dǎo)入數(shù)據(jù)，距離歸一化，零點(diǎn)去除，數(shù)字濾波，里程樁號(hào)輸入，介電常數(shù)分析，偏移，目標(biāo)體識(shí)別等步驟，綜合分析，判斷出質(zhì)量缺陷。

4 工程實(shí)例

本文主要通過(guò)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、圖譜分析，識(shí)別出鐵路隧道襯砌中主要存在的幾大類(lèi)問(wèn)題：襯砌空洞，襯砌厚度不足、襯砌不密實(shí)等質(zhì)量缺陷。下文我們將質(zhì)量缺陷的雷達(dá)圖譜及破檢驗(yàn)證情況列舉如下。

4.1 二襯背后空洞

（1）某A 隧道拱頂082.0～090.0 里程段雷達(dá)圖譜顯示該位置襯砌界面反射信號(hào)強(qiáng)，呈典型的孤立體相位特征，三振相明顯，在其下部仍有強(qiáng)反射界面信號(hào)，分析判斷為空洞，并在082.6 處鉆孔驗(yàn)證，鉆孔結(jié)果為二襯厚度28cm，空腔24cm（圖1）。

圖1 鋼筋混凝土板縫端二襯楔形空洞圖譜及破檢結(jié)果圖

（2）某B 隧道拱頂868.0～865.0 里程段雷達(dá)圖譜顯示該位置襯砌界面反射信號(hào)較強(qiáng)，呈帶狀長(zhǎng)條形分布，三振相明顯，分析判斷為空洞，并在865.2 處鉆孔驗(yàn)證，鉆孔結(jié)果為二襯厚度33.5cm，空腔4cm（圖2）。

圖2 素混凝土二襯背后空洞典型圖譜及破檢結(jié)果圖

4.2 二襯厚度不足

某B隧道左拱腰118.4.0～122.4里程段雷達(dá)圖譜顯示該位置存在襯砌反射界面，幅值較弱，襯砌與初支密貼較好，但雷達(dá)圖譜顯示二襯厚度為32m～45cm，二襯設(shè)計(jì)厚度為45cm，分析判斷為二襯厚度不足，并在120.4 處鉆孔驗(yàn)證，鉆孔結(jié)果為二襯厚度33cm，無(wú)空腔（圖3）。

圖3 鋼筋混凝土二襯厚度不足圖譜及破檢結(jié)果圖

4.3 二襯背后不密實(shí)

某A隧道左邊墻1005.0～1014.0里程段雷達(dá)圖譜顯示該位置襯砌界面反射信號(hào)強(qiáng)，同相軸不連續(xù)，錯(cuò)斷，分析判斷為二襯背后不密實(shí)，并在1012.0處鉆孔，二襯厚度為27cm，用內(nèi)窺鏡查看二襯背后有明顯不密實(shí)現(xiàn)象（圖4）。

圖4 二襯背后不密實(shí)圖譜及破檢結(jié)果圖

5 結(jié)論

（1）應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行隧道質(zhì)量檢測(cè)，應(yīng)根據(jù)需要檢測(cè)目標(biāo)體的特性，檢測(cè)的深度，設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇適宜頻率的屏蔽天線(xiàn)，設(shè)置適宜的時(shí)窗、掃描速度，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)注意天線(xiàn)與被測(cè)物貼合度，已提高檢測(cè)質(zhì)量，避免誤判漏判。

（2）在襯砌厚度判讀前，需對(duì)襯砌介電常數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定，找準(zhǔn)雷達(dá)圖譜分中襯砌分界面，已提高厚度判讀精度。

（3）應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)鐵路隧道進(jìn)行雷達(dá)檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、圖譜識(shí)別能較好地識(shí)別出襯砌空洞，襯砌厚度不足、襯砌不密實(shí)等影響隧道運(yùn)營(yíng)安全的質(zhì)量缺陷。

（4）地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)鐵路隧道質(zhì)量檢測(cè)是一種高分辨率、高效率、高準(zhǔn)確率、穩(wěn)定性好的無(wú)損檢測(cè)手段。