歐陽天一

【關(guān)鍵詞】鐵路隧道;地質(zhì)雷達檢測;檢測技術(shù);數(shù)據(jù)采集;改進措施

【中圖分類號】U455 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）07-0112-03

1 地質(zhì)雷達檢測技術(shù)應(yīng)用概況

鐵路作為國民經(jīng)濟大動脈、國家重要基礎(chǔ)和大眾化交通工具，在推動我國經(jīng)濟社會發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用。近年來，我國鐵路營業(yè)里程大幅增加，截至2019年底，中國高速鐵路營業(yè)總里程達到3.5萬km，位居世界第一，隨著高鐵新線的不斷開通運營，隧道工程質(zhì)量對行車安全的影響不容忽視。隧道工程作為確保鐵路正常運營的重要一環(huán)，其施工質(zhì)量直接影響將來的運營情況，由于建設(shè)過程及后期運營等多方面原因，因此隧道存在不同程度的病害，例如襯砌厚度不足、脫空、防水板切割襯砌、裂縫、滲漏水、施工冷縫、掉塊、混凝土鋼筋數(shù)量不足等問題，對運營單位及乘客的生命和財產(chǎn)安全構(gòu)成了極大的危害。對此，近年來中國鐵路南寧局集團有限公司已多次組織對投入運營的時速為250 km及以上的高鐵隧道病害進行檢測、排查和評估[1]。典型病害如圖1至圖4所示。

地質(zhì)雷達（Ground Penetrating Radar，GPR）是近幾十年發(fā)展起來的一種無損探測技術(shù)，具有探測速度快、探測過程連續(xù)、分辨率高、操作方便靈活、費用低等優(yōu)點，目前廣泛應(yīng)用于我國鐵路隧道建設(shè)過程中對二次襯砌的檢測[2]，有著較好的檢測效果。幾種主要的檢測設(shè)備如圖5至圖7所示。

目前，地質(zhì)雷達主要用于對隧道襯砌混凝土厚度不足、脫空、空洞及不密實等缺陷進行檢測。地質(zhì)雷達測線布置的位置往往是施工過程中容易出現(xiàn)問題的部位，主要以縱向布線為主，分別在拱頂、拱腰、邊墻和遂底（仰拱）布置縱向測線：在拱頂區(qū)域，二襯在灌注拱頂部分混凝土?xí)r，受施工工藝、澆筑過程管控不到位等因素影響，常會在拱頂處出現(xiàn)脫空、空洞缺陷，此類缺陷是拱頂測線的探測重點。？譺？訛在拱腰區(qū)域，隧道在爆破施工中，受沿隧道輪廓線布置的炮眼的爆破效果、圍巖堅硬程度等因素制約，當(dāng)爆破效果不佳時，常常在拱腰處發(fā)生二襯厚度不足，此類缺陷是拱腰測線的探測重點。邊墻測線主要檢測二襯鋼筋的間距、數(shù)量。仰拱測線主要檢測是否存在基底不實問題。測線布置及現(xiàn)場檢測如圖8、圖9所示。通過對開通運營隧道及在建隧道進行地質(zhì)雷達檢測，可使參建單位掌握隧道整體質(zhì)量，也可作為缺陷處理和病害整治的一項重要參考依據(jù)。

2 地質(zhì)雷達檢測中存在的問題

2.1 影響檢測準(zhǔn)確性的因素

地質(zhì)雷達作為隧道建設(shè)中重要的無損檢測手段，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于各新線建設(shè)過程控制及運營線路病害整治中，能較好地滿足工程需要。但是，地質(zhì)雷達檢測在實際運用中受到多種因素的影響，使得檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性存在問題?，F(xiàn)列舉幾項主要因素。

（1）檢測人員的業(yè)務(wù)水平。從事地質(zhì)雷達檢測的相關(guān)人員不僅需要大量的專業(yè)知識儲備，還應(yīng)具備豐富的實踐經(jīng)驗，然而實踐經(jīng)驗需要不斷積累，并非一朝一夕能夠達成，現(xiàn)場檢測人員存在理論知識不強、對規(guī)范不熟、標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不嚴(yán)等問題。此外，檢測數(shù)據(jù)的采集與判讀人員通常不是同一人，而判讀人員無法知曉現(xiàn)場實際情況，易導(dǎo)致誤判、漏判問題;因此，從現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集到后期數(shù)據(jù)處理應(yīng)由同一人完成，將兩者分開進行是不科學(xué)、不合理的，結(jié)果是不準(zhǔn)確的。

（2）隧道內(nèi)的檢測環(huán)境。地質(zhì)雷達掃描檢測時周圍不應(yīng)有電磁干擾，而隧道內(nèi)的各類電纜線、施工機具、爆破開挖等情況都會產(chǎn)生一定程度的電磁干擾，容易導(dǎo)致儀器信號失真，影響數(shù)據(jù)采集效果;隧道圍巖情況也對檢測的準(zhǔn)確性有影響，圍巖級別、支護形式的不同，也會對數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。因此，隧道內(nèi)的環(huán)境對檢測結(jié)果有很大影響，然而現(xiàn)實中一些施工單位不重視、不配合，致使檢測結(jié)果不準(zhǔn)。

（3）儀器的自身缺陷。一是檢測儀器的分辨率和探測深度兩個參數(shù)相互矛盾，分辨率高意味著探測深度低。二是儀器檢測方式多為表面耦合形式，即在檢測過程中儀器必須全程緊貼襯砌表面，隨著檢測量的增加，檢測人員會產(chǎn)生疲勞感，不能保持密貼，影響數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。三是受技術(shù)的限制，目前沒有方法通過檢測完全確定襯砌內(nèi)部缺陷的尺寸，更多的是結(jié)合破檢方式探明缺陷尺寸。四是對于鋼筋混凝土襯砌，絕大部分信號會被內(nèi)層鋼筋反射，僅有小部分能透過鋼筋，導(dǎo)致技術(shù)人員很難通過圖像準(zhǔn)確辨識內(nèi)部缺陷，此類情況也一直困擾著參建單位。

2.2 現(xiàn)場檢測中存在的突出問題

（1）在對運營鐵路隧道進行檢測時，需在天窗點內(nèi)開展檢測，由于封鎖時間短，加之洞內(nèi)各類電纜線、接觸網(wǎng)設(shè)備使得檢測不連續(xù)，因此導(dǎo)致檢測效果不夠理想。未來，地質(zhì)雷達還需向提高檢測效率、提升適應(yīng)環(huán)境性、自動化采集程度高、全斷面測量的方向不斷發(fā)展、改進。

（2）檢測單位與缺陷整治單位對地質(zhì)雷達的理解存在偏差，施工單位盲目相信檢測設(shè)備，但實際上測線以外的部分并沒有探測，并且受雷達探測靈敏度及深度范圍的制約，不能完全暴露襯砌內(nèi)部缺陷，造成許多缺陷在工程交付前的驗收環(huán)節(jié)甚至是運營多年后才被發(fā)現(xiàn)。

（3）由于對檢測相關(guān)知識了解不深，因此各單位在實際中仍采用固定的檢測模式，忽視了影響檢測結(jié)果的各種因素，沒有充分考慮隧道的地質(zhì)情況、洞內(nèi)環(huán)境情況等因素針對性地細(xì)化檢測方案，針對性、靈活性不強，沒有充分利用檢測手段。

3 地質(zhì)雷達檢測過程中的規(guī)范要點

想要準(zhǔn)確地采集檢測數(shù)據(jù)并非易事，需要我們在檢測的過程中做到規(guī)范、細(xì)致，盡量減小影響檢測質(zhì)量的因素所帶來的的影響。規(guī)范的操作流程決定了采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，而數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞決定了對實體質(zhì)量的評判。因此，相關(guān)單位的首要任務(wù)是必須保證檢測前期準(zhǔn)備、過程采集、后期處理全過程的規(guī)范性，確保檢測結(jié)果科學(xué)、準(zhǔn)確。

3.1 規(guī)范檢測前期準(zhǔn)備工作[3]

（1）提前收集隧道工程地質(zhì)資料、設(shè)計資料、變更情況、施工記錄等資料，掌握施工過程中的情況，如有缺陷情況應(yīng)記錄具體里程、部位。

（2）制訂詳細(xì)可行的檢測計劃，根據(jù)現(xiàn)場查勘情況選定合適的技術(shù)參數(shù)。

（3）提前做好待檢區(qū)段里程標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)有標(biāo)記不明顯處或沒有標(biāo)記處應(yīng)立即反饋，及時修補。

（4）若測線路徑上有障礙物，需及時確定可行的檢測方案，保證檢測測線連續(xù)完整。

（5）選擇滿足現(xiàn)場檢測要求的儀器，做好儀器的檢查、標(biāo)定和保養(yǎng)工作。

3.2 規(guī)范檢測過程數(shù)據(jù)采集[3]

（1）測量前應(yīng)檢查儀器運行情況，確認(rèn)其能滿足正常工作要求。

（2）測量前應(yīng)對襯砌混凝土的介電常數(shù)或電磁波速做現(xiàn)場標(biāo)定。

（3）檢測過程中對各類異常情況做好記錄，方便后期復(fù)檢。

（4）檢測過程中應(yīng)確保設(shè)備與襯砌表面全程保持緊貼。

（5）檢測過程中確保移動平穩(wěn)、移動速度均勻，移動速度不宜超過5 km/h。

（6）分段測量時，相鄰測量段接頭重復(fù)長度不應(yīng)小于1 m。

（7）注意保護儀器接口及線纜，用完后及時清理，以免灰塵進入，影響數(shù)據(jù)傳輸。

（8）應(yīng)隨時記錄可能對測量產(chǎn)生電磁影響的物體（如襯砌表面的滲水、電纜、鐵架等）及其位置。

（9）對待檢區(qū)段的技術(shù)參數(shù)進行記錄（如測線位置、里程等），以便后期處理與查詢。

3.3 規(guī)范數(shù)據(jù)處理與解釋[3]

（1）數(shù)據(jù)處理與解釋人員不僅應(yīng)具備一定的理論知識，還需要有豐富的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗。

（2）必須使用經(jīng)認(rèn)證或鑒定合格的軟件進行數(shù)據(jù)處理與解釋。

（3）原始數(shù)據(jù)處理前應(yīng)回放檢驗，數(shù)據(jù)記錄應(yīng)完整、信號清晰，里程標(biāo)記準(zhǔn)確;不得對不合格的原始數(shù)據(jù)進行處理與解釋。

（4）根據(jù)現(xiàn)場記錄、分析可能存在的干擾體位置與圖像記錄中異常的關(guān)系，準(zhǔn)確區(qū)分有效異常與干擾異常。

4 結(jié)語

隧道病害嚴(yán)重影響鐵路運營和工程結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性及耐久性，每年因隧道病害引起的安全事故給國家、鐵路行業(yè)造成了巨大的損失。地質(zhì)雷達作為隧道缺陷檢測中應(yīng)用最廣的檢測技術(shù)之一，經(jīng)歷了不斷地發(fā)展與改進，目前技術(shù)已較為成熟。未來，仍需要通過不斷優(yōu)化調(diào)整，期望地質(zhì)雷達探測技術(shù)能更好地服務(wù)于工程建設(shè)。與此同時，各參建單位應(yīng)做好檢測知識的學(xué)習(xí)普及，各級管理人員必須在一定程度上掌握檢測的工作原理、檢測技術(shù)及優(yōu)缺點，提升對地質(zhì)雷達檢測的整體認(rèn)知，便能更好地應(yīng)用到隧道工程建設(shè)中。對地質(zhì)雷達這項新技術(shù)來說，也要與實踐相結(jié)合，找到自身短板，不斷提升行業(yè)的技術(shù)水平，提高探測精度及準(zhǔn)確度。

對工程各參建單位來說，首要考慮的是如何做好隧道工程的過程管控，研究制定科學(xué)有效的質(zhì)量控制預(yù)防措施，并嚴(yán)格落實好施工各環(huán)節(jié)的盯控，從而在施工初期階段就能有效控制住質(zhì)量安全，爭取做到從根源上預(yù)防、避免缺陷問題的產(chǎn)生。這是我們從業(yè)人員應(yīng)該反思的問題，也是未來鐵路建設(shè)管理的科學(xué)發(fā)展方向。

參 考 文 獻

[1]申耀偉，尤哲敏.高鐵運營隧道襯砌質(zhì)量地質(zhì)雷達檢測技術(shù)[J].鐵道建筑，2012（12）：57-60.

[2]張家鳴.提高地質(zhì)雷達隧道襯砌質(zhì)量檢測效果的幾點措施[J].隧道建設(shè)，2014（7）：691-695.

[3]TB 10223—2004，鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程[S].