摘 要: 以仁新高速公路葛布隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)為切入點(diǎn)，詳細(xì)分析了隧道檢測(cè)雷達(dá)掃描的原理、數(shù)據(jù)處理流 程以及掃描圖像中發(fā)現(xiàn)的病害類型，闡述了襯砌厚度和鋼筋間距的判定方法，為隧道檢測(cè)雷達(dá)圖像分析提供參考。

　　關(guān)鍵詞: 葛布隧道; 地質(zhì)雷達(dá); 圖像判釋

　　1 概述

　　隧道作為高速公路施工運(yùn)營(yíng)中的重要構(gòu)造物和 節(jié)點(diǎn)工程，起到了優(yōu)化公路線型、縮短公路里程、保 護(hù)環(huán)境的重要作用，然而由于隧道屬于隱蔽性工程， 襯砌質(zhì)量難以檢測(cè)，安全隱患較大[1]。特別是襯砌 厚度不足、襯砌脫空、鋼筋間距布設(shè)過大等病害嚴(yán)重 地影響了隧道運(yùn)營(yíng)的安全性，甚至可造成拱部坍塌 等嚴(yán)重安全事故。如何對(duì)隧道質(zhì)量進(jìn)行公正客觀的 評(píng)價(jià)是目前工程領(lǐng)域亟待解決的問題。

　　由于地質(zhì)雷 達(dá)所具有的無損、快速、高效等特點(diǎn)，使得其在隧道 質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用越來越廣泛。然而，在實(shí)際檢測(cè) 過程中，由于存在眾多干擾因素，如毛刺噪聲、直接 耦合波等，并且檢測(cè)設(shè)備良莠不齊，檢測(cè)人員技術(shù)水 平高低不一，極大地影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠 性。

　　因此，對(duì)雷達(dá)掃描圖像進(jìn)行定量和定性分析，找 準(zhǔn)病害類型和部位，為隧道質(zhì)量評(píng)定與病害處理提 供依據(jù)，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。 以葛布隧道為例，分析探討地質(zhì)雷達(dá)在隧道無 損檢測(cè)中的應(yīng)用。葛布隧道位于廣東省韶關(guān)市仁化 縣，為武深高速仁新段的節(jié)點(diǎn)控制性工程，隧道進(jìn)出 口均按小凈距設(shè)計(jì)，建筑限界 11. 0 × 5. 0m，左線長(zhǎng) 1750m; 右線長(zhǎng) 1788m，呈南東向微向南西微凸的弧 形展布; 隧道左右線最大埋深分別為 211 ～ 223m，屬 長(zhǎng)隧道。隧道位于溝谷斜坡 - 低山地貌區(qū)，地形起 伏較大，植被發(fā)育，水土保持較好。

　　2 檢測(cè)原理及檢測(cè)方案

　　地質(zhì)雷達(dá)的工作原理是高頻短脈沖電磁波通過發(fā)射天線被發(fā)射到介質(zhì)當(dāng)中，電磁波在介質(zhì)中傳播 時(shí)，其速度、波形與強(qiáng)度會(huì)隨著介質(zhì)的變化而發(fā)生變 化，在介質(zhì)發(fā)生變化的界面，形成反射波。通過接收 天線接收反射電磁波并對(duì)其進(jìn)行處理和分析，可以 確定目標(biāo)體的大小、位置以及性質(zhì)[2]。葛布隧道為施工中隧道，二次襯砌檢測(cè)時(shí)沿隧 道縱向在拱頂、兩側(cè)拱腰、兩側(cè)邊墻布設(shè) 5 條雷達(dá)測(cè) 線，受隧道現(xiàn)場(chǎng) 各種因素影響。檢測(cè)過程中每米儀器自動(dòng)打標(biāo)，對(duì)雷達(dá)信號(hào) 異常的檢測(cè)段進(jìn)行測(cè)線加密，現(xiàn)場(chǎng)復(fù)測(cè)。

　　3 檢測(cè)儀器及相關(guān)參數(shù)

　　本次檢測(cè)采用美國(guó)勞雷工業(yè)有限公司生產(chǎn)的 SIR - 20 型地質(zhì)雷達(dá)，探測(cè)天線為 3101A 型，中心頻 率 900MHz，時(shí)間窗為 15ns，探測(cè)深度 75cm。

　　4 地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理流程

　　由于地質(zhì)雷達(dá)是應(yīng)用超高頻、寬頻帶電磁脈沖 技術(shù)的物理探測(cè)方法，在數(shù)據(jù)采集期間為了保持更 多的反射波特征，通常記錄的頻帶較寬，現(xiàn)場(chǎng)采集的 雷達(dá)數(shù)據(jù)因此不可避免地含有一些干擾因素，有環(huán) 境的干擾，也有雷達(dá)本身的干擾，為了去除這些干 擾，提高解釋的精確性，必須對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的 處理，盡可能壓制干擾信號(hào)，增強(qiáng)有效信號(hào)，提高分 辨率和信噪比，以最大可能的分辨率來顯示目標(biāo)反 射波提取各種有用信息[3]。 本次地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)采用 REFLEXW V5. 0 軟件 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理過程: 一維濾波/去直流漂移、靜 校正/移動(dòng)開始時(shí)間、增益/能量衰減、二維濾波/抽 取平均道、一維濾波/巴特沃斯帶通濾波、二維濾波/ 滑動(dòng)平均。

　　5 葛布隧道雷達(dá)圖像判釋

　　5. 1 二襯中鋼筋的識(shí)別

　　葛布隧道二襯中的鋼筋網(wǎng)片采用 Ф25mm 螺紋 鋼筋綁扎成間距 25cm 的鋼筋網(wǎng)，雷達(dá)波在混凝土介質(zhì)傳播速度較快，在鋼筋中傳播速度較慢，由于傳播速度的突變，在鋼筋界面處 形成月牙形的強(qiáng)反射信號(hào)，根據(jù)單位長(zhǎng)度內(nèi)反射信 號(hào)的數(shù)量可以計(jì)算出鋼筋間距。

　　5. 2 襯砌空洞的識(shí)別

　　高速公路隧道跨度較大，在地質(zhì)狀況不良、圍巖 等級(jí)較差、巖石松散地段易出現(xiàn)超挖欠挖現(xiàn)象，使隧 道圍巖形成鋸齒狀界面，施工單位為了節(jié)省成本加 快施工進(jìn)度，往往不進(jìn)行噴射混凝土找平而直接進(jìn) 行初襯的噴射施工，使得初襯和圍巖之間形成了面 積較小的連續(xù)空洞，留下了質(zhì)量隱患。另 外，由于隧道二襯主要采用泵送混凝土工藝進(jìn)行施 工，在已澆注混凝土和新澆注混凝土的接縫位置，由 于模板搭接不到位，很容易形成三角脫空，特別是在 拱頂更加明顯。

　　5. 3 二襯厚度的判定

　　地質(zhì)雷達(dá)經(jīng)過發(fā)射線圈發(fā)射后，最先到達(dá)接收 線圈的是空氣直達(dá)波，然后是二襯表面的反射波，最 后是襯砌和圍巖接觸面的反射波。一般在隧道工程 中，二襯與初襯之間、初襯與圍巖之間形成的界面為 弱反射界面，襯砌質(zhì)量越好，襯砌與圍巖之間的接觸 面越密實(shí)，所形成的反射能量越弱，反射界面也就越 不明顯。但無論襯砌混凝土質(zhì)量的優(yōu)劣，二襯與初 襯之間的雷達(dá)反射界面雖有不同程度的擾動(dòng)，但基 本為水平線。 雷達(dá)反射波在二襯與初襯界面之間的特征有兩 個(gè)，一個(gè)是波的上下頻率相差較大，另一個(gè)就是由于 在二襯與初襯之間存在著一定的空氣間隙，因此在 界面處有較強(qiáng)的連續(xù)性反射波。根據(jù)反射界面 所處位置的垂直距離可以計(jì)算得到二襯厚度。

　　鐵道論文投稿刊物：《鐵道技術(shù)監(jiān)督》(月刊)創(chuàng)刊于1973年，由中華人民共和國(guó)鐵道部主管、中國(guó)鐵道科學(xué)研究院主辦，國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行。本刊是圍繞鐵道技術(shù)監(jiān)督，以指導(dǎo)性、實(shí)用性為主的綜合性技術(shù)類期刊。

　　6 結(jié)論

　　以葛布隧道為例，介紹了地質(zhì)雷達(dá)在隧道檢測(cè) 中的應(yīng)用，總結(jié)了地質(zhì)雷達(dá)在數(shù)據(jù)處理方面常用方 法的作用以及適用性，并將其應(yīng)用于實(shí)際隧道檢測(cè) 過程中，判定了葛布隧道中的鋼筋間距、襯砌空洞以 及二襯厚度。雷達(dá)波在介質(zhì)分界面上會(huì)呈現(xiàn)出較為 明顯的特征，根據(jù)各種目標(biāo)的波形特征和檢測(cè)實(shí)踐 中經(jīng)驗(yàn)的積累，可以比較準(zhǔn)確地判斷出不同目標(biāo)體 的位置、形狀、大小等各種量化特征，對(duì)檢測(cè)和處理 公路隧道中的隱性病害具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[2] 吳玉財(cái)，張國(guó)炳，李芬. 探地雷達(dá)應(yīng)用于公路隧道襯砌檢測(cè)圖 像判釋研究[D]. 長(zhǎng)沙: 長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2009.

　　[3] 趙常要，鄧新生. 隧道質(zhì)量無損檢測(cè)中雷達(dá)波形分析與探討 [J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2014( 12) .

　　作者：李 潔