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摘要：作为先进的工程物探仪器，地质雷达能够用于连续测量，在短时间内向介质发射超高频率短脉冲电波，获得检测范围的三维信息，具有无损、精度高等优势。在公路隧道工程检测中，地质雷达得到了广泛应用，能够为工程质量检测提供充足数据依据，继而使工程建设水平得到提高。
关键词：地质雷达；公路隧道工程检测；应用
1地质雷达检测隧道原理
首先使用发射天线对着隧道发射高频宽带短脉冲电磁波，因为不同的衬砌、围岩介质等的介电性质不同，发射回来的电磁波能量大小就会有差异，再利用接收天线接收反射回来的电磁波，记录因旅行长度，速度不同而产生差异的反射时间。不同介质中的电磁波传播速度可以用式（1）表示：
V=C/（εr）1/2
其中，C为在真空的条件下电磁波的传播速度，大小为0．3m/ns；εr为相对介电常数。
利用在不同介质中，电磁波的传播速度和传播所用时间可以计算出界面深度（h=V×t/2）。被探测物体内部的波形图像可以使用发射天线沿着被检测物体表面移动来得到。地质雷达的检测原理如图1所示。
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图1地质雷达检测隧道原理示意图
不同介质拥有不同的介电性、导磁性，其电磁波的运动学和动力学特性也是不同的，用发射天线向被探测物体发射高频宽频带电脉冲波，可以推算出其空间分布情况。电磁波在不同介质中的传播速度、旅行路径不同，接收天线接收到的电磁波的双程走时、波幅、频率等也因介质的不同而不同，利用这些差异性可以推算出被探测物体的内部结构特征以及衬砌的分布情况等。
2地质雷达在公路隧道工程检测中的应用实践
某公路隧道工程分为左、右两线，长分别为1337m和1364m，包含两处人行横洞和一处车行横洞，属于左、右线分离的双向四车道隧道。隧道场址属于丘陵地貌，拥有较大地势起伏，进洞口自然坡度在20°~25°之间，相对稳定，洞身海拔最高500m，沟壑V型，宽度小，但较发育，拥有纵深割裂。区域表层土主要为粉质粘土，强度和压缩性中等，进口段围岩属于强-中风化砂岩和泥岩，风化差异较大，完整性差，拥有发育裂隙，岩体较破损，强度低，层间出现互层情况，开挖后需要及时支护，以免发生坍塌。
2.1检测内容
在工程检测方面，需要确定掌子面距离不良地质的位置、宽度、性质等，确定隧道受到影响的长度。因为在复杂地质环境中，需要确定开挖面地质水文条件，提供准确地质资料，以便实现施工工艺科学调整，使地质灾害发生概率得到降低。应用地质雷达进行检测，可以实现超前地质预报，确定断层破碎带等不良地质位置、规模和影响程度，为工程施工提供依据。实际进行项目施工，初期支护需要进行喷锚，然后进行二次模筑混凝土衬砌施工，形成安全受力结构。在衬砌检测中，需要完成初期支护混凝土层喷射厚度检测，确定衬砌质量能否达到要求。采用传统检测方法，如钻孔取芯法、超声波法等，存在具有破坏性、工作效率低等缺陷，难以实现结构质量持续探测。应用地质雷达可以实现结构连续测量，并且实现无损检测，能够满足工程检测需求。实际进行二次衬砌检测，可以确定初衬与二次衬砌密实情况及其脱空区分布，并对衬砌层与围岩耦合情况、钢筋数量、衬砌层背后围岩裂隙等进行查明，保证衬砌施工质量。
2.2检测方法
2.2.1检测准备
在应用地质雷达进行检测前，需要做好准备，完成设备选择和测线布置。在设备选择上，可以采用美国的SIR3000型探地雷达，检测速度最高能够达到5km/h，每个采样点包含512个时间点，扫描速度为120次/s，采样时窗长为30ns，能够利用高精度测量轮进行连续测量数据的记录，并按照测线桩号进行标记。在天线选择上，需要结合探测目标深度确定型号规格，频率越高则探测深度越低，分辨率越高。针对初期支护表面进行检测，可以采用400~900Hz的天线。对二次衬砌隧道结构进行检测，可以采用200~400Hz天线。针对公路隧道进行测线布置，需要沿着隧道纵向布线。
2.2.2数据采集
使用地质雷达进行检测时，需要使天线与探测目标地表面紧密贴合，沿着测线匀速滑动，由主机发射高速脉冲，实现数据快速连续采集。在数据采集过程中，若果相关参数未能得到合理设置，将导致成像模糊，检测结果也将偏离实际。因此在现场检测中，需要加强工资参数分析。根据探测深度和相关介质速度，可以完成时窗长度估计。检测前，需要完成连续扫描探测方式的设置，进行结构探测也可以采用透视探测等不同方式。在滤波器设置上，需要采用自动方式，如果有特殊要求，需要进行手动介入，还要采用低通和高通两种模式进行调校。针对400Hz天线，设计的高通截止频率为中心频率的1/4，具体可以设置为100Hz。如果为低通频率，通常需要达到800Hz。在成像不清时，检测结果存在噪点和干扰信号，需要利用滤波器进行处理，实现高通和低通相互转换。在滤波器较强时，容易造成有用信号丢失，导致检测结果偏离实际，还需进行反向调节，以便使信号宽度得到扩增。在增益调试中，一般采用手动方式。对直达波进行调校，需要达到顶端位置。反射波位置还应实现合理调节，保证回波图完整。针对得到的数据，需要通过预处理完成数据文件标题、内容等数据校验和核准，然后通过滤波分析完成噪声信号滤除，使有用或异常信息得到突显，保证数据解释效果良好。
2.2.3图像分析
衬砌厚度识别，基于探地雷达所检测到的结果大都利用检测目标体的电性差异实现。所以，电磁波在沿着隧道的径向方向传播的过程中，依据二次衬砌、初期支护与围岩的电性等的不同而得到的反射信号构成的反射截面，可以用于分析衬砌厚度的主要依据。混凝土脱空与不密实判定，实际当混凝土施工中存在脱空情况是，运维衬砌、围岩与空气的电性等的不同，电磁波往往会在脱空的上下层之间得到一个明显的反射信号，从而构成相对连续的提升能量的反射同向轴。依据电磁波在脱空区域的传播时间可以初步判定脱空的深度情况。而当衬砌的混凝土密度不够严实或者其背后回填不到位，则电磁波会在不密实空间得到多个反射信号，实际接收到的信号也杂乱无章、错段反射。
2.3检测结果
结合超前地质预报结果可知，检测区段电磁波信号整体拥有较连续同相轴，局部地区存在断续状分布。得到的反射信号主要为中-低频率信号，拥有较强振幅和低频振荡特征，可以判断掌子面前方50ns深存在斜向贯穿裂隙，具有较强富水性，前方160ns深含水严重，岩层自稳定性较差。从二次衬砌检测结果来看，在18~24cm范围内，设计值为20cm，采用S4支护。在围岩与二次衬砌混凝土之间，介质常数差别较大，使得电磁波在界面传播时产生了较强反射信号。从钢筋数量检测结果来看，检测长为12.5m，设计间距为25cm，数量为50榀，实际测得间距为25cm，数量也与设计值一致。在图像分析中，可以根据曲线尖端确定钢筋位置。结合检测结果可知，掌子面开挖无欠挖或超挖问题，围岩和衬砌结构之间无空洞。因此从总体来看，二次衬砌质量能够达到规范要求。
结语
公路隧道工程是现代公路施工经常遇到的问题，确保公路隧道施工质量对于提升整个公路工程质量具有重要意义。无损检测是公路隧道验收的重要环节，相较于传统的过程验收模式，无损检测技术可以有效发现工程中潜在的问题，并及时采取有效措施进行解决。而地质雷达技术是目前应用最为广泛的公路隧道检测技术之一，基于该技术可以在不破坏隧道结构的情况下达到需求检测目的。未来随着隧道施工项目越来越多，对于工程质量要求势必也越来越高，对于相关从业人员应当坚持不断学习，积极提升自我，从而为我国隧道检测事业做出应有的贡献。
参考文献：
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