中国水利水电第五工程局有限公司 四川省成都市 610065
摘要：随着国家加大水利建设的投入，以及对水利工程质量的高度重视，采用地质雷达对隧道衬砌进行检测较为普遍。地质雷达具有高分辨率、无损性及高效率等优点，是地下隐蔽工程有力的调查工具，在建筑结构勘察、生态环境、工程地质调查、水文地质勘测及无损检测等领域应用很广。在介质中高频电磁波有高衰减性，应用受一定限制。检测效果除了与技术有关外，还与其他因素密切相关，需做好深入分析。本文从现场施工实际出发，对隧洞检测中雷达检测技术的应用进行了详细的分析，希望能为同行提供一些参考。
关键词：隧洞检测；雷达检测技术；应用；分析
1、工程概况
硬梁包水电站位于四川省甘孜藏族自治州泸定县境内的大渡河干流上，为四川省大渡河干流最新规划28级方案的第14级电站，上游为泸定水电站，下游梯级衔接大岗山水电站。硬梁包水电站采用引水式开发，闸址处流域面积59516km2，多年平均流量为897m3/s，水库正常蓄水位1246m，相应库容2075.4万m3，调节库容826万m3，具有日调节性能。厂区枢纽土建施工及金属结构安装标（CⅤ标）主要内容包括：引水隧洞（引）13+010m下游段、2-2#检修洞、7#下层支洞（ZⅣ标剩余部分，与2-1#检修洞结合）、调压室、压力管道、主副厂房、主变室、母线洞、附属洞室（ZⅣ标剩余部分）、尾水连接洞、尾水闸门室、尾水洞、尾水出口、自然边坡治理工程、厂区探洞及施工支洞封堵工程等土建工程；压力钢管制作及安装，检修洞、调压室、尾闸室及尾水出口的闸门及启闭机安装等。
引水隧洞共2条，平行布置于左岸，其中1#隧洞长14326.402m，2#隧洞长14427.889m，采用圆形断面，衬砌后内径13.1m，全断面钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度为：Ⅲ1类围岩段0.4m，Ⅲ2类围岩段0.5m，Ⅳ类围岩段0.8m、Ⅴ类围岩段1.0m。本标引水隧洞主洞利用7#施工支洞做为施工通道，7#施工支洞断面为城门洞型。
2、隧洞地质雷达的检测原理
地质雷达作为电磁技术可确定地下介质的分布光谱，光谱范围1MHz-1GHz。介质中的电磁波传播，其电磁场强度、路径、波形可随着通过介质几何形态及电磁性质而变化，故按照接收波双程走时（反射时间）、波形资料及幅度等，便能推断介质结构。当隧道衬砌有缺陷时，缺陷衬砌和良好衬砌之间介电常数对比有所差异，导致雷达波异常反射。地下异常体几何形体可概括为面状体和点状体，其中面状体包括层面、裂隙等，点状体包括管线、孔洞等。不同地下异常体的雷达图像特征不同，面状体为线状反射，而点状体反射为双曲线弧。反射波振幅可用于判断异常区特征，反射波走时可用于判断异常位置，公式为h=（v2t2-x2/2）1/2，h表示异常体深埋，V=c/ε1/2表示介质中电磁波传播速度，ε表示介电常数，经测定或查相关参数获得，c表示空气中电磁波传播速度；t表示双程走时，而x表示收发距。当发射天线和接收天线沿着被检测的物体表面作同步逐点移动时，便能获得内部介质的剖面图像，以此进行衬砌质量检测。
.png)
图1 地质雷达基本原理示意图
3、隧洞检测中雷达检测技术的应用分析
隧道超前预报隧洞施工掌子面前方有无断层破碎带、溶洞、地下水富集区等不良地质体，可以预报范围较近、掌子面可利用。 应以掌子面为中心，在掌子面上布置多条剖面，点测时点距应小于0.5m；探地雷达应根据条件和探测范围选择天线。
3.1检测步骤
（1）地质雷达探测系统组成
地质雷达探测系统由地质雷达主机、天线、便携式计算机、数据采集软件、数据分析处理软件等组成。
（2）地质雷达主机技术指标应符合以下要求
系统增益不低于150dB；信噪比不低于60dB；模/数转换不低于16位；信号叠加次数可选择；采样间隔一般不大于0.5ns；实时滤波功能可选择；具有点测与连续测量功能；具有手动或自动位置标记功能；具有现场数据处理功能。 地质雷达天线可采用不同频率的天线组合，技术指标应符合以下要求：具有屏蔽功能；最大探测深度大于2m；垂直分辨率应高于2cm。
3.2隧洞施工超前预报的内容一般包括：
①不良地质预报及灾害地质预报：预报掌子面前方一定范围内有无突水、突泥、岩爆及有害气体等，并查明其范围、规模、性质，提出施工措施或建议；
②水文地质预报：预报洞内突涌水量的大小及其变化规律，并评价其对环境地质、水文地质的影响；
③断层及其破碎带的预报：预报断层的位置、宽度、产状、性质、填充物的状态，是否为充水断层，并判断其稳定程度，提出施工对策；
④围岩类别及其稳定性预报：预报掌子面前方的围岩类别与设计是否吻合，并判断其稳定性，随时提供修改设计、调整支护类型、确定二次衬砌时间的建议等；
⑤预测隧洞内有害气体含量、成分及动态变化；
3.3直接预报法
3.3.1 水平钻孔
在隧洞内安放水平钻机进行水平钻进，根据钻孔资料来推断隧洞前方的地质情况。钻孔数量、角度及钻孔深度可人为设计和控制。由钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗液颜色、气味、岩粉及遇到的其它情况来预报。此法可以反映岩体的大概情况，比较直观，施工人员可根据实际地质情况进行下步施工组织。
水平钻孔主要布置在开挖面及其附近，既可在超前导洞内布置钻孔，也可在主洞工作面上进行钻探，用以获得准确可靠的地质资料，确保施工组织。该法可获得工作面前方一定距离的岩芯，也可由钻孔出水情况判断前方有无地下水和前方何处有地下水，从而可以得到开挖面前方的地质情况。该法是施工预报最有效方法之一，但也存在不足之处：①对垂直隧洞轴线的地质结构面预报效果较好，与隧洞轴线平行的结构面预报较差；②需占用较长的施工作业时间，费用较高。
3.3.2 超前导坑
按导坑与正洞的相互位置分为平行导坑和正洞导坑。其中，平行导坑与正洞平行，断面小且和正洞之间有一定距离，通过对导坑开挖中遇到的构造、结构面或地下水等情况作地质记录与分析，进而对正洞地质条件进行预报。该法的优点是：预报成果比较直观、精度高、预报的距离长、便于施工人员安排施工计划和调整施工方案，还可以起到减压放水、改善通风条件和探明地质构造条件的作用，同时，还可用作排除地下水、断层注浆处理、扩建成第二条隧洞之用。正洞导坑布置在正洞中，是正洞的一部分，其作用与平行导坑相比，效果更好。超前导坑的缺陷为：一是成本太高，有时需要全洞进行平导开挖；二是施工工期较长。
3.4地质分析法
3.4.1 断层参数预测法
利用断层影响带的特殊节理或集中带的分布规律，通过对断层影响带的系统编录所得经验公式，来预报隧洞断层破碎带的位置和规模。由于大多数不良地质现象与断层破碎带有密切的关系，故依据断层破碎带推断其它不良地质体的位置和规模。
3.4.2 地质体投射法
在地表准确鉴别不良地质体的性质、位置、规模和岩体质量及精确测定不良地质体产状的基础上，应用地质界面和地质体透射公式进行预报。
4、结束语
地质雷达在隧道工程施工或者是后期的运营过程当中，可以很好地对工程的质量进行详细地检测，可以更严格地控制工程的质量，更好地检查工程的缺陷。假如说天线的频率特性以及工作的方法有一定的影响，而地质雷达在对介质参数的探测当中，还存在很多的争议，那么经过不断地完善以及发展，地质雷达在隧道工程检测当中一定有一个非常重要的角色。
参考文献：
[1]地质雷达技术在隧道工程无损检测中的应用[J].李艺.科技与企业.2014（12）
[2]地质雷达在公路隧道无损检测中的应用[J].汪洋.山西建筑.2013（25）
[3]地质雷达在隧道工程检测中的应用[J].李二兵，谭跃虎，段建立.地下空间与工程学报.2006（02）