【摘 要】在地質構造複（fù）雜多變（biàn）、溝穀切割強烈，地質災害嚴重的地區修（xiū）建高等級公路（lù），由於公路隧道具有環（huán）保、耕保（bǎo）、徑捷、美觀等特點而被公路設計部（bù）門所（suǒ）采用（yòng），同時，也因其（qí）具有施工難度大、安全風險大（dà）、投（tóu）資相對高等因（yīn）素被列入公路工程的控製性工程之一。本文筆（bǐ）者通過多年實（shí）踐工作經驗得出采用雷達技術檢測公路隧道襯砌質量，檢測記錄圖象（xiàng）清晰、直觀、信息（xī）豐富，結合數據後處理軟件、實際的施（shī）工工藝和地（dì）質情況作綜合分析計（jì）算，檢測結果精度高、質（zhì）量可靠、工作效率（lǜ）高，檢測方法技術完全滿足《公路工程（chéng）質量檢驗評定標準》的要求。

【關鍵詞】雷達技（jì）術；原理；方法；數據處理；案例（lì）分析（xī）

前言

作為隧道支撐或受力的襯砌，襯砌質量的好壞直接（jiē）關係到隧道的使用壽命、交通安全（quán）和營運效益（yì），乃至社會影響。為此，交通部《公路工程（chéng）質量檢驗評定標準》中明確規定了隧道混凝土（tǔ）襯砌和鋼支撐支護等（děng）多項檢驗評（píng）定的實測項目和允許偏差，采取選擇一定頻數的斷麵，采用鑿孔檢測方法評定襯（chèn）砌質量，這種檢測（cè）手段雖然滿足了《標準》規定的要求，但是，由於檢測方（fāng）法本身存在一定的破壞性、隨機性、偶然性，不能較客觀的（de）全麵反映隧道襯砌質量（如襯砌的混凝土厚度、鋼支撐支護的（de）排（pái）列間距、襯砌的密實度、襯砌與（yǔ）圍岩（yán）的澆結密實情況等），同時尚存在工作效（xiào）率低下的現象。地質（zhì）雷達法不僅能夠檢測襯砌厚度（dù）不足和（hé）背後空洞等主要質量缺陷，而且還可以檢測鋼架、鋼筋間距過大、數（shù）量不足、混凝土內部脫空（kōng）等質量缺陷，是隧（suì）道結構進行無損（sǔn）檢測的主要方法。因此，利用地質雷達探測技術檢測隧道襯砌質量，獲得（dé）了越來越廣泛的應用。

1 雷達技術的探測原理

雷達技術是一種采用新興的地（dì）下探測與（yǔ）混凝土（tǔ）建築物（wù）無損檢測新技術，是目前國內外用於檢測混凝土（tǔ）內部缺陷最先進、最便（biàn）捷的儀器之一。它是利用高頻電磁波在地下（xià）媒（méi）質中的傳（chuán）播和反射（shè）特性進行地下目標（biāo）體或界麵的探測和定位分辨。天線屏蔽幹（gàn）擾小（xiǎo），探測範圍（wéi）廣，分（fèn）辨率高，具有（yǒu）實時數據處理和增強信（xìn）號（hào）的功能，可進行連續透視掃（sǎo）描，現（xiàn）場（chǎng）實時顯示二維彩。它以無（wú）載波高速脈（mò）衝（電磁波）作為探測目標體的信號源，其脈衝參（cān）數因目標探測要求而定，用寬帶天線將高速脈衝轉換成脈衝電磁（cí）波（bō）進行輻射，一部份經發射天線直接到達接收天線形成直達（dá）波，可用作地下目標體深度的參考；一部（bù）份向地下媒體傳播，當遇到地下目標體或不同媒質界麵時產生反射，反射的電磁波經地表到接收天線形（xíng）成反（fǎn）射波，反射波相對地表反射的（de）直達波出現的時間是電磁波從地表到目標體再從目（mù）標體到地表（biǎo）傳播的時間。當電磁波在地下傳播的速度已（yǐ）知時，即可求出地下目標體或地下界麵的深度。並且反射波帶（dài）有地下目（mù）標體或地下媒質的性質信息，通過對記（jì）錄數據的處理和對（duì）反射波曲線進行分析，即（jí）可確定地下目標體的性質特征。

地質雷達通（tōng）過雷達天線對隱（yǐn）蔽目標體進行全斷麵掃描的方式（shì）獲得斷麵掃描圖像，其工（gōng）作（zuò）原理是（shì）：雷達係統（tǒng）利用天線向目標體發射（shè）寬頻帶（dài）高頻電磁波，當電磁波信號在目標介質內部傳播遇到介電差異較大的介質界麵時，就會發生反射、透射和折射。雷達探測（cè）係（xì）統由脈衝發生器、發射（shè）天線、采樣接收與模數轉換部份和主控製器（數據采集和處理）四個部份組成。

2 探測方法

2.1 剖麵布設原（yuán）則（zé）

依據公路隧道襯砌（qì）的質量要求（qiú），結合路基寬度（dù），確定剖麵的數量。剖麵一般沿隧道（dào）走向布設3～5條（見下圖），剖（pōu）麵長度與隧（suì）道長度一致，便於連續觀（guān）測。

2.2 探測參數的選（xuǎn）擇

2.2.1天線（xiàn）中（zhōng）心（xīn）頻率（lǜ）。

（1）按分辨率選擇：若要求垂直分辨率為X米時，天線中心頻

率 ，在滿足分辨率要求的前提下，工（gōng）作中（zhōng）盡量選擇頻

率低的天線，以滿足探測（cè）深度的要求。其中 一般取值為6。

（2）按探測深度選擇： 探測深度（D）同媒質的視電阻率（ρ）

及天線的中心頻率（f）間的函數關係以（yǐ） 為依據進行（háng）估算。

2.2.2時窗的（de）選擇：按探測深度（dù）（D）同電磁波在媒質中的傳播（bō）

速度（V）及時窗（tw）的關係式 來表示。時窗用時間毫微

秒（ns）數表示探測深度（dù）的範圍。

2.2.3天線移（yí）動速度：

掃描率一般取8，天線寬度視（shì）所（suǒ）用的天線而定（dìng），目標大小按（àn）探測深度而（ér）定。

2.2.4采樣間隔：按天線中心頻率（f）與采樣間隔（t）間

的關係式 計算。

2.2.5發射脈衝頻率的選擇：發射（shè）脈衝頻率、每掃描樣品數和（hé）掃描率三者的關係為：

2.2.6增益（yì）選擇原則：在不知（zhī）探測目標埋深時，增益（yì）選擇成指數（shù）增益，以抵消（xiāo）電磁波隨深度作指數衰減的影響；若大致知曉目標體（tǐ）深度（dù）時，在該（gāi）深度處的（de）增（zēng）益應選擇大一些。

2.3探測方法

首先（xiān）根據剖麵布設原則布（bù）設剖麵（miàn），並在剖麵上每5～10米作好裏程標記，便於觀測記錄和確認異常位置，以提高探測解釋精度。同時作好選擇合適的天線頻率、觀測時窗（chuāng）、采樣間隔、移動速度等參數的設（shè）置，采用連續掃描探測法或指數（shù）增益檢測法沿剖麵（miàn）探測，獲取實時彩色顯示剖麵圖像。探測過程中注意標記位置（zhì）的一致，便於異常位置與實地位（wèi）置（zhì）的對應。

特征波是指強振幅（fú），可長距離連（lián）續追蹤，且波形穩定的反射波。它們一般是不同介（jiè）質分界麵的有效波，特征明顯，易於識（shí）別、時間剖麵的主要特征囚表現如下。雷達（dá）反射波同相軸發生明顯錯（cuò）動。破（pò）碎帶風化裂縫、含水量變化造成正常地層發生突（tū）變（biàn），導致兩側地層或土壤層（céng）性質發生變化，表現在地質（zhì）雷達時間剖（pōu）麵上為（wéi）地下地層界麵上的（de）雷達反射波同相軸明顯錯（cuò）動，且斷層或（huò）土壤層性質變（biàn）化越大，這一特征越（yuè）明顯。雷達反射波同相軸的局部缺失。地下裂縫、地下性質突變和風化發育程度往往是不均衡的，由於其對雷達反射波的吸收和衰減作用，往往（wǎng）在裂縫、裂隙的發育部位造成可連續追蹤對（duì）比（bǐ）的雷達反射波同相軸局部缺失，而缺失的範圍與裂縫（féng）橫向發育範圍和土壤性質突變有關。雷達反射波波形發生（shēng）畸變。由於土壤中（zhōng）的各種成分（fèn）含量及（jí）鹽堿性質對雷達波具有電（diàn）磁衰（shuāi）減、吸收作用，這種作用在改變（biàn）雷達波（bō）波形的同時造成雷達波局部頻率（lǜ）下降，這也是（shì）探地雷達（dá）在時間剖麵上識別不同性質邊界的一個重要標誌。不同介質的結構特征不（bú）同，內部反射波的高、低頻率特征也明顯不同，這可作為區分不同（tóng）物質界麵的（de）依據

3 數據處理及實例

3.1 數據處理

地雷達數據解釋基礎是拾取反射層，通常通過鑽孔取（qǔ）芯與雷達圖像對比（bǐ），建立各層的反射（shè）波（bō）組特（tè）征識別反射波組的標誌為同相性、相似性與波（bō）形（xíng）特征等（děng）探地雷 地質雷達隧道質檢測流程達圖像剖麵是數（shù）據解釋的基礎圖件，隻（zhī）要介質中存在電性差異，就可以在雷達圖像（xiàng）剖麵中找到與之相對應的反射波。根據相鄰道上反射波的對比，把不同道上同一（yī）個反（fǎn）射波相同（tóng）相位（wèi）連接起來的對比稱為同相軸。在無構造區，同一波組一般有一組（zǔ）光滑平行的同相軸與之對應，這一特征被稱（chēng）為反射波組的同相性。采用專用的雷達後處理軟（ruǎn）件（jiàn）進行數據處理。其數據處（chù）理流程如下：

3.2 實例：澄陽公路隧道襯砌質量檢測

澄陽公路隧道設（shè）計（jì）寬9m、長500m、淨高5.5m；設計襯砌厚度：一襯18～30cm、二襯60～80cm；鋼支撐支護（hù）間距40～80cm不（bú）等；圍岩為寒武係筇竹寺泥岩、泥岩夾頁岩，風（fēng）化（huà）程度不（bú）一，岩體破碎，岩體類別為Ⅲ～Ⅱ類。采用美國GSSI公司生產的SIR—Ⅱ地質雷達、500MHz收發合一的屏（píng）蔽天線、50ns的觀測時窗、1m/s的移動速度，在隧道拱頂（dǐng）和（hé）兩壁（bì）分別布設測線、沿測線作連續掃描法觀測，檢測記錄圖（tú）象清晰、直觀、信息豐富（fù），經數據處理、圖象（xiàng）分（fèn）析計算、分段統計：隧（suì）道的襯砌厚度、鋼（gāng）支撐支護間距等滿（mǎn）足《設計》和《評（píng）定標準》要求；襯砌及襯砌背後未發現明顯的空間或不（bú）密實現象（xiàng）。其某段的檢（jiǎn）測記錄圖象見下圖：

由圖可見，該段襯砌的混凝土均（jun1）勻密實，電磁波反射很弱，反射波（bō）同（tóng）相軸（zhóu）連續性較好，雷達圖像均一。在襯砌與（yǔ）圍岩之間，由於具有明顯的電磁性差異，其反射界麵清晰可辨。同時襯砌（qì）中鋼支撐具有較高的電導率和磁導率，在鋼支撐位置出現強（qiáng）烈的雷達反射（shè）特征，據此可確定鋼支撐位置並（bìng）計算（suàn）鋼支（zhī）撐支護的間距。