引言

在道路施工中，隧道由于其穿山或潜水而过，往往施工难度较大，施工质量要求较高。在工程史上，有众多因为施工方案不科学或者施工过程不严谨造成的透水、塌方等事故，造成重大人员伤亡和财产损失。为了避免类似问题的发生，发现并排除安全隐患，人们想了许多办法。地质雷达的出现刚好满足了这一需求，其高效且可靠的性能迅速赢得众多施工人员的青睐。本文主要讨论地质雷达在隧道检测施工中的应用。

1. 地质雷达简介

1.1地质雷达工作原理

地质雷达是利用高频电磁波反射技术探测地下物体情况的电子设备。其原理是脉冲天线向目标方向发射中心频率为13M到1200M、宽度为0.1ns的电磁脉冲信号，该信号在前进过程中遇到探测目标时会发生反射^[1]。通过地面发射和目标物反射的信号被接收机接收，在示波器上放大并显示出来。中心处理器根据有无反射讯号、反射讯号与地面波到达的时间差和反射波长变化情况可以大致计算探测目标的情况。

地质雷达采用的高频电磁波穿透力较强且不易被干涉，适合地下这样的高密度探测。但是高频电磁波衍射性不足，对于低密度探测有心无力。其地下探测能力高于管线探测仪等普通设备，常用于考古探测、冰川探测、矿产开发探测、地下溶洞探测、公路地基质量探测、钢筋水泥结构探伤等。

1.2地质雷达的使用方法

地质雷达有多种使用方法，经常使用的有剖面法、环形法、宽角法和多天线法，其中以剖面法应用最为广泛。剖面法指的是脉冲发射天线与接收天线保持相对位置不变，从探测范围的一端移动到另一端，完成一个剖面的探测。如此反复进行，完成多个剖面的探测后，结合这些数据情况，就可以大致绘制探测目标区域的立体图形。当接收天线与发射天线重合，称为单天线式，而二者分离则为双天线式。双天线式的使用和计算相对复杂，一般都使用单天线式。地质雷达拥有一个坐标显示屏，其横坐标为天线在地表或衬砌面的相对位置，纵坐标为电磁脉冲反射波从发射到接收的时间差，称为双程走时。当目标物埋藏较浅的时候，我们可以相对准确地描绘其外形。而当目标物埋藏较深的时候，由于反射波被地质介质吸收会造成信号微弱不易接收和分辨的情况。这样的情况可以在同一位置和不同位置分别测试，利用多次反射的信号叠加和不同位置的信号分辨来加强对目标物的辨识。

2. 地质雷达应用

2.1参数设置

地质雷达在测试之前需要预调参数，参与设定是否合理影响检测效果。主要参数设置包含了采样率、时窗、脉冲频率、发射天线与接受天线之间的距离、测点距离等。

（1）采样率。采样率指的是每秒通过反射波采样的次数。采样频率越高，所得到的数据越精确，记录的波形更完整。按照奎尼斯特采样定律，采样频率应该在电磁脉冲频率的三倍以上，若要使波形达到完美，则建议连续采样，将采样频率设置为脉冲频率的6倍以上。

（2）时窗。时窗有其固定公式，在地质雷达内部会自己计算显示，其计算公式为：

其中W为时窗，dmax为探测深度，M为介质中的电磁波波速^[2]。

（3）电磁脉冲频率。电磁脉冲频率需要考虑介质来进行计算，一般介质密度越高，脉冲频率越高。

（4）双线间距。双线间距一般取0，除非特殊探测目标对探测线有特殊要求。

2.2测线选择

在地质雷达的隧道普通例行检查中，一般布置5条测线，分别是左右白墙各一条，拱顶和左右拱腰各一条。对于特殊检查，比如已探明内部有伤，需要检测伤口走向情况等，需要根据具体情况合理布置测线。

2.3里程选择

里程即在实际隧道中为隧道分段，便于最后识别，将测得图与实际联系起来。我国是一个多山国家，隧道桥梁是身份常见的设施。其中隧道长度从十几米到十几千米不等，面对泥巴山隧道等十几千米的隧道，将测试数据和实际隧道对应起来是工作量很大的事情。对于这一问题，我们一般每5m用醒目的可擦油漆在隧道边墙做一个点位，以数字标识不同点位。检测时，当脉冲信号扫过标识点时，打点计时器打点，最后可以得到与实际相对应的图像。

3.电磁脉冲信号分析

隧道的施工中会存在各种问题，需要用地质雷达来进行检测。隧道初期支护完成后，初期支护厚度、背后脱空情况、钢拱架艰巨等；二衬施工完成后，主要检测二衬厚度、钢筋间隔距离、二衬背后脱空情况等。

3.1背后脱空判断

这里将初次衬砌和二次衬砌的检测统一起来，都称为衬砌。衬砌与周围岩洞直接联系并不紧密，所以时常出现空洞。空洞出现代表衬砌与岩石贴合不紧密，难以起到对岩石的支撑作用，是一大安全隐患，所以我们要检测并排除空洞。空洞中的空气与混凝土介电常数和密度差异很大，空气几乎不反射信号，而衬砌界面反射信号很强。如果空洞较大，还会在界面信号下方产生绕射信号^[3]。

3.2初期支护钢架判断

初期支护完成后，需要检测支护是否合格，支护支架之间的距离是否因为其它应力而发生改变，支架是否变形等情况。在地质雷达面板上，钢架的反射信号为月牙形，每一个月牙代表一根支架。月牙形状是否变形、距离是否变化等，都可以用来判断支护是否符合设计要求。

3.3二次衬砌钢筋判断

在二次衬砌完工之后，需要判断其中的钢筋是否符合要求。钢筋的反射信号为小双曲线型，且由于岗级密度较大，反射信号特别强烈。通过显示信号可以判断钢筋根数、钢筋之间的距离、是否发生变形和断裂等。

3.4衬砌厚度

衬砌厚度是地质雷达监测的主要指标，衬砌厚度直接影响衬砌强度和隧道使用安全性及寿命。初次衬砌和二次衬砌厚度、材料、作用等都有很大不同，其介电常数和密度都不一样，因此其界面我们可以通过波形清晰描绘。而衬砌混凝土与岩石之间的介电常数和密度也有很大差别，同样可以描绘。本次描绘的两个界面之间就是初衬，同理二衬也特别清晰。通过比较这二者同设计要求之间的区别，我们可以判断本次衬砌是否合格。

4.使用地质雷达要注意的问题

4.1表面不平整误差

衬砌表面由于是人工抹平，会存在一定的平整度误差。我们在里程标记和检测结果可能还会因此存在误判，需要注意。

4.2环境干扰

隧道内通常还有许多设备，如盾构机械、照明设备、通风设备等等。这些设备属于金属材质，与衬砌的钢筋和支架的接电系数和密度都很相似，因此可能会因为这些设备的胡乱堆放使我们误判。为确保我们的检测数据不受这些误差影响，我们在检测时要提前清出这些设备，对于不能清出的，要做到心中有数，尽量排除这些干扰信息。在进行检测时，雷达要贴近墙面、匀速移动，使检测数据与真实情况最接近。

4.3人为干扰

检测人员的专业素质对于检测结果有重大影响，检测员专业素质不达标可能造成返工等严重后果。所以除了要求检测员有专业的资格认证之外，必须要建立检测责任制度，配套奖惩制度。对于玩忽职守，以检测当儿戏之人予以重惩，对于工作兢兢业业、踏实专业之人，长期任劳任怨不犯错误的员工予以奖励。

5. 结束语

我们的施工企业在质量检测方面还存在一定的误区，重视竣工质量检测、忽视过程质量检测。这是不可取的，须知没有完美的过程不会有高质量的结果，过程质量检测与结果检测同样重要。因此必须建立完善的地质雷达过程质量检测体系，才能保证隧道建设质量。

参考文献

[1]何绪生，蔡宇良.地质雷达应用在隧道建设中的技术探讨[J].理论学习与探索,2018,28(06):18-19.

[2]崔东东.浅析隧道施工过程中产生的问题及其处理方案[J]施工管理者,2017,37(12):16-17.

[3]田永强,聂国伟，周强.刍议隧道施工过程中产生的问题及其处理方式[J].城市科技通讯,2018,26(17):45-46.