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摘要:公路隧道是現(xiàn)代公路施工重要組成部分，隧道工程可靠性與否直接決定了整個(gè)公路工程的質(zhì)量。因此為了確保隧道工程質(zhì)量有必要完善現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)，提升檢測(cè)質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題并予以解決。故本文就地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在公路隧道中的檢測(cè)應(yīng)用進(jìn)行分析，希望可以為相關(guān)機(jī)構(gòu)提供科學(xué)的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞:地質(zhì)雷達(dá);公路隧道;檢測(cè)應(yīng)用

0引言

地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)是當(dāng)下較為新型的用于對(duì)淺層進(jìn)行勘探的重要技術(shù)手段之一。基于該檢測(cè)技術(shù)可以高效、無(wú)損以及不間斷的對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，從而生成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖像并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，最終得到結(jié)果更為科學(xué)合理。由于地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)工作可靠性高、檢測(cè)精度以及樣點(diǎn)密集、檢測(cè)結(jié)果更為科學(xué)合理等因此被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代公路以及鐵路隧道等檢測(cè)領(lǐng)域。為了進(jìn)一步推廣該技術(shù)在公路隧道檢測(cè)中的應(yīng)用以及提升檢測(cè)質(zhì)量，有必要對(duì)地質(zhì)雷達(dá)之一檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行探討。

1檢測(cè)原理分析

地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)又稱探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)，與航空雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)存在一定的相似性。主要基于高脈沖電磁波技術(shù)的反射結(jié)果從而對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行檢測(cè)。通常所使用的頻段為106－109赫茲之間，大多以寬頻短脈沖為主。自地面利用天線發(fā)射裝置傳送至地底，由被檢測(cè)目標(biāo)自己地層的界面反射后回到監(jiān)測(cè)接收系統(tǒng)，為雷達(dá)天線接受設(shè)備接受，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析成像。而當(dāng)該技術(shù)應(yīng)用于公路隧道襯砌檢測(cè)時(shí)，則主要基于天線基于介質(zhì)表層相內(nèi)發(fā)射一電磁波，當(dāng)其遇到不同的介質(zhì)時(shí)則會(huì)發(fā)生響應(yīng)的反射與透射原理。反射波將會(huì)被設(shè)備接受，并用于分析。值得注意，在使用地質(zhì)雷達(dá)勘測(cè)過(guò)程中，電磁波往往被近似為均勻的平面波，實(shí)際其傳播速率對(duì)于高阻媒介中與媒介的介電常數(shù)等有關(guān)。因此在用于對(duì)隧道襯砌混凝土進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，電磁波的傳輸速率和襯砌媒介的相對(duì)介電常數(shù)密不可分，不同的媒介其介電常數(shù)以及反射系數(shù)均不同。實(shí)際運(yùn)維電磁波的實(shí)際反射系數(shù)和界面兩側(cè)的媒介相對(duì)介電常數(shù)有關(guān)，兩者差異越大則反射系數(shù)越高，因此所接受到的反射信號(hào)也就越強(qiáng)，最終分析成像也就越具體。

2地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)應(yīng)用分析

2．1設(shè)備選擇

主機(jī)系統(tǒng)選擇:目前用于檢測(cè)的雷達(dá)型號(hào)較多，國(guó)外的主要由美國(guó)的SIR系統(tǒng)、加拿大的EKKO型以及意大利的RIS型，而國(guó)內(nèi)主要為L(zhǎng)TD型等等。相較于各個(gè)國(guó)家產(chǎn)的雷達(dá)系統(tǒng)，其中美國(guó)產(chǎn)的SIR－20型探地雷達(dá)，最高掃描速率可以達(dá)到每秒八百次，設(shè)備更為先進(jìn)，引導(dǎo)了該行業(yè)的發(fā)展。雷達(dá)天線選擇:實(shí)際天線的型號(hào)規(guī)格與工程所需探測(cè)的目標(biāo)的深度以及大小有關(guān)。往往頻率越高的天線其可探測(cè)深度越低，但分辨率越高。在對(duì)隧道初期支護(hù)表面進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，往往選擇頻率在400～900Hz之間的天線，而對(duì)于二次襯砌的隧道表面進(jìn)行檢測(cè)時(shí)則普遍選用200～400Hz的天線。

2．2公路隧道測(cè)線布置策略

通常公路隧道探測(cè)布線大都要求沿著隧道縱向進(jìn)行布線，測(cè)線位置應(yīng)當(dāng)與實(shí)際工程要求相配合，如若現(xiàn)場(chǎng)無(wú)特殊要求，通常采用下圖方式進(jìn)行布線。

2．3數(shù)據(jù)采集

在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析時(shí)，如若相關(guān)參數(shù)設(shè)置不合理，則最終分析成像也會(huì)更模糊，最終結(jié)果也將更偏離實(shí)際。因此在現(xiàn)場(chǎng)務(wù)必對(duì)相關(guān)工作參數(shù)進(jìn)行采集與分析。首先應(yīng)當(dāng)依據(jù)所需要探測(cè)的深度以及相關(guān)介質(zhì)的速度對(duì)時(shí)窗長(zhǎng)度進(jìn)行估計(jì);其次工作方式也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行設(shè)置，連續(xù)掃描探測(cè)、共中心點(diǎn)探測(cè)、單點(diǎn)探測(cè)以及透視探測(cè)等不同的探測(cè)環(huán)境應(yīng)當(dāng)選用合適的探測(cè)方式;濾波器設(shè)置主要包括手動(dòng)以及自動(dòng)兩種方式，一般無(wú)特殊要求通常采用自動(dòng)探測(cè)方式。而當(dāng)需要手動(dòng)介入進(jìn)行調(diào)校時(shí)，又分為高通與低通兩種模式，高通截止頻率往往設(shè)計(jì)為中心工作頻率的1/4，比如對(duì)于頻率為400Hz的天線，其高通設(shè)置往往在100Hz左右即可;而相對(duì)于的低通設(shè)置頻率則為中心頻率的兩倍，即800Hz。實(shí)際當(dāng)成像結(jié)果不夠清晰時(shí)，最終結(jié)果依然存在噪點(diǎn)以及其它干擾信號(hào)時(shí)可以選用濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將低通變低、高通變高，如若濾波器工作強(qiáng)度過(guò)高，導(dǎo)致有用的信號(hào)被過(guò)濾掉，信號(hào)出現(xiàn)明顯的偏離與失真情況時(shí)，則可以進(jìn)行反向調(diào)節(jié)，從而進(jìn)一步擴(kuò)增通過(guò)的信號(hào)寬度。增益調(diào)試，主要分為自動(dòng)與手動(dòng)兩種模式，通常以手動(dòng)為主。直達(dá)波和反射波位置的選擇與調(diào)試，直達(dá)波應(yīng)當(dāng)調(diào)校為是與范圍中的頂端位置，如若位置調(diào)校不合理則可能無(wú)法得到完整的回波圖。

2．4數(shù)據(jù)處理與分析

預(yù)處理與濾波分析是地質(zhì)雷達(dá)處理數(shù)據(jù)的主要步驟，前者主要是對(duì)數(shù)據(jù)文件的標(biāo)題、內(nèi)容、標(biāo)記、、信號(hào)等數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)與核準(zhǔn)，而后者則主要用于對(duì)噪聲與信號(hào)濾除，從而在雷達(dá)圖中對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的壓制，對(duì)異常以及有用的信息進(jìn)行突出，達(dá)到更好的解釋效果。實(shí)際當(dāng)工作量過(guò)大過(guò)著對(duì)于采集速度喲較高的要求時(shí)，可以采用分段裁切后跟蹤反射層方式進(jìn)行處理，提高整個(gè)系統(tǒng)工作效率。

3圖像分析

襯砌厚度識(shí)別，基于探地雷達(dá)所檢測(cè)到的結(jié)果大都利用檢測(cè)目標(biāo)體的電性差異實(shí)現(xiàn)。所以，電磁波在沿著隧道的徑向方向傳播的過(guò)程中，依據(jù)二次襯砌、初期支護(hù)與圍巖的電性等的不同而得到的反射信號(hào)構(gòu)成的反射截面，可以用于分析襯砌厚度的主要依據(jù)。混凝土脫空與不密實(shí)判定，實(shí)際當(dāng)混凝土施工中存在脫空情況是，運(yùn)維襯砌、圍巖與空氣的電性等的不同，電磁波往往會(huì)在脫空的上下層之間得到一個(gè)明顯的反射信號(hào)，從而構(gòu)成相對(duì)連續(xù)的提升能量的反射同向軸。依據(jù)電磁波在脫空區(qū)域的傳播時(shí)間可以初步判定脫空的深度情況。而當(dāng)襯砌的混凝土密度不夠嚴(yán)實(shí)或者其背后回填不到位，則電磁波會(huì)在不密實(shí)空間得到多個(gè)反射信號(hào)，實(shí)際接收到的信號(hào)也雜亂無(wú)章、錯(cuò)段反射。

4結(jié)束語(yǔ)

公路隧道工程是現(xiàn)代公路施工經(jīng)常遇到的問(wèn)題，確保公路隧道施工質(zhì)量對(duì)于提升整個(gè)公路工程質(zhì)量具有重要意義。無(wú)損檢測(cè)是公路隧道驗(yàn)收的重要環(huán)節(jié)，相較于傳統(tǒng)的過(guò)程驗(yàn)收模式，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以有效發(fā)現(xiàn)工程中潛在的問(wèn)題，并及時(shí)采取有效措施進(jìn)行解決。而地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的公路隧道檢測(cè)技術(shù)之一，基于該技術(shù)可以在不破壞隧道結(jié)構(gòu)的情況下達(dá)到需求檢測(cè)目的。本文對(duì)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)原理進(jìn)行分析，并就設(shè)備選型、布線原則、數(shù)據(jù)的采集、處理、分析以及圖像的處理分析等多個(gè)方面探討了地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的整個(gè)應(yīng)用過(guò)程。未來(lái)隨著隧道施工項(xiàng)目越來(lái)越多，對(duì)于工程質(zhì)量要求勢(shì)必也越來(lái)越高，對(duì)于相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持不斷學(xué)習(xí)，積極提升自我，從而為我國(guó)隧道檢測(cè)事業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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作者:趙恒 單位:貴州聯(lián)建土木工程質(zhì)量檢測(cè)監(jiān)控中心有限公司