马怀鹏1,2

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2在役长大桥安全与健康国家重点实验室 江苏南京

摘要：公路隧道在建设过程中或建成后，都会对公路隧道的结构质量进行检测。地质雷达法可以对公路隧道衬砌的厚度、空洞、衬砌中钢筋、钢拱架等参数进行科学检测，判断隧道结构的施工质量，尤其是在我国现代交通事业的大力建设过程中，隧道质量检测对结构稳定、行车安全以及使用者人身健康保证具有重要的意义。

关键词：地质雷达；公路隧道；衬砌质量；质量检测

隧道的施工质量关系到公路的运营安全，一直是公路工程建设中极为关键的问题。由于隧道工程地质条件相对复杂，施工环境较为恶劣，如果施工工艺不规范，工序不严谨，公路隧道极易出现衬砌厚度不够、衬砌与围岩贴合不密实、脱空和钢筋数量不足等质量问题。利用地质雷达法检测隧道的衬砌厚度、密实度和脱空情况、钢筋的数量和分布，对隧道质量检测具有良好的检测效果。目前普遍采用以地质雷达无损检测为主，钻孔验证检测为辅的检测方式，地质雷达法在素混凝土检测方面有着较为优异的表现，而在进行钢筋混凝土结构检测时，由于电磁波的“趋肤”效应，检测结果受干扰较为明显。

一、地质雷达在公路隧道衬砌质量检测中应用的意义

随着我国科学技术水平和经济水平的发展进步，对我国的工程质量提升也作出了关键的推动作用。现阶段在大部分的交通工程建设过程中，都会涉及对地理信息的统计、地下障碍物的排除以及相关建设项目的质量提升，但是相关的科学技术和手段还不够完善，对于公路隧道衬砌质量的检测还存在着较多的不足和影响。而地质雷达作为一种新型的、科技性比较强而且优势特点较多的检测设备，能够将公路隧道衬砌工程中所存在的隐患、病害及时检测出来，对一些质量稳定性不强的区域进行探索，有效地帮助了工作人员发现安全隐患，通过经验和相关手法对实际的公路隧道衬砌质量检测工作效果做出了一定程度上的提升和促进。而且对于施工安全的保障来说也具有一定的关键意义。因此，地质雷达在公路隧道衬砌质量检测中的应用对于我国大部分的公路建设工作来说都产生了推动作用，而且也在长期的演变过程中得到了工程界的青睐和重视。

二、地质雷达检测原理

地质雷达（GroundPenetratingRadar，GPR）是一种地球物理探测方法，天线发射频率为12.5～2500MHz的脉冲电磁波信号，当电磁波信号遇到不同的媒质界面时产生反射和透射，天线接收反射回电磁波信号，根据反射信号到达时间、振幅强度等参数推断出目标物体的位置、结构、形态等雷达图谱资料，再应用计算机对雷达图谱进行处理和分析后，确定出公路隧道的病害类型及空间位置。需要注意的是，在地质雷达方法应用的过程中，一般来说，电磁波通常都被近似地看作是一种比较均匀传播的平面波形，其传播速度在高阻断介中取决于媒质的相对常数Er，也就是V=C/(Er)1/2，这其中，C的取值一般都被控制为0.3m/ns，而Er作为媒质的相对介电常数，需要根据不同媒介的特征有一个确定的数值供计算者选择。其次还需要知道电磁波在遇到不同媒质界面时的反射系数，相应的计算方式如下：R=[(E1)1/2-(E2)1/2]/[(E1)1/2+(E2)1/2]。从这一点就能够看出，电磁波的反射系数取决于界面两边媒质的相对介电常数的差异，差异越大，反射系数也越大。由于地质雷达在进行公路隧道衬砌质量检测过程中会利用到的煤质类型较为多样，这其中以混凝土、钢筋、空气、水体、岩石最为常见，而这几种物质的媒质差异性也比较显著，就会形成比较大的反射现象，使物性的差异成为我们在目前所应用的地质雷达法检测隧道的一些关键环节的必要前提。

三、工程应用

1.专业工具的采用

目前根据工程经验，我们在地质雷达检测当中主要采用的是美国劳雷公司生产的SIR系列地质雷达，设备本身的设计较日常应用来说有更高层次的要求，所以其使用范围要更加的广泛。由于我们目前所要处理的对象是公路隧道，所以在进行这样专业工具的选择时，需要根据当地的情况，因地制宜地做出更加合适的选择。通常情况下，由于不同频率的电磁波具有的穿透性和检测精度不同，频率越高，检测深度约小，分辨率越高，反之亦然，所以针对公路隧道中不同的检测对象，需要选择不同主频的天线。二次衬砌、钢筋分布检测主要选择在800～1000MHz，初支检测、仰拱、路面检测主要选择在400～800MHz，围岩、仰拱填充检测主要选择在200～500MHz。