隧道地质雷达试验检测准确性的影响因素分析

岳仍沧，申铁军

(1.山西路桥集团试验检测中心有限公司，山西 太原 030006；2.山西路桥建设集团有限公司，山西 太原 030006)

1 隧道雷达检测准确性的影响因素

1.1 设备辅助线缆连接是否有误

因非质量引起的初支雷达电磁参数异常率较高，影响初支施工质量的准确评定，需要进行重新检测甚至需采取开挖、钻孔、取芯等方式进行验证。本研究使用的初支施工质量检测设备采用俄罗斯GEOTECH公司生产的OKO-3型地质雷达，配备900 MHz屏蔽天线，主要由供电电源、发射机、接收机及采集笔记本电脑组成，见图1～2。线缆连接采用屏蔽航空接头连接，线缆数量少，电源线1根，发射接收线缆1根，连接方式简单、操作方便快捷，所以设备辅助线缆连接是雷达电磁波参数的因素之一，但不是重要因素。

图1 地质雷达原理图

图2 地质雷达连接图

1.2 测距轮与发射天线是否共面

该研究使用的初支雷达检测系统自带两套测距轮，分别是DPI内置测距轮及DPP200测距轮：当使用内置测距轮DPI时，检测天线自带3轮，其中前方单轮为测距轮，后方双轮为定位轮，同时天线上部有共面调节弹簧，检测之前只要在初支喷浆平面上反复练习几次，检测过程中只要保证3个轮均不脱离初支喷浆面，由空间几何学可知，3点可确定1个平面，在保持共面前提下贴合初支平面并非难题，当使用外接测距轮DPP200时，检测天线由1个滑动贴合面及外接测距轮组成，外接测距轮上设置共面调节弹簧，调节范围90℃～180℃，由空间几何学可知，适当调整很容易使1个平面与1条直线共面。使用内置及外接测距轮检测时，检测前适当练习，在调解弹簧帮助下，检测天线与初支喷浆共面容易实现。

1.3 检测时升降高度是否合适

隧道初支施工质量检测时，会根据现场施工台车、二村台车的摆放位置合理选择高空检测作业车，现场无台车阻挡时，采用体积较大升降较灵活的单悬臂升降台车；当现场台车或其他杂物阻挡时，采用体积较小升降车，上述两种车行升降通视条件较好，高度自由可调，能胜任初支检测工作。此外，为保证初支检测工作正常开展，升降车司机、高空检测操作人员、现场图像采集人员均佩戴对讲机，检测过程中高度不合适时随时进行调整。因此，检测时升降高度影响因素在现场积极配合、互相沟通中完全可以规避[1]。

1.4 初支表面粗糙程度

该研究使用的初支雷达检测系统自带两套测距轮，分别是DPI内置测距轮及DPP200测距轮；其中DPI内置测距轮轮径80 mm，主要适用于初支表面较平整时的初支护质量检测：DPP200外接测距轮轮径167 mm，主要适用于喷射混凝土表面坑洼不平、平整度较差的初期支护质量检测。现场通过对DPI内置与DPP200外接测距轮所测雷达曲线进行比较发现，检测天线贴合密实的情况下，两组测距轮所测雷达波曲线均清晰可见、未见电磁参数异常，所以初支表面粗糙程度是雷达电磁波参数的因素之一，但不是重要因素[2]。

1.5 检测时路面平整度及测距轮的磨损

1)路面平整度差时，高空升降车上检测人员受到前后左右晃动较大，检测天线一定程度会发生相对晃动、脱离、偏移及旋转，对雷达检测影响很大。

2)多次检测后测距轮确实可能存在一定程度的磨损与变形。

3)输入实测测距轮直径后，软件实际采集距离与卷尺现场测量距离一致，表明软件采集距离准确，满足现场检测精度要求，测距轮参数是影响现场检测的因素之一，但不是重要因素。

2 隧道雷达检测异常带来的不利影响

由2019—2021年隧道初期支护雷达电磁波检测结果统计可知，因为非质量引发隧道工程初期支护雷达检测的电磁参数异常率高达8.5%，导致了累计复测的天数达到29.9 d，3 a平均复测费用达到8.0万元，见表1～2。与同行检测单位交流中发现，隧道工程普遍地存在非质量引发的电磁参数异常较高的问题，干扰了隧道初期支护施工质量准确评定，需要验证隧道初期支护距离长、频率高、范围大，降低了检测效率的同时还大大增加了检测成本，而且耽误了施工单位的后续工作实施，拖延了工期，影响了工程进度[3]。

表1 2019-2021年隧道工程初期支护雷达检测检测统计表

表2 2019-2021年隧道工程初期支护雷达复测统计表

3 消除影响隧道雷达检测准确性的措施

1)首先，针对检测时路面平整度差仪器天线贴合不密实的问题，要积极同施工单位沟通，及时处理路面；同时，寻找合适的减震材料，确保检测贴合更密实。其次，要积极同施工单位沟通，要求在技术交底时强调行驶速度对检测结果影响情况的重要性，同时总结分析不同行驶速度导致雷达电磁学参数异常的典型图例，找到一个与检测工作匹配性高的行驶速度。最后，细化隧道初期支护施工质量控制与改进措施，纳入单位质量体系文件，在日常检测过程中严格执行与验证。

2)此项技术可参与土体本构模型研究工作，可协助建立隧道、地铁沿线部分土体本构模型；可参与精细化数值模型建立及相关岩土体参数研究，可协助建立部分土体的本构模型，参与部分数值模拟工作，揭示注浆填充率对地表沉降及桩基变形的影响规律；可协助建立地铁、隧道开挖引起的自由位移场预测方法，揭示位移场的演化规律；可参与现场调研及现场测试工作，为提出基于现场反分析算法的数值模拟提供了基础；可参与部分现场监测工作，为提出适用于多工况下地铁隧道开挖对受荷桩基影响分析评价方法提供基础；提出不同工况下邻近受荷桩基沉降控制标准和主要控制指标。可参与土体本构模型研究工作，建立隧道沿线部分模型中的土体本构模型；参与现场调研及现场测试工作，为提出基于现场反分析算法的数值模拟提供基础，推广精细化数值模拟工作在隧道、地铁相关项目中的应用。

4 结束语

依托现场实施与验证，隧道地质雷达检测技术取得了可观的经济效益，并积极与其他检测机构进行交流、验证和效果检验，取得了显著效果，隧道初支质量检测能力与水平得到了显著提高，非质量引发隧道初支雷达检测电磁参数异常率得到有效控制，复测工作量减小，复测成本明显降低，经济效益显著。不仅提高了企业检测人员的专业技术水平与能力，且相关成果具备潜在推广价值，有利于提升隧道初期支护雷达检测现场解决相关问题的能力。此项技术在在建高速公路进行了现场实施与验证，不仅大大提高了隧道初期支护检测质量，而且有效缩短了工期，节省了成本，具有一定的实用价值和推广应用价值。

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