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摘要：目前，隧道衬砌采用的传统检测方法，包括钻孔探测法、垂直反射法、浅层地震法、超声波法等，但由于这些方法不仅工作量大、效率低，而且很有可能在一定程度上对隧道衬砌结构造成破坏。而近年来地质雷达无损检测技术由于其独特的优点（分辨率高、抗干扰性强、操作方便、实现陆续无损检测等）被广泛应用于隧道衬砌质量的检测中。
关键词：地质雷达；隧道质量；检测工艺
引言
地质雷达（GroundPenetratingRadar，GPR）技术是一种基于电磁波反射原理，用于浅层地质构造探测和工程质量检测的地球物理方法。相比其他物探方法，地质雷达技术具有快速、无损、探测精度高等优点。地质雷达技术可用于场地勘察和工程质量检测（包括隐蔽工程结构物）两大主要领域。场地勘察包括：工程场地勘察、铁路与公路路基状态探查、基岩风化层探查、地下水探查、地下溶洞和人工洞室探测等。工程质量检测包括：铁路和公路隧道衬砌、高速公路路面及路基、机场跑道等质量检测和工程结构检测。近年来，隧道超前地质预报作为地质雷达一个新的应用方向，具有非常广阔的前景。正在建设的青藏、渝怀和宜万铁路均采用地质雷达技术检测隧道混凝土衬砌质量。隧道混凝土衬砌施工质量的好坏对隧道的长期稳定、使用功能的正常发挥具有重要意义。针对隧道混凝土衬砌常见的质量问题：衬砌背后回填不密实、衬砌厚度不足、渗漏水、局部裂缝和钢筋布置不足等，利用地质雷达技术进行隧道无损检测，可以达到如下目的：
1）探测隧道衬砌背后可能存在的空洞、回填不密实点的位置及范围；
2）探测混凝土初衬和二次衬砌厚度；
3）探测混凝土衬砌内钢筋及钢格栅的分布；
4）探测二次衬砌混凝土内裂缝；
5）探测层间积水；
1地质雷达法检测原理
地质雷达检测隧道衬砌质量是基于衬砌混凝土与钢拱架、钢筋、衬砌背后超挖回填空隙、空洞等以及密实的混凝土与衬砌背后围岩的电性差异来实现的。将地质雷达的发射天线和接收天线密贴于衬砌表面，雷达波通过天线向下传播，当经过这些界面时都会发生不同程度的反射、折射和散射，并产生不同程度的能量吸收和衰减，集中反映在波形和波阻特征变化上。分析研究反射波的特征差异来判断衬砌背后空隙、空洞、钢筋等的形态，就可以揭示衬砌结构特征及病害缺陷，并计算其埋藏深度及确定其位置。地质雷达的探测效果主要取决于不同介质分界面的电性差异的大小，即介质层间介电常数差异越大，则探测效果越好，介质异常在雷达剖面上反映也就越明显，从而易于识别。
2工程概况
依托工程的隧道最大埋深约33m，内轨顶面以上净空面积为92m2，曲线地段不考虑加宽，全隧线间距4.6m。隧道进口里程为GDK208+168，出口里程为GDK208+345，全长177m。隧道内纵坡为单面坡，坡度为－12.4‰。隧道进口GDK208+168—GDK208+189.05段位于Ｒ=20000m的竖曲线上。全隧道暗
挖段均为Ⅴ级围岩，长106m，采用三台阶临时仰拱法及CＲD法施工和复合式衬砌。进口洞门长27m，明洞长10m；出口明洞长5m，洞门长10m。洞门及明洞采用明挖和复合式衬砌。地质雷达无损检测的主要内容有隧道的仰拱、衬砌的厚度、背后回填密实情况及钢架、钢筋的分布情况。本次共完成隧道雷达检测1140测线米，代表140成洞米。
3检测工作实施
3.1仪器设备
仪器采用美国GSSI公司生产的SIR-3000型地质雷达仪，采用100MHz、400MHz及900MHz收发单置屏蔽天线。采用100MHz天线做连续测量，时窗范围：50~100ns，采样率：512sam/can，扫描率：16scn./s；采用400MHz天线做连续测量，时窗范围：30~50ns，采样率：512sam/can，扫描率：64scn./s；采用900MHz天线做连续测量，时窗范围：20~30ns，采样率：512sam/can，扫描率：64scn./s。
3.2测线布置
测线布置一般在隧道拱顶、左右拱腰、左右边墙及隧底左右中线各布置一条连续测线，共7条测线。拱顶测线位于隧道中线处，左右拱腰测线位于左右衬砌起拱线处；左右边墙测线位于隧底上方0.5m处。
4隧道无损检测
4.1隧道测线布置方式
开展地质雷达无损检测工作首先需要针对检测对象的不同，合理布置检测工区测线。对于场地和三维体探测（如岩溶、空洞等），要求在二维空间布置覆盖目标体的测线，即在x和y两个方向上进行测线布置。而对于铁路、公路、地铁隧道工程，需要根据检测精度的要求，在隧道环向合理布置各检测部位纵向测线，同时沿隧道纵向辅以一定间隔的环向测线为补充。铁路隧道测线布置一般在隧道拱顶、左右拱腰或拱脚、左右边墙和仰拱各布1条，合计6条纵向测线；环向布线可按检测内容和要求布设线距，一般情况下线距8～12m，采用点测时每断面不少于6个点。检测中发现不合格地段应加密测线或测点。
4.2天线及采样时窗的选择
采用400MHz或500MHz天线，重点在于检测衬砌回填情况及衬砌厚度，采样时窗选为20～40ns，采样深度控制在2m左右；采用900MHz天线，主要检测衬砌厚度及钢支撑、钢筋的分布情况，采样时窗宜选为20～25ns，采样深度控制在1m以内。
4.3现场检测施工工艺
4.3.1准备工作
1）调查被检测隧道测区的现场环境，收集相关的地质、施工资料。
2）初步了解隧道（围岩）的特性、目标体的深度（衬砌的厚度、钢筋、钢拱架的位置）、几何形态、电性。
3）测线布置：隧道质量控制检测应以纵向布线为主，横向布线为辅。实际检测按检测内容及要求进行测线布设。
4）测量参数选择：主要按检测要求选择天线的中心频率、时间窗口、采样率、测点点距、天线间距、天线方向的取向。
4.3.2现场检测程序
1）选择一条试验测线。试验测线选择要遵循“衬砌厚度客观容易断定的地方”，一般选择在隧道洞口或避车洞周围；
2）选择测量方法；
3）确定剖面线或者测网形式；
4）沿试验测线对天线的适用性进行测试；
5）在试验测线上重新测量；
6）由已知埋藏深度的目标体来确定电磁波在该隧道围岩中的速度；
7）对隧道进行正式检测。
4.4数据处理和分析
由于地下介质相当于一个复杂的低通滤波器，所激发的脉冲电磁波反射回地面是被拉长和衰减的雷达子波，这样从地下各层介质先后反射回的反射波叠加后，模糊了各层反射波的出现时间、能量和极性等重要的地质因素，需要对采集的雷达数据进行处理，确定地下介质的分布。数据处理的目的是抑制随机的和有规律的干扰，最大限度提高雷达剖面上的分辨能力，提取电磁反射波的各种有用参数，来解释不同介质的物理特征。如利用各种反褶积技术，可以达到压缩雷达子波，提高分辨率的目的；利用地震资料中的偏移处理方法可以对数据元进行偏移归位处理。对于雷达检测数据处理，常用的处理步骤及其功能如下：
1）背景去噪用以抑制随机干扰噪声，提高信噪比；
2）自动增益或手动控制增益用来补偿介质吸收和抑制杂波；
3）滤波处理和时频变换用来去除高频或突出目的体，以降低背景噪声和多次波的影响
结束语
采用将地质雷达无损检测，可以将施工中存在的各种质量隐患排除在建设施工阶段。随着该项技术的推广，从野外数据采集到后期的数据处理和解释水平不断地提高和完善，地质雷达探测技术将会在隧道工程质量检测领域具有广阔的发展空间。
参考文献：
[1]李金奎，吴凯.地质雷达在地铁隧道深度探测中的应用[J].水利与建筑工程学报.2017（03）
[2]郭有劲.地质雷达在铁路隧道衬砌质量检测中的应用[J].铁道工程学报.2002（02）
[3]谢迎春.地质雷达在铁路隧道衬砌质量检测中的应用[J].西部探矿工程.2017（01）