欧阳天一

【关键词】铁路隧道;地质雷达检测;检测技术;数据采集;改进措施

【中图分类号】U455 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）07-0112-03

1 地质雷达检测技术应用概况

铁路作为国民经济大动脉、国家重要基础和大众化交通工具，在推动我国经济社会发展中发挥着不可替代的作用。近年来，我国铁路营业里程大幅增加，截至2019年底，中国高速铁路营业总里程达到3.5万km，位居世界第一，随着高铁新线的不断开通运营，隧道工程质量对行车安全的影响不容忽视。隧道工程作为确保铁路正常运营的重要一环，其施工质量直接影响将来的运营情况，由于建设过程及后期运营等多方面原因，因此隧道存在不同程度的病害，例如衬砌厚度不足、脱空、防水板切割衬砌、裂缝、渗漏水、施工冷缝、掉块、混凝土钢筋数量不足等问题，对运营单位及乘客的生命和财产安全构成了极大的危害。对此，近年来中国铁路南宁局集团有限公司已多次组织对投入运营的时速为250 km及以上的高铁隧道病害进行检测、排查和评估[1]。典型病害如图1至图4所示。

地质雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）是近几十年发展起来的一种无损探测技术，具有探测速度快、探测过程连续、分辨率高、操作方便灵活、费用低等优点，目前广泛应用于我国铁路隧道建设过程中对二次衬砌的检测[2]，有着较好的检测效果。几种主要的检测设备如图5至图7所示。

目前，地质雷达主要用于对隧道衬砌混凝土厚度不足、脱空、空洞及不密实等缺陷进行检测。地质雷达测线布置的位置往往是施工过程中容易出现问题的部位，主要以纵向布线为主，分别在拱顶、拱腰、边墙和遂底（仰拱）布置纵向测线：在拱顶区域，二衬在灌注拱顶部分混凝土时，受施工工艺、浇筑过程管控不到位等因素影响，常会在拱顶处出现脱空、空洞缺陷，此类缺陷是拱顶测线的探测重点。？譺？訛在拱腰区域，隧道在爆破施工中，受沿隧道轮廓线布置的炮眼的爆破效果、围岩坚硬程度等因素制约，当爆破效果不佳时，常常在拱腰处发生二衬厚度不足，此类缺陷是拱腰测线的探测重点。边墙测线主要检测二衬钢筋的间距、数量。仰拱测线主要检测是否存在基底不实问题。测线布置及现场检测如图8、图9所示。通过对开通运营隧道及在建隧道进行地质雷达检测，可使参建单位掌握隧道整体质量，也可作为缺陷处理和病害整治的一项重要参考依据。

2 地质雷达检测中存在的问题

2.1 影响检测准确性的因素

地质雷达作为隧道建设中重要的无损检测手段，现被广泛应用于各新线建设过程控制及运营线路病害整治中，能较好地满足工程需要。但是，地质雷达检测在实际运用中受到多种因素的影响，使得检测结果的准确性存在问题。现列举几项主要因素。

（1）检测人员的业务水平。从事地质雷达检测的相关人员不仅需要大量的专业知识储备，还应具备丰富的实践经验，然而实践经验需要不断积累，并非一朝一夕能够达成，现场检测人员存在理论知识不强、对规范不熟、标准执行不严等问题。此外，检测数据的采集与判读人员通常不是同一人，而判读人员无法知晓现场实际情况，易导致误判、漏判问题;因此，从现场数据采集到后期数据处理应由同一人完成，将两者分开进行是不科学、不合理的，结果是不准确的。

（2）隧道內的检测环境。地质雷达扫描检测时周围不应有电磁干扰，而隧道内的各类电缆线、施工机具、爆破开挖等情况都会产生一定程度的电磁干扰，容易导致仪器信号失真，影响数据采集效果;隧道围岩情况也对检测的准确性有影响，围岩级别、支护形式的不同，也会对数据产生影响。因此，隧道内的环境对检测结果有很大影响，然而现实中一些施工单位不重视、不配合，致使检测结果不准。

（3）仪器的自身缺陷。一是检测仪器的分辨率和探测深度两个参数相互矛盾，分辨率高意味着探测深度低。二是仪器检测方式多为表面耦合形式，即在检测过程中仪器必须全程紧贴衬砌表面，随着检测量的增加，检测人员会产生疲劳感，不能保持密贴，影响数据采集质量。三是受技术的限制，目前没有方法通过检测完全确定衬砌内部缺陷的尺寸，更多的是结合破检方式探明缺陷尺寸。四是对于钢筋混凝土衬砌，绝大部分信号会被内层钢筋反射，仅有小部分能透过钢筋，导致技术人员很难通过图像准确辨识内部缺陷，此类情况也一直困扰着参建单位。

2.2 现场检测中存在的突出问题

（1）在对运营铁路隧道进行检测时，需在天窗点内开展检测，由于封锁时间短，加之洞内各类电缆线、接触网设备使得检测不连续，因此导致检测效果不够理想。未来，地质雷达还需向提高检测效率、提升适应环境性、自动化采集程度高、全断面测量的方向不断发展、改进。

（2）检测单位与缺陷整治单位对地质雷达的理解存在偏差，施工单位盲目相信检测设备，但实际上测线以外的部分并没有探测，并且受雷达探测灵敏度及深度范围的制约，不能完全暴露衬砌内部缺陷，造成许多缺陷在工程交付前的验收环节甚至是运营多年后才被发现。

（3）由于对检测相关知识了解不深，因此各单位在实际中仍采用固定的检测模式，忽视了影响检测结果的各种因素，没有充分考虑隧道的地质情况、洞内环境情况等因素针对性地细化检测方案，针对性、灵活性不强，没有充分利用检测手段。

3 地质雷达检测过程中的规范要点

想要准确地采集检测数据并非易事，需要我们在检测的过程中做到规范、细致，尽量减小影响检测质量的因素所带来的的影响。规范的操作流程决定了采集数据的质量，而数据质量的好坏决定了对实体质量的评判。因此，相关单位的首要任务是必须保证检测前期准备、过程采集、后期处理全过程的规范性，确保检测结果科学、准确。

3.1 规范检测前期准备工作[3]

（1）提前收集隧道工程地质资料、设计资料、变更情况、施工记录等资料，掌握施工过程中的情况，如有缺陷情况应记录具体里程、部位。

（2）制订详细可行的检测计划，根据现场查勘情况选定合适的技术参数。

（3）提前做好待检区段里程标记，发现有标记不明显处或没有标记处应立即反馈，及时修补。

（4）若测线路径上有障碍物，需及时确定可行的检测方案，保证检测测线连续完整。

（5）选择满足现场检测要求的仪器，做好仪器的检查、标定和保养工作。

3.2 规范检测过程数据采集[3]

（1）测量前应检查仪器运行情况，确认其能满足正常工作要求。

（2）测量前应对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定。

（3）检测过程中对各类异常情况做好记录，方便后期复检。

（4）检测过程中应确保设备与衬砌表面全程保持紧贴。

（5）检测过程中确保移动平稳、移动速度均匀，移动速度不宜超过5 km/h。

（6）分段测量时，相邻测量段接头重复长度不应小于1 m。

（7）注意保护仪器接口及线缆，用完后及时清理，以免灰尘进入，影响数据传输。

（8）应随时记录可能对测量产生电磁影响的物体（如衬砌表面的渗水、电缆、铁架等）及其位置。

（9）对待检区段的技术参数进行记录（如测线位置、里程等），以便后期处理与查询。

3.3 规范数据处理与解释[3]

（1）数据处理与解释人员不仅应具备一定的理论知识，还需要有丰富的现场实践经验。

（2）必须使用经认证或鉴定合格的软件进行数据处理与解释。

（3）原始数据处理前应回放检验，数据记录应完整、信号清晰，里程标记准确;不得对不合格的原始数据进行处理与解释。

（4）根据现场记录、分析可能存在的干扰体位置与图像记录中异常的关系，准确区分有效异常与干扰异常。

4 结语

隧道病害严重影响铁路运营和工程结构的安全性、稳定性及耐久性，每年因隧道病害引起的安全事故给国家、铁路行业造成了巨大的损失。地质雷达作为隧道缺陷检测中应用最广的检测技术之一，经历了不断地发展与改进，目前技术已较为成熟。未来，仍需要通过不断优化调整，期望地质雷达探测技术能更好地服务于工程建设。与此同时，各参建单位应做好检测知识的学习普及，各级管理人员必须在一定程度上掌握检测的工作原理、检测技术及优缺点，提升对地质雷达检测的整体认知，便能更好地应用到隧道工程建设中。对地质雷达这项新技术来说，也要与实践相结合，找到自身短板，不断提升行业的技术水平，提高探测精度及准确度。

对工程各参建单位来说，首要考虑的是如何做好隧道工程的过程管控，研究制定科学有效的质量控制预防措施，并严格落实好施工各环节的盯控，从而在施工初期阶段就能有效控制住质量安全，争取做到从根源上预防、避免缺陷问题的产生。这是我们从业人员应该反思的问题，也是未来铁路建设管理的科学发展方向。

参 考 文 献

[1]申耀伟，尤哲敏.高铁运营隧道衬砌质量地质雷达检测技术[J].铁道建筑，2012（12）：57-60.

[2]张家鸣.提高地质雷达隧道衬砌质量检测效果的几点措施[J].隧道建设，2014（7）：691-695.

[3]TB 10223—2004，鐵路隧道衬砌质量无损检测规程[S].