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摘 要：在对隧道衬砌质量实施检测过程中，由于地质雷达具有可靠、经济以及轻便灵活等特点，因此其应用越来越广泛，可以使隧道衬砌质量检测准确性进一步提高。本文首先对地质雷达的相关原理加以分析，并根据实际工程，对检测时的雷达图像和隧道缺陷进行分析，最后对提高检测精度的相关措施进行总结，旨在为今后检测提供借鉴。
关键词：图像特征;隧道衬砌质量;地质雷达
1 概述
地质雷达主要具有无损、高效、抗干扰能力强、可靠性、经济性、灵活性以及轻便性等特点，因此在对水利、市政、公路以及铁路等实施无损检测过程中，其应用越来越广泛。使用该种方法不但可以使隧道安全质量状况评价更加科学，还可以使隧道施工质量管理力度进一步提高，从而达到提高隧道施工质量的目的。因此施工单位在对隧道实施施工过程中，应以地质雷达为基础，对其衬砌缺陷进行分析，为施工管理提供依据。
2 地质雷达的主要原理
在实施地质雷达检测时，其本质是电磁波探测技术，具有连续、非接触、快速等特点，因此其分辨率高、采集速度快。电磁波的传递过程需要借助介质，因此介质的几何形态以及电性质与其波形、电磁场强度以及路径息息相关。因此，技术人员可以以接收波的波形、幅度以及双程走时（旅行时间）为基础，对地下介质分布情况加以分析。
接收部分以及发射部分为地质雷达重要组成部分，其中发射部分主要可分成天线（向外辐射电磁波）以及发射机（产生高频脉冲波）两部分，以60°～90°波束角的形式将电磁波发射到地下，在电磁波的传播过程中，若存在电性分界面，则会出现反射，随后由接收电线接收反射波及直达波，并将其传递到接收机，并对其图像进行处理，对前方目标体进行探测。图1为计算图。
其中：收发距为x（该值一般为固定的）;波速为v（介质一定时，该值固定）;目标体深度为z;t为电磁波双程走时。为了了解物体内部的介质剖面图，技术人员可以将接收天线和发射天线同步在物体表面进行移动进行探测。
3 对隧道衬砌质量进行检测时其典型图谱的主要特征
3.1 衬砌厚度
以原理为基础对地质雷达检测原理加以分析可知，在介质电性差異不断增加的过程中，其探测效果差异则会随之提高。因此在对衬砌混凝土实施检测过程中，其围岩和混凝土之间的接触密实度越高，质量越好，其反射能量则会相应降低，围岩和混凝的反射截面模糊性则会越高。技术人员在对雷达剖面图进行分析时，可以得到能量强、连续性好的反射波组，则可明确围岩或喷射混凝土与衬砌混凝土间分界面的具体位置，最终可对衬砌厚度进行分析。但是在对隧道围岩实施开挖施工时，通常会出现欠挖或超挖问题，导致围岩和衬砌截面反射波曲线具有一定的起伏。对衬砌厚度进行计算时，可以用以下式为依据：
其中：衬砌厚度为h;衬砌雷达波速为v;电磁波双程旅行时间为Δt（ns）。以图谱（图2）为基础，对其进行分析，可知部分施工段衬砌厚度与设计要求不相符。
当钢筋混凝土为二衬布设时，在电磁波趋肤效应等的影响下，混凝土中双层钢筋会使电磁波衰减，导致衬砌厚度计算困难进一步提高，为了使钢拱架更清晰，技术人员可以运用反褶积、滤波等手段对图像实施处理，与此同时，技术人员可以以钢拱架位置为依据，对二次衬砌厚度进行分析。
3.2 钢拱架和钢筋
对相关规范进行分析可知，雷达图谱所反映出的钢筋信号应为小双曲线形（见图3）;与此同时，雷达图谱所反映出的钢拱架信号应为月牙形（见图4）。
产生上述图谱的主要原因是，在对隧道实施检测过程中，其钢筋混凝土中的钢筋通常为多根并排的形式，相邻钢筋会产生干扰，由于雷达分辨率、钢筋间距以及直径等的影响，会使其呈现连续点状强反射;在对钢拱架进行检测时，其呈现出的形状为开口向下、分散的弧形，通常相较于钢筋，钢拱架的信号更强。
3.3 不密实和空洞
在对隧道衬砌质量进行检测时，不密实和空洞是常见的病害种类。当进行二次衬砌施工时，若所使用的工艺为模筑泵送混凝土工艺，拱顶施工接缝处极易出现三角形空洞，在雷达图谱上主要表现为相邻道间存在相位错位、同相轴呈弧形、相位反转、强反射以及多次性等特点。当存在不密实情况时，图像有较分散、强反射信号同相轴不连续。
以地质雷达技术为基础对隧道衬砌质量实施检测过程中，剖面还可以反映出高压线、机动车、钢板、台架以及模板台车等物体，与此同时，检测数据还会受到信号接收器以及移动电话的影响。在实施检测时，为了使检测数据更加准确，技术人员应减少外部干扰，若无法控制干扰，技术人员应对干扰信号进行记录，并对雷达图像实施观察，一旦出现异常则应对其原因进行查找，对构造物以及地下管线等情况实施分析，使检测准确性进一步提高。
4 保障检测精度的主要措施
4.1 对数据采集增益设置过程进行控制
技术人员在实施增益设置过程中，应采用现场锤击听声法对变强喷射混凝土进行测试，选择密实度最好的部位进行设置，由于隧道拱部极易出现脱空及崆峒等病害，因此技术人员不应拱部位置实施增益设置。除此之外，在对现场实施增益设置时，技术人员还应将雷达天线周围干扰物清理干净。
4.2 对干扰图像辨识以及病害识别过程进行控制
为了使隧道干扰图像辨别以及病害识别准确度进一步提高，技术人员不但需要熟悉干扰信号雷达图和隧道典型病害，还需要了解隧道施工和设计技术，对雷达图病害信号进行有针对性的分析。例如：当隧道出现超挖时，初期支护拱架会出现空洞或脱空等问题，此时图像中的异常强反射通常出现在深度0.2 m～0.4 m处。与此同时，当隧道内存在干扰源时，技术人员应对其进行记录，并对记录内容进行控制，提高其详细度，使数据内业分析更加准确;技术人员还应对异常信号原因进行判断，判断其异常原因是由干扰源导致的还是由衬砌内病害所导致的。在移动天线过程中，围岩和衬砌之间的表面反射信号和反射信号变化应为同步的，但是当隧道内存在干扰源时，其反射波会呈现反向变化的情况，以此为依据，便可对异常原因进行判断。
4.3 对隧道衬砌厚度检测进行控制
为了使波速数值更加准确，技术人员应多选择几个位置进行钻孔，并对波速平均值进行计算，当波速值为3～5个时，可以将其误差控制在5%的范围内。与此同时，在对波速进行检测时，技术人员还可以使用微电测深法（误差范围为-2 cm～2 cm），该种方法不需要打孔，且测量过程便捷，达到多次测量的目的。通过对检测过程进行分析可知，平均波速法可以将衬砌厚度误差控制在-5 cm～5 cm的范围内。
4.4 对隧道衬砌质量检测里程定位进行控制
在对隧道衬砌质量实施检测过程中，时间触发方式应用较为广泛。为了使其检测精度进一步提高，技术人员在进行现场采集过程中，技术人员应对天线移动速度进行控制，并尽量保持匀速，使里程内插误差进一步降低，与此同时，为了使定位里程准确度进一步提高，技术人员应提高记录的详细性。
5 结束语
在对隧道衬砌质量进行无损检测过程中，地质雷达技术应用越来越广泛，其不但可以为隧道竣工验收和施工质量控制提供借鉴，还可以对隧道运营安全性进行评价，在隧道维护、运营以及建设过程中起到了至关重要的作用。技术人员应充分了解地质雷达的检测原理，对质量缺陷进行分析，判断其图谱异常的主要原因，与此同时，技术人员还应对地质雷达检测准确性进行控制，使其判定更加准确，保障地质雷达的检测精度，从而达到提高隧道衬砌质量的目的。
参考文献：
[1]景胜.地质雷达在铁路隧道检测中的应用及典型图像分析[J].西部探矿工程，2015（4）：188-191.
[2]袁定超.地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用及探讨[J].铁道建筑技术，2015（10）：38-41+62.
关键词：图像特征;隧道衬砌质量;地质雷达
1 概述
地质雷达主要具有无损、高效、抗干扰能力强、可靠性、经济性、灵活性以及轻便性等特点，因此在对水利、市政、公路以及铁路等实施无损检测过程中，其应用越来越广泛。使用该种方法不但可以使隧道安全质量状况评价更加科学，还可以使隧道施工质量管理力度进一步提高，从而达到提高隧道施工质量的目的。因此施工单位在对隧道实施施工过程中，应以地质雷达为基础，对其衬砌缺陷进行分析，为施工管理提供依据。
2 地质雷达的主要原理
在实施地质雷达检测时，其本质是电磁波探测技术，具有连续、非接触、快速等特点，因此其分辨率高、采集速度快。电磁波的传递过程需要借助介质，因此介质的几何形态以及电性质与其波形、电磁场强度以及路径息息相关。因此，技术人员可以以接收波的波形、幅度以及双程走时（旅行时间）为基础，对地下介质分布情况加以分析。
接收部分以及发射部分为地质雷达重要组成部分，其中发射部分主要可分成天线（向外辐射电磁波）以及发射机（产生高频脉冲波）两部分，以60°～90°波束角的形式将电磁波发射到地下，在电磁波的传播过程中，若存在电性分界面，则会出现反射，随后由接收电线接收反射波及直达波，并将其传递到接收机，并对其图像进行处理，对前方目标体进行探测。图1为计算图。
其中：收发距为x（该值一般为固定的）;波速为v（介质一定时，该值固定）;目标体深度为z;t为电磁波双程走时。为了了解物体内部的介质剖面图，技术人员可以将接收天线和发射天线同步在物体表面进行移动进行探测。
3 对隧道衬砌质量进行检测时其典型图谱的主要特征
3.1 衬砌厚度
以原理为基础对地质雷达检测原理加以分析可知，在介质电性差異不断增加的过程中，其探测效果差异则会随之提高。因此在对衬砌混凝土实施检测过程中，其围岩和混凝土之间的接触密实度越高，质量越好，其反射能量则会相应降低，围岩和混凝的反射截面模糊性则会越高。技术人员在对雷达剖面图进行分析时，可以得到能量强、连续性好的反射波组，则可明确围岩或喷射混凝土与衬砌混凝土间分界面的具体位置，最终可对衬砌厚度进行分析。但是在对隧道围岩实施开挖施工时，通常会出现欠挖或超挖问题，导致围岩和衬砌截面反射波曲线具有一定的起伏。对衬砌厚度进行计算时，可以用以下式为依据：
其中：衬砌厚度为h;衬砌雷达波速为v;电磁波双程旅行时间为Δt（ns）。以图谱（图2）为基础，对其进行分析，可知部分施工段衬砌厚度与设计要求不相符。
当钢筋混凝土为二衬布设时，在电磁波趋肤效应等的影响下，混凝土中双层钢筋会使电磁波衰减，导致衬砌厚度计算困难进一步提高，为了使钢拱架更清晰，技术人员可以运用反褶积、滤波等手段对图像实施处理，与此同时，技术人员可以以钢拱架位置为依据，对二次衬砌厚度进行分析。
3.2 钢拱架和钢筋
对相关规范进行分析可知，雷达图谱所反映出的钢筋信号应为小双曲线形（见图3）;与此同时，雷达图谱所反映出的钢拱架信号应为月牙形（见图4）。
产生上述图谱的主要原因是，在对隧道实施检测过程中，其钢筋混凝土中的钢筋通常为多根并排的形式，相邻钢筋会产生干扰，由于雷达分辨率、钢筋间距以及直径等的影响，会使其呈现连续点状强反射;在对钢拱架进行检测时，其呈现出的形状为开口向下、分散的弧形，通常相较于钢筋，钢拱架的信号更强。
3.3 不密实和空洞
在对隧道衬砌质量进行检测时，不密实和空洞是常见的病害种类。当进行二次衬砌施工时，若所使用的工艺为模筑泵送混凝土工艺，拱顶施工接缝处极易出现三角形空洞，在雷达图谱上主要表现为相邻道间存在相位错位、同相轴呈弧形、相位反转、强反射以及多次性等特点。当存在不密实情况时，图像有较分散、强反射信号同相轴不连续。
以地质雷达技术为基础对隧道衬砌质量实施检测过程中，剖面还可以反映出高压线、机动车、钢板、台架以及模板台车等物体，与此同时，检测数据还会受到信号接收器以及移动电话的影响。在实施检测时，为了使检测数据更加准确，技术人员应减少外部干扰，若无法控制干扰，技术人员应对干扰信号进行记录，并对雷达图像实施观察，一旦出现异常则应对其原因进行查找，对构造物以及地下管线等情况实施分析，使检测准确性进一步提高。
4 保障检测精度的主要措施
4.1 对数据采集增益设置过程进行控制
技术人员在实施增益设置过程中，应采用现场锤击听声法对变强喷射混凝土进行测试，选择密实度最好的部位进行设置，由于隧道拱部极易出现脱空及崆峒等病害，因此技术人员不应拱部位置实施增益设置。除此之外，在对现场实施增益设置时，技术人员还应将雷达天线周围干扰物清理干净。
4.2 对干扰图像辨识以及病害识别过程进行控制
为了使隧道干扰图像辨别以及病害识别准确度进一步提高，技术人员不但需要熟悉干扰信号雷达图和隧道典型病害，还需要了解隧道施工和设计技术，对雷达图病害信号进行有针对性的分析。例如：当隧道出现超挖时，初期支护拱架会出现空洞或脱空等问题，此时图像中的异常强反射通常出现在深度0.2 m～0.4 m处。与此同时，当隧道内存在干扰源时，技术人员应对其进行记录，并对记录内容进行控制，提高其详细度，使数据内业分析更加准确;技术人员还应对异常信号原因进行判断，判断其异常原因是由干扰源导致的还是由衬砌内病害所导致的。在移动天线过程中，围岩和衬砌之间的表面反射信号和反射信号变化应为同步的，但是当隧道内存在干扰源时，其反射波会呈现反向变化的情况，以此为依据，便可对异常原因进行判断。
4.3 对隧道衬砌厚度检测进行控制
为了使波速数值更加准确，技术人员应多选择几个位置进行钻孔，并对波速平均值进行计算，当波速值为3～5个时，可以将其误差控制在5%的范围内。与此同时，在对波速进行检测时，技术人员还可以使用微电测深法（误差范围为-2 cm～2 cm），该种方法不需要打孔，且测量过程便捷，达到多次测量的目的。通过对检测过程进行分析可知，平均波速法可以将衬砌厚度误差控制在-5 cm～5 cm的范围内。
4.4 对隧道衬砌质量检测里程定位进行控制
在对隧道衬砌质量实施检测过程中，时间触发方式应用较为广泛。为了使其检测精度进一步提高，技术人员在进行现场采集过程中，技术人员应对天线移动速度进行控制，并尽量保持匀速，使里程内插误差进一步降低，与此同时，为了使定位里程准确度进一步提高，技术人员应提高记录的详细性。
5 结束语
在对隧道衬砌质量进行无损检测过程中，地质雷达技术应用越来越广泛，其不但可以为隧道竣工验收和施工质量控制提供借鉴，还可以对隧道运营安全性进行评价，在隧道维护、运营以及建设过程中起到了至关重要的作用。技术人员应充分了解地质雷达的检测原理，对质量缺陷进行分析，判断其图谱异常的主要原因，与此同时，技术人员还应对地质雷达检测准确性进行控制，使其判定更加准确，保障地质雷达的检测精度，从而达到提高隧道衬砌质量的目的。
参考文献：
[1]景胜.地质雷达在铁路隧道检测中的应用及典型图像分析[J].西部探矿工程，2015（4）：188-191.
[2]袁定超.地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用及探讨[J].铁道建筑技术，2015（10）：38-41+62.