在隧道襯砌檢測中的GPR 探地雷達應用

更新時間：2023-08-03

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根據《隧道襯砌質量無損檢測技術規程（T/CSPSTC 55-2020）》、《公路隧道檢測規程（T/CECS G-J60-2020）》、《鐵路隧道襯砌質量無損檢測規程（TB10223-2004）》等標準文件的指示，在隧道建設過程中需要對隧道襯砌結構的施工質量進行檢測。

合格的隧道襯砌包括:

開挖斷面達到設計要求；
初期支護數量達到設計標準；
圍巖、初噴混凝土、二襯混凝土間結合緊密等。

但在實際情況中，大部分隧道襯砌總有各種各樣的問題，如：空洞、脫空、不密實以及鋼筋缺失等，難以滿足上述合格標準。空洞和不密實主要出現在隧道各結構的內部，脫空則主要在連接部位。

探地雷達，可以有效檢測隧道圍巖、初支、二襯以及仰拱等結構的混凝土層厚度、鋼筋網分布以及內部缺陷等問題。

上述缺陷在雷達圖像上的主要表征有：

不密實：襯砌界面的強發射信號同相軸呈繞射弧形，且不連續，較分散[1]。
脫空：出現多次反射，電磁波同相軸呈弧形，相位與相鄰道發生錯斷，振幅明顯增強[1]。
空洞：襯砌界面反射信號強，三振相明顯，在其下部仍有強反射界面信號，兩組信號時程差較大[1]。

不密實脫空空洞

隧道襯砌常見缺陷及雷達檢測圖示

- 圍巖 -

1. 光爆效果不好造成的空洞

光面爆破控制不好，導致超挖、欠挖現象頻繁出現，隧道斷面出現鋸齒狀的起伏。雷達圖像上部顯示脫空，空洞規模小且不連續[3]。

初支和圍巖間空洞的雷達圖[3]

2. 超挖回填造成的不密實缺陷

當隧道的超挖尺寸過大時，若通過灌漿法或干砌法，進行片石而非同級混凝土回填，則容易出現片石間空隙未被混凝土填滿的現象，最終造成不密實缺陷。下圖為片石回填不密實的雷達圖像，襯砌設計厚度55cm，檢測厚度50cm，混凝土厚度沒有達到設計要求。背后混凝土不密實[3]。

片石回填不密實的雷達圖[3]

3. 大塌方或大溶洞形成的空洞

塌方是開挖時出現較大面積坍落的現象，一般沿隧道中線方向延續長度在2m以上，有時可長至10米，較大溶洞的尺寸還要大于塌方[3]。下圖是拱部溶洞經過處理后的雷達圖像，由于采用鋼筋混凝土加固，雷達信號出現強烈反射波組，檢測到襯砌混凝土后面有空洞，深度達到2.4m以上[3]。

襯砌背后溶洞的雷達圖[3]

4. 塌方回填造成的不密實缺陷

對小規模塌方（坍高1m左右）的處理要求和超挖相同-用漿砌片石填充，要求片石豎向擺放，用擠漿法施工，保證沙漿飽滿；禁止片石橫向擱置或用灌漿法、干砌法施工，否則片石間空隙不能填充混凝土，會造成不密實缺陷。

下圖所示是小規模塌方處回填片石的圖像。襯砌設計厚度45cm，檢測混凝土厚度55cm，混凝土厚度達到設計要求。背后回填片石沙漿基本飽滿，局部片石間存在少量空隙[3]。

塌方回填片石后的雷達圖[3]

5. 小溶洞

小溶洞的處理方法和塌方類似，雷達圖像特征基本相同。較大溶洞一般采用噴錨支護，以穩定溶洞處的巖體，再用漿砌片石回填洞穴。如下左圖所示，是溶洞回填后的雷達圖像[3]。

隱伏溶洞指在設計和施工過程中都沒有發現的溶洞。如果隧道圍巖水量豐富或有水腐蝕時，會逐漸發展成滲水、漏水等病害，在北方冬季還會形成凍害。下方右圖中，襯砌背后清晰地反映出隱伏溶洞的位置。該段襯砌混凝土設計厚度30cm,溶洞處在施工時已經發現有溶蝕現象，采用了鋼拱架加固，襯砌界面反射強烈。檢測出溶洞長度約5m,深度1.2~2.4m[3]。

溶洞回填片石雷達圖[3] 隱伏溶洞雷達圖[3]

- 初期支護 -

初期支護一般有噴射混凝土、噴射混凝土加錨桿、噴射混凝土錨桿與鋼架聯合支護等形式。

國內某隧道現場檢測初支

初期支護和二襯混凝土共同承擔隧道荷載。噴射混凝土厚度一般在5~25cm左右，二襯混凝土一般在30cm以上。由于隧道襯砌檢測一般安排在二襯完成之后，如果二者之間沒有空隙，檢測的混凝土厚度是噴射混凝土和二襯混凝土的綜合厚度；如果二者之間存在空隙，檢測的混凝土厚度則是二襯混凝土的厚度。噴射混凝土的厚度可以通過分析鋼筋網、格柵拱架以及襯砌背后脫空等缺陷的特征來綜合判定。

準確檢測噴射混凝土厚度要在二襯混凝土施工前進行，噴射混凝土厚度一般小于25cm。V級圍巖、局部IV級圍巖或大的塌方、溶洞段，作為初期支護的鋼筋網或鋼拱架，需要對其數量和位置進行檢測。