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摘要：近些年来，随着我国的快速发展，我国的交通运输行业也在蒸蒸日上。我国的隧道的数量和质量与之前相比都有了很大的提高。在隧道的施工阶段中，对衬砌的质量检测是必不可少的一个重要环节。在质量检测的阶段中，目前最常用的一种方法就是利用地质雷达。这是因为地质雷达具有许多的优势，比如高效性，方便快捷性。地质雷达在近几年的发展中被逐渐的推广，应用范围正在逐渐的扩大，这也是因为它是一种具有先进技术水平的物理探测设备，用来探测不同物质，包括不同媒介中的非金属物质。其便携、坚固和高分辨率使之在同类检测设备中更能真实的反映地质情况及衬砌质量情况，数据更加可靠。本文主要介绍了地质雷达的工作原理，地质雷达所具有的优势以及在衬砌质量检测中的应用。
关键词：地质雷达；质量检测；工作原理
一、引言
近几年，随着我国交通运输事业的逐渐发展，对于隧道的衬砌质量检测要求与之前相比也变得更加的严格。在对隧道进行建造的环节中，衬砌是必不可少的一个方面。衬砌的质量直接影响着整个隧道的总工程质量。这是因为隧道的主要承重结构就是由衬砌所组成。因此对于衬砌的质量必须加以重视，及时的进行质量检测，以确保隧道的安全性。在对隧道的衬砌结构进行质量检测的环节中，可以采用的方法有很多种，比如超声波法、回弹法以及垂直反射法等等。但是，这些方法在近几年并不经常被采用。这是因为这些方法，效率性不高，并且需要的工作量非常的大，需要耗费大量的人力物力，并且也没有很高的代表性。地质雷达以它独有的特点在近几年被广泛的应用，具有效率高，分辨率强等优点。因此本文主要对地质雷达在检测过程中的应用进行了主要研究。
二、地质雷达的工作原理以及应用优势
（一）地质雷达的工作原理
高频率的电磁波是地质雷达的主要工作原理。高频率的电磁波在进行工作时，主要是以短脉冲的形式，有时还会以宽频电磁波的形式，经过存在于地表的天线进行发射。然后电磁波就会以短脉冲或者是宽频电磁波的形式被传送到地下，在地下会受到反射，可能是经过地下深埋的钢筋，也有可能是经过地下的渗漏区，被重新反射到地表，被存在于地表的天线重新接收。然后利用先进的科学技术对电磁波的特性进行分析，比如说电磁波的振幅等等，利用分析的结果对地下的目标体进行探索，就可以了解到地下目标体的形态和相关的特征。在对隧道的衬砌进行质量检测的时候，运用到的地质雷达相关设备主要会由两方面组成，一部分是天线，另一部分是控制主机。天线在质量检测的过程中主要的作用是发射高频率的电磁波以及接收从地下反射回来的电磁波。主机在质量检测中的作用是对信号进行严格的控制。
（二）地质雷达的应用优势
在地质雷达检测技术还没有出现的时候，往往采用目测法或者是打孔抽查的方法去进行质量检测。但是这两种方法作为传统的检测方法，有许多的缺点，已经不适用于当前隧道的衬砌的质量检测工作。目测法，通常来说，是由相关的工作人员直接目测来进行质量的检测。这个方法的主观意识比较强，所以检测的结果缺乏客观性，除此之外，由于目测法的人为因素比较高，没有运用科学的设备，所以检测的结果的误差也会比较大。打孔抽查法也是之前经常运用的一种方法，主要是通过打孔的方法，对衬砌的宽度以及空洞进行探究。这种方法主要的缺陷就是打孔有可能会对衬砌的结构造成破坏，进而对隧道进行破坏，有可能会带来安全隐患。而且，打孔抽查法需要进行打孔操作，这个环节会浪费大量的时间，降低了工作的效率。地质雷达法是一种先进的检测方法，具有很多的优点，采用比较科学先进的设备进行检测，保证了检测结果的科学性，同时也具有很高的效率，分辨率也比较高，方便快捷，所以，地质雷达在质量检测中应用的越来越广泛。
三、地质雷达进行质量检测的相关参数
（一）导电率
导电率，是物理学中的一个概念，主要是用来表示物体对电流的传递能力的大小。也可以用导电率来表示电荷在物体中的运行能力的大小。电磁波在物体中进行传导的过程中，导电率对于传导的过程以及效果有着直接的影响。物体的导电率直接影响电磁波在物体的穿透效果，穿透效果会随着导电率的增加而变得越来越差。因此，在运用雷达技术进行质量检测的时候，对于导电性能较低的物体，进行质量检测的效果较好，检测的结果的准确性也会较高，还可以利用地质雷达技术对物体内部的相关性质进行了解。如果物体的导电性能较好，那么进行雷达检测的效果就会不是很理想，对于雷达的信号会进行影响，从而对物体内部的信息不能全面的了解。对于导电率较低的物体，地质雷达技术有较好的使用效果，比如混凝土以及岩石都是导电率较低的。
（二）介电常数
对介电常数进行划分的时候，可以分为两个部分。一个是相对介电常数，另一个是绝对介电常数。两者都是指的电容器的电容增大到的倍数，但是两者不同的地方是电容器两个极板之间充的介质的不同。相对介电常数指的是充满电介质，而绝对介电常数，两个极板之间充的是电解质。在这两个介电常数中，相对介电常数对于地质雷达的检测质量有一定的影响，因为它可以影响电磁波在物体当中的传播速度。
四、地质雷达在隧道质量检测中的应用
（一）检测前的准备工作
在应用地质雷达进行隧道的质量检测之前，就需要进行一系列的准备工作。接下来把准备工作列了几点，第一，应该对隧道的高度进行测量工作，并且应该测量隧道的拱顶、轨面间高度以及隧道底间的高度。只有把隧道的相关数据测量完毕，才能更好的完成检测工作。第二，应该搜集相关的材料，对施工过程中可能出现安全问题的地方进行统计，并且给出相应的对策。第三，应该对隧道里面的渗漏水现象，以及比较潮湿的地方进行标记。第四，在进行检测的过程中，可能会出现一些障碍物，应该事先把可能出现的障碍物进行统计，并给出相应的处理方法。第五，应该对周围的环境进行充分的了解，看是否有影响雷达的干扰电源。以上都是事先需要进行的准备工作。只有准备工作做的到位，才能保证检测过程的顺利进行。
（二）具体检测过程
应该在隧道当中设置六条检测线，这六条检测线应该覆盖隧道的仰拱、拱顶等各个地方。通过这六条检测线来进行检测工作，可以根据检测线的位置来对检测设备的高度进行测量。在检测线的位置以及检测设备的高度确定好之后，就可以正式的进行检测工作。地质雷达设备需要用到天线，天线主要是用来发射和接收电磁波的。因此，在安放天线的时候，要注意把天线放到检测面的邻近处，这样才能更好的接收或发射电线波。最后把得到的数据进行进一步的处理，就可以获得雷达波形图。根据波形图，就可以对隧道进行质量检测。
五、隧道衬砌检测缺陷实例
（一）、衬砌常见的缺陷类型及形成原因
1、光面爆破效果是造成隧道衬砌背后脱空的重要因素。对于初支不设钢架，无论是否设计有初喷工序，光爆效果不好，由于防水板硬度的原因很难使得防水板与岩面密贴。
2、因初支钢架间初喷混凝土欠缺，使得初支表面不平整，造成起伏现象，同时防水板铺设松弛度难以掌握或固定点数量不足等原因，在防水板与喷砼面之间形成规则的被钢拱架断开的连续小空腔，防水板局部紧绷在防水板与喷砼面之间形成空腔，或铺设松弛度过大形成褶皱，造成衬砌背后不密实。
3、难以精确掌握混凝土用量及冲顶时混凝土泵的压力，或者混凝土浇筑过程中未振捣密实和混凝土本身发生收缩和徐变的特性，浇筑完成后混凝土受自重下沉，导致拱部混凝土灌注量不足而形成拱部局部空腔。
4、混凝土浇筑时没有严格落实分层逐窗浇筑工艺，仅利用个别窗口，导致混凝土流动距离过长，由于输送距离过大，压力不足而造成衬砌端头处存在空腔。
5、没有严格落实带模注浆工艺，衬砌背后缺陷没有被及时消除。或者注浆材料与衬砌混凝土物理特性差异较大，虽然已经注浆，但在检测时地质雷达显示仍然异常。
6、衬砌钢筋间距不足，衬砌内部无钢筋。
7、衬砌保护层厚度不足或过大。
（二）、检测依据
《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》（TB10223-2004）中对衬砌背后回填密实度划分为密实、不密实、空洞。其雷达信号特征如下：当界面反射信号较弱甚至没有界面反射信号时为密实；当衬砌界面的强反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续，较分散时不密实；当雷达检测数据中衬砌界面反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大时为空洞。
（三）、检测实例
1、衬砌钢筋间距不足缺陷检测实例
图1中二衬中反射波是由多个处在衬砌之间的钢筋组成的，对比设计图纸，能发现其钢筋间距过大且不均匀。
图3雷达检测脱空图像图4现场破检照片
3、空洞缺陷检测实例
图5为在建某高铁隧道检测发现典型空洞雷达图像，其表现为反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大特性。也就是需要根据空洞所处位置、大小、是否影响衬砌设计厚度等因素具体确定缺陷处理措施。
图7仰拱填充缺陷图8仰拱填充破检照片
（四）、检测常见问题及注意事项：
1、初支常见缺陷
欠挖导致欠厚——断面检查
围岩稳定性差变形——加强初支
人为阻断初支与围岩造成空洞——注浆
钢架与网片背后空洞——注浆，加强初支
钢架间距大
检测中注意事项：初支及路面平整度差，检测中保证车辆平稳匀速前进，天线与初支面密贴。
2、衬砌常见缺陷
欠厚——防水板挂设不牢固、初支侵限
脱空——①防水板与初支间脱空（局部防水板安设过紧，混凝土浇筑后造成脱空），②防水板与衬砌间脱空（顶部混凝土流动性差，浆液不满，收缩），③超挖
钢筋间距过大
检测中注意事项：车辆匀速，天线密贴，数据增益突变需保存并重新检测。
3、仰拱常见缺陷
欠挖——填充厚度不足
不密实——仰拱虚渣未清理
检测中注意事项：仰拱表面清洁，记录测线位置，天线密贴，车速适宜。
六、结束语
1、优点：地质雷达属于一种新兴的技术，并且在不断的发展中。在对隧道进行质量检测的过程中，地质雷达技术是一种很好的方法。不仅快捷方便，而且效率很高，不需要大量的人力物力。这些优点都将促进它的快速发展。
2、相关建议
（1）、检测过程中隧道报检段落障碍物尽量清理掉，检测时由于障碍物的阻挡不得不绕避，使得检测数据断断续续，影响数据分析质量。特别是仰拱检测，表面越是平整、干净，测的数据就越清晰。
（2）、检测发现的引起衬砌厚度严重不足的大空洞，建议制定专项处理方案，不能盲目注浆处理。
（3）、检测发现的仰拱缺陷问题产生的原因很复杂，建议根据取芯结果制定具体处理方案。
（4）、检测发现问题处理后复检时，检测线尽量与原来检测的线重合。
（5）、检测数据当地当天及时分析，对异常段落及数据失真段落及时重测，具备条件开孔验证，多开孔多验证是提高识别异常曲线能力最直接、最有效的方法。
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