浅谈地质雷达法与敲击法在隧道衬砌检测检查中的联合应用

浅谈地质雷达法与 敲击法 在隧道衬砌 检测检查 中的联合 应用

裴向峰

中国铁路兰州局集团有限公司工程质量监督站 甘肃省 兰州市 730031

摘要：隧道衬砌施工时，容易出现空洞、混凝土厚度不足、混凝土不密实等问题，会为行车安全埋下隐患。在隧道衬砌质量的施工期检测和运

营期检查过程中，如何及时有效的找出衬砌背后的所有空洞，消除行车安全隐患，一直是困扰工务局的一个难题。本文以某某铁路某某隧道工程为依托，探讨在隧道衬砌质量检测检查过程中联合采用地质雷达法和敲击法探寻衬砌后空洞的有效性，为如何高效全面寻找衬砌背后的空洞提供一种新的思路。

关键词：隧道衬砌；检测检查；地质雷达法；敲击法

1. 前言

隧道衬砌经常发生拱顶衬砌掉块、渗漏水、涌水、空洞、修补的施工缝混凝土开裂掉块、拱顶冷缝开裂、防水板切割二衬、边墙裂纹等一系列问题^[1]。上述问题的存在，不仅对铁路的正常运营产生极为不良的影响，严重时可能导致安全事故的发生^[2-4]。为了准确掌握隧道的状态，提前诊断出隐患问题，及早制定出控制或消除措施，需要对隧道进行检测与检查^[5]。

2. 地质雷达法与敲击法在隧道衬砌质量检测检查中的联合应用

早在20世纪末，我国就已经引进地质雷达技术，并在隧道工程的衬砌质量检测中得到推广与应用^[6]。隧道工程施工建设期间，通过地质雷达检测技术的应用，能够预先发现施工过程中存在的一系列质量问题，进而采取针对性措施予以处置，提高隧道施工质量，确保运营阶段的安全性^[7]。现阶段，由于地质雷达技术有着快速、无损以及精度高等方面的优势，因而该技术在隧道工程质量检测工作中得到广泛应用^[8]。但是，由于地质雷达测试技术在实际应用期间受到各类因素的制约与影响^[9]，比如现场混凝土的介电常数以及混凝土龄期、混凝土表面的凸凹程度、混凝土内部铁质预埋件等，都会影响其测试精度和效果，严重时甚至可能会造成误判。

此外，地质雷达隧道衬砌无损检测是一种非全覆盖的检测。这是由地质雷达检测测线布设所决定的^[10]。在开展铁路隧道衬砌结构质量检测时，要严格按照《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》（TB 10223-2004)中的条款与要求进行。隧道施工过程中质量检测以纵向布线为主，横向布线为辅。纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰、左右边墙和隧底各布1条；横向布线可按检测内容和要求布设线距，一般情况线距8~12m。通过对地质雷达电磁波传播等相关理论的分析可知，常用的400M天线其探测深度与探测范围如表1所示，

表1 地质雷达400M天线的探测深度、探测范围、探测精度表

可见探测深度为1m时，其探测的范围最多为1.05m（此时介电常数为6）；即使探测深度为2m，其探测的范围最多为1.94m（此时介电常数为6）。所以布设的测线无法对隧道做到全覆盖检测。

在 隧道衬砌质量检查时，对于地质雷达检测没有覆盖的可疑地方，可以通过敲击法来补充检测。

通过对检查槌敲击声音的辨别，能够及时发现隧道结构中存在的衬砌空洞等问题。比如，敲击声音相对较脆清脆，声音以“铛、铛、铛”为主，则可判定衬砌混凝土相对密实；但是，敲击声音如果较为沉闷，声音以“咚、咚、咚”为主，这就证明衬砌混凝土可能存在着空洞等问题。对于隧道敲击法检查方法而言，受到诸多因素的限制，如果空洞部位的混凝土厚度较大，那么利用敲击法不能准确的辨别是否存在空洞问题^[11]。因此，需要结合无损检测资料，对空洞等病害做出进一步的判断。

总而言之，地质雷达法和敲击法有效的结合使用，可以无损、经济、快速、有效的完成隧道衬砌质量的检测检查工作。

3. 案例

通过某某铁路某某隧道衬砌质量的检测检查，证明了地质雷达法与敲击法组成的联合检测法的有效性、快速性和经济性。首先在施工阶段，通过地质雷达法的应用，能够及时发现拱顶等位置存在的衬砌空洞等问题^[12]。其次，对于自拱腰、拱顶等位置，在受到列车冲击的影响下，经常发生掉块等病害^[13]。因此，在开展检测工作期间，要将检查工作的重点放在拱腰至拱顶135°的范围内。在本项目中，通过开展检测工作发现存在的问题如图1、图2所示。此外，受隧道施工工艺与坡度的影响，在两板交接处的拱顶容易形成空洞，采用地质雷达发现缺陷（图3的红色矩形框）。

图1 某某隧道拱顶DK209+436～438二衬背后空洞

图2 某某隧道拱顶DK209+577.7～578.5二衬背后空洞

图 3 某某隧道某段衬砌地质雷达检测空洞图

对于这些地方，一方面施工阶段，增加环向测线来发现问题，尤其对拱腰至拱顶135°范围的衬砌进行加密测线的雷达检测，测线间距设为1.5m。另一方面，在隧道检查时采用敲击法，进行补充检测。发现隧道衬砌质量缺陷，如表2所示。此外，通过对某某铁路某某

表2 某某线某某隧道衬砌缺陷表

隧道大量的雷达检测数据与敲击检查数据的比对，还发现：①衬砌厚度小于20cm时，采用敲击法能辨别是否存在空洞；当衬砌厚度大于20cm时，采用敲击法很难根据声音来辨别衬砌背后是否存在空洞。②当空洞范围较大时，敲击法效果较好。

4. 结语

隧道工程衬砌结构的病害有着隐蔽性、复杂性的特点，对于衬砌混凝土而言，在受到列车高速通过等因素的影响下，隧道结构内部会产生相应的压缩波、膨胀波以及微压波等作用，在受到复杂气动效应的反复影响下，衬砌结构将会出现劣化、强度降低等一系列问题，严重时可能会威胁到隧道工程的使用年限与安全性。因此，在施工过程中采用地质雷达检测进行过程控制，工务段提前介入进行敲击法检查，可以在隧道运营之前发现问题，规避风险，及时排除安全隐患，把损失和造价投入降到最低。

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