摘  要：探地雷达检测方法具有经济、无损、快速且直观的特点，利用探地雷达对地铁隧道施工过程中的地面建(构)筑物及衬砌质量进行检测，为建设和运营单位解决地铁隧道的安全隐患，及时确定维修与加固方案提供了依据。经现场验证，检测结果与实际基本吻合。

关键词：地铁；施工；雷达；探测

 

      探地雷达是进行浅部地球物理勘查最主要的工具之一，其雷达波频率高、波长短、分辨率高，可实现连续测量。利用高频电磁波束的反射探测地下目标体，已被广泛应用于工程地质调查、土木工程检测、矿产资源勘查、水文与生态环境调查、地质灾害预测、地下掩埋物的探测等众多领域，特别是在铁路隧道质量检测方面发挥着越来越大的作用。许多地铁公司开展了隧道衬砌及路面的地质雷达检测，以获得衬砌背后是否存在空洞及地下管线和地下构筑物的分布情况。

 

      探地雷达通过天线向岩土层中发射高频率、宽频带的短脉冲电磁波，经过存在电性差异的地层或目标体的反射后返回，由接收天线接收。高频电磁波在地下传播时，其路径 、电磁场强度以及波形等，将随所通过介质的电性性质及几何形态的变化而变化。通过计算电磁波在地下走时、振幅、频谱、瞬时功率谱和相位移等特征值 ， 来判断判断结构层的厚度、结构面的接触状况、结构体密实度与性质等，进而评价结构质量状况。因此，通过对时域波形的采集、处理和分析，可以确定地下界面、地质体的空间位置及结构。在常见介质中，水的相对介电常数最大为81，它与基岩介质相比较，存在明显的电性差异。当雷达电磁波穿越基岩与地下水活动带的界面时，将产生具有一定规律的多次强反射；当雷达电磁波穿越基岩与含水破碎带的界面时，也在界面产生强反射，并在含水破碎带内产生绕射、散射现象，导致波形紊乱，频率成分也由高频向低频剧变。其测试原理和基本组成如图1所示。

 

      浅埋地铁施工必然会对地面的建（构）筑物造成一定的影响，为确保地铁施工安全，掌握建（构）筑物在施工中的使用性能和状态，可利用地质雷达对其进行探测。以某在建地铁下穿民房和公路为例，该段盾构施工埋深较浅，一般在9  m范围内。在盾构施工过程中，民房出现明显震动并有裂缝出现，于是进行了探地雷达现场检测。根据现场实际线路走向、地形条件和周围环境情况，进行了测线设计与布置，如图2所示。

      现场路基下方存在问题的测试云图如图3～5。由图3可以看出，测线1段为横穿公路段，中部路基下方有明显的沉陷，未见明显空洞异常。由图4可以看出，测线2段路基下方也有沉陷，且中部介质不均匀，可能富水。由图5可以看出，测线3段下方局部沉陷，在房屋东南侧附近，在雷达剖面上有较为明显的异常反映，该区域路基有明显沉陷，路基下方回填松散，可能富含水。

      根据检测结果，提出建议：对该段路面及民房加强沉降监测，出现异常及时采取处理措施，对路基有明显沉陷、下方回填松散、富含水等区域建议进行注浆加固处理。

 

      地铁隧道衬砌质量检测采用沿隧道洞身延伸方向布置测线，测线在隧道内基本上均匀分布，一般布置5～7条测线，分别为左边墙、右边墙、左拱腰、右拱腰、拱顶、左隧底、右隧底等。测线布置见图6。

      衬砌背后回填密实度的主要判定指标：

      (1）密实。信号幅度较弱，甚至没有界面反射信号；

      (2）不密实。衬砌界面的强反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续；

      (3）空洞。衬砌界面的强反射信强，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，2组信号时程差较大。

      衬砌内钢筋钢架分布主要判定指标：

      (1）钢筋。连续的小双曲线形强反射信号；

      (2）钢架。分散的月牙形强反射信号。

      在某地铁隧道施工工程中，受业主委托作为第三方检测，对其施工质量进行探地雷达无损检测。检测发现衬砌后存在空洞或脱空、回填不实及衬砌厚度不足等情况，典型的雷达剖面云图见图7～9，各种缺陷所占比列见表1(检测长度3  644 m)。检测结果表明，本段隧道衬砌质量总体较好，局部存在厚度不足、脱空（空洞）以及回填不实等缺陷。针对检测中发现的质量问题，一定要引起足够的重视，加强观测，进行衬砌裂缝调查及隧道衬砌内断面的收敛量测，进一步判别变形程度，并确定隧道衬砌裂损劣化等级，采取切实有效地工程措施予以补强加固，保证施工过程及后续运营安全。

      我国把探地雷达运用到城市轨道交通隧道质量评估中起步较晚，只是近几年采用探地雷达对局部病害比较明显的地段进行探地雷达检测，取得了一定的成果和社会效益，如在大连地铁、北京地铁等线路应用探地雷达等检测方法对衬砌背后空洞等病害进行检测，经现场验证，检测结果与实际基本吻合，为建设和运营单位确定维修方案提供了依据。随着地铁衬砌结构的老化和安全运输的要求，对探地雷达评估地铁隧道状态的技术将会有更高的要求。例如，探测是在运营地铁隧道内进行，受到时间的限制，同时干扰比较多，因此，有必要发展车载地铁专用探地雷达系统。该系统应当为非接触性探测、天线具有较好方向性，能进行快速、连续和多条测线同时探测；采用探地雷达和其他方法相结合对隧道状态作出综合评价，为制定更加科学合理地维修和病害整治计划提供科学的依据。

 

[1] 李大心 . 探地雷达原理与应用[M]. 北京: 地质出版社, 1993.

[2] 曾昭发, 刘四新, 王者江, 等. 探地雷达方法原理与应用[M]. 北京:科学出版社, 2006.

[3] 刘杰. 探地雷达在既有线路应用[J]. 铁道建筑, 2006(10): 77-78.

[4] 陈礼伟. 地质雷达检测隧道衬砌质量中的问题研究[J]. 岩土力学,2003(增1): 146-149.

[5] 张蓓, 申付全, 王夏明. 探地雷达在隧道初支背后空洞检测中的应用[J]. 路基工程, 2009(3): 10-11.