隧道工程由于种种原因运营一段时间后，可能会出现表面裂纹、渗漏水等病害，通常这些病害多是由隧道潜在的隐患导致的，如衬砌厚度不足、衬砌背后存在大面积空洞或回填不密实等。由于隧道工程是隐蔽性工程，因此需要一种有效、快速、无损的方法和手段进行检测。本文结合具体应用实例介绍了地质雷达技术在隧道工程无损检测中的应用，供参考。
一、地质雷达方法概述
地质雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR)作为一种无损检测技术(Non-DestructiveDetection)，自上世纪70年代开始应用至今已有30多年的历史，在工程各个领域都有重要的应用，主要解决场地勘查、线路选择、工程质量检测、病害诊断、地质超前预报和地质构造等问题。地质雷达是利用高频电磁脉冲波的反射探测目的体及地质现象的[1，2，3，4]。
其探测过程如下：地质雷达通过发射天线向地下发射高频电磁脉冲，此脉冲在向地下传播过程中遇到地下介质分界面时会产生反射。反射波传播回地表后被接收天线所接收，并将其传入主机进行记录和显示，每一测点接收到一道雷达波形，一条测线上全部测点的雷达波形排列在一起，形成完整的雷达剖面，经过资料的后处理，进行反演解释便可得到地下地层或目的体的位置、分布范围、埋深等。
二、隧道工程检测应用实例
（一）隧道概况
某铁路隧道全长500m，隧道位于曲线上，坡度为8.8‰。该铁路隧道在里程K1047+899～K1047+944(隧标125m～170m)范围内，产生了衬砌裂纹22条，其中纵向裂纹18条(长度超过10m的有2条，裂纹长度界于5m到10m之间的有8条，5m以下的有8条)，环向裂纹4条，裂纹宽度分布在0.5mm～20.0mm之间;施工缝处渗漏水严重。运营部门发现了病害后立即采取了措施，并组织相关单位和部门对隧道进行了检测和维修加固。
（二）试验仪器及设备
本次试验采用的是加拿大Sensors&SoftwareInc.(简称SSI)公司生产的PulseEKKO1000A型地质雷达系统及其该公司开发的具有先进分析功能的EKKO-View Deluxe[5]数据分析处理系统。
（三）检测过程与方法
本次检测选用的天线频率为450MHz，数据采集采用连续模式对隧道壁进行快速扫描。该检测在电气化检修作业车平台上进行，检测时作业车匀速行驶，速度控制在3km/h。
1、试验仪器及设备
本次检测的里程范围为K1047+899～K1047+944(隧标125m～170m)，检测的隧道长度为45m，测线总长度为225m。测线布置在隧道拱顶(测线1)、左右拱腰(测线2和2’)、左右边墙(测线3和3’)，共5条测线。由于电气化接触网的限制，拱顶测线左偏移隧道中心线1250px，详细的测线位置及编号如图2所示。
2、数据分析与资料处理
为了将电性分布转化为介质分布，判读出衬砌厚度及背后回填等有用信息，必须对数据进行处理。数据处理是在EKKO-View Deluxe[5]专用软件下进行，该软件为PulseEKKO1000A型地质雷达配备的数据后处理软件，为视窗平台，包括项目建立、水平滤波、垂直滤波、二维滤波、属性分析、反褶积[6]、增益调节、色彩变换、数据编辑、偏移、地形校正、比例调节、数据自动处理、绘图等各种功能，为数据的后处理提供了便利条件。
3、电磁波传播速度测量
地质雷达检测衬砌厚度时，仪器记录的是界面反射波的双程走时。因此，只有求得地质雷达电磁波在衬砌砼中传播的速度，才能计算出衬砌的厚度。该隧道电磁波的传播速度是由已知厚度法求取的。在里程136 m拱顶处钻了一个孔，其衬砌厚度值及对应的双程走时分别是1750px和14.1ns，据此求得电磁波传播的平均速度为248.225px/ns。
（四）检测结果与分析
从检测结果来看，测线2’衬砌厚度满足设计要求;其余各测线大部分衬砌厚度达到设计厚度的0.90m以上，部分地段衬砌厚度分布在设计厚度的0.75～0.90m之间，但连续地段小于5m。在检测的测线中，共检测到11处衬砌背后松散回填区，该异常体分布的测线长度为83m，占测线总长度的47.4%。其中测线1回填松散区段16m，占测线长度的45.7%;测线2回填松散区段11m，占测线长度的31.4%;测线2’回填松散28m，占测线长度的80%;测线3回填松散区段26m，占测线长度的74.3%;测线3’回填松散区2m，占测线长度的5.7%。隧道衬砌检测典型GPR剖面图见图3。衬砌厚度部分不足及衬砌背后存在大范围的回填松散病害是导致隧道衬砌产生裂纹的其中一个因素。经综合考虑隧道衬砌裂纹、松散回填等病害，参照相关规范，该隧道衬砌安全等级评定为AA级，属极严重。
（五）检测结果验证
为判断检测结果的准确性，试验结束后进行了钻孔验证。
1、衬砌检测厚度验证及计算误差
衬砌厚度计算误差主要来源于电磁波速度变化和界面判识的准确度。一座隧道内，衬砌混凝土的标号和密实程度、不同区段含水量的不同等各种因素都会造成速度的变化。而在计算衬砌混凝土的厚度时，只能取一种固定的速度，从而形成厚度计算误差。界面判识(读取回波时间)的准确度，取决于界面明显程度、干扰波的大小和判识者经验，这些都可造成衬砌厚度计算误差。表1为检测结果与钻孔验证结果对比表。
隧道衬砌厚度误差可控制在±75px以内，能够满足工程上的精度要求。
2、衬砌回填松散验证
隧道衬砌背后回填情况检测结果与钻孔验证结果见表2。
三、结束语
应用结果表明，GPR具有无损性、高效率性、高分辨率、易判读性、抗干扰能力强的优点，值得在工程无损检测中推广使用。值得注意的是，GPR技术探测的地球物理基础是介电常数ε之间的差异，理论上混凝土的介电常数(6.4)与围岩介质的介电常数(水为81、粘土5～40、岩石4～15)之间有较大的差异，但由于工程材料的复杂性和围岩介质的不确定性，介电常数在一定范围内会有较大的变化，在某些探测区段可能会造成GPR剖面上反射界面不明显，需要在今后有待进一步研究和解决。
235
449717568