近年來，隨著我國快速客運交通以及市政工（gōng）程建設的迅速發展，越來越多的鐵路、公路隧道開始湧現（xiàn），伴隨（suí）而來的隧道二（èr）次（cì）襯砌（qì）質量問題層出不（bú）窮。科學、有效地探查二（èr）次襯砌質量（liàng）問題（tí），經濟、合理地（dì）預防和處治二次襯砌質（zhì）量缺陷，能極大地降低隧道（dào）病害的（de）發（fā）生，保證（zhèng）隧道施工及運營期間的安全。地質雷達以其特有的連續、無損、高效、便攜、高精度等特（tè）點，在（zài）隧道襯砌質量檢測中廣泛應用。
01
地質雷達工（gōng）作基本原（yuán）理
地質雷達作為一種淺層（céng）工（gōng）程物（wù）探方法的新技術，主要由主機、天線、輸出設備、測距係統及配套解譯軟件等部分組成（chéng）。根據電磁波（bō）在有耗介質中的傳播特性，地質雷達發射（shè）天線T以寬頻帶（106Hz~109Hz）短脈衝的形式向介質內發射高頻電磁波，當其遇到不均勻體(電性變化界麵（miàn）)時產生反射回波被另一天（tiān）線R接收，其反射係數由介質兩側的相對介電常數決定，通過對雷達主機所（suǒ）接收的反射信號進（jìn）行預處理、對圖像文件進行（háng）分析比對和解譯，達到識別隱蔽目標物、建立地下介質的結構模型的目的。
地質雷達在介質（zhì）中傳（chuán）播見圖1.電（diàn）磁波在特定介質中的傳播速度v是已知的，對於特（tè）定的天（tiān）線係統，收發距x是固（gù）定的，因此根據地質雷（léi）達記錄（lù）上的反射波與入（rù）射波的時間差t，即可根據下式算出異（yì）常目標物的埋藏深度h：
收發距x一般極小，因此實際工程（chéng）應用中（zhōng），埋藏深（shēn）度經常用h=vt/2近似得到。
雷達波反射信號的振幅與反射係數成正比，在以位移電流為主的低損耗介（jiè）質中，反射係數r可表示為：
式中，ε1、ε2為界麵上、下介質的相對介電常數。
反射信號的強度主要取（qǔ）決於上、下層介質的電性差異，電性差異（yì）越大，反射信號越（yuè）強。雷達波的穿（chuān）透深度主要（yào）取（qǔ）決於地下介質的電性（xìng）和中心頻率。導電率越高，穿透深度越小；中心頻率越高，穿透深度越小，反之亦然。
02
地質雷達在（zài）隧道二次襯（chèn）砌檢（jiǎn）測中（zhōng）的應用
2.1 工程概況
××隧道位於福建省福州市境（jìng）內，起（qǐ）始裏程DK76+944，終止裏程為DK78+805，全長1861m。隧道為（wéi）雙線（xiàn）鐵路隧道，設（shè）計時速200km/h，隧道內線間距為4.4～4.6m，采用有砟軌道碎石（shí）道床，軌道結構高度高766mm。隧道（dào）采用馬蹄（tí）形（xíng）斷麵，全包防水，采用複（fù）合式襯砌形式。
2.2 現場檢測
現場測試采用（yòng）勞雷SIR-4000地質雷達及配套（tào）的屏蔽（bì）天線進行。檢測時，天線與隧道襯砌表麵密貼，沿測線均勻滑動，滑動時（shí）天線不可停頓或脫開。
1）天線選（xuǎn）型（xíng）
針對本次檢測的具體情況，從分辨率、穿透深度和穩定性三個方麵綜合考量，選擇（zé）了900MHz的屏蔽天線。
2）記錄參數的確定
在選（xuǎn）定測量天線後，進行了記錄參數選取試驗。根據探測深度及目標物尺寸等，設置時（shí）窗深度為15ns，采樣點數為512，掃描速度為100掃描/秒，選取（qǔ）時間測量模式（shì）。
3）測線布置
根（gēn）據測試要求，雷達測線沿隧道縱向布置，共布置（zhì）5條連續測線，分別為：拱頂、左右（yòu）拱腰、左右邊牆。具體測線位置見圖2。
4）檢測流程
①為保證點位的準確，在檢測工作開展前，提前在隧（suì）道的邊牆上（shàng）每10m做好標（biāo）記，每50m設置裏程（chéng）樁號標識（shí），安排清理隧道內的雜物，準備好襯砌台車等工作台架（jià）。
②波速標定。電磁波在介質中傳播的速（sù）度主要取決（jué）於介質的介電常數（shù），材料不同其參數也不同，選擇適當的（de）介電常（cháng）數對於獲取目標體準確的深度信息非常重要，本次二襯質量檢測選取洞口（kǒu）電纜槽厚度可量（liàng）測部位進行波速標定，確定電磁（cí）波波速約為0.12m/ns，介電常數約為6.26。
③隧道檢測工作開始後（hòu），檢測工程師負責設備操作及（jí）記錄（測線位置、裏程樁號、標記間（jiān）隔、幹擾與（yǔ）異常），並負責現（xiàn）場（chǎng）協調，並安排專人負責天線數據采集及相關輔助工作(照明、車輛調度（dù）等（děng）)。
2.3 檢測數據處理與分析
1）數據分析流程及結果
采集的連續雷（léi）達掃描數據，經過對數據文件預處理後，采用配（pèi）套軟（ruǎn）件Radan7進（jìn）行分析解（jiě）譯，常見的處（chù）理流程包括：確定時間（jiān）零點→背景去除→帶通濾波→增益→反褶積→偏移（yí）歸位→2D交互式解（jiě）釋等。
隧道襯砌質量缺陷往往伴隨著區域介質的變化，如空洞、脫空、不（bú）密實、裂縫等混凝土介質中出現空氣介質層，而滲漏水則（zé）會造（zào）成混（hún）凝土襯（chèn）砌（qì）中產生含水層（céng），電磁波通過這些（xiē）介質躍變層時會產生相應的反射異常，電磁波的振幅與極性、頻譜特征、同相軸形態特征（zhēng）會出現明顯變化，這些（xiē）變化最終（zhōng）會（huì）在電磁波連續測（cè）線組成的灰度圖上反映出來。通過對檢測數據進行分析，本項目共計發現隧道襯砌（qì）質量問題397處，詳見表1.
2）二次襯砌質量（liàng）缺陷典型圖（tú）像
常見的二次襯砌質量缺陷包括空洞、脫空、不密實、襯砌厚度不足等。
①空洞（dòng）、脫空判釋要點（diǎn）：
空洞在地質雷達圖像上（shàng）顯示為孤立體信（xìn）號，襯（chèn）砌界麵反射（shè）信號強，三振相明顯，在（zài）其下部仍有強反射界麵信號，兩組信號時程差較（jiào）大（dà）。
脫空在地質雷達（dá）圖像上顯示為出現多次反射，電磁波同相軸呈（chéng）弧形，相位與相鄰道發生錯斷，振幅明顯增強。典型的（de）二次襯砌脫空圖像見圖3.
②不密實判釋要點
不密實在地質雷達（dá）圖像上顯示為淩亂、不連續的強反射能量團塊狀異常，電磁波波形（xíng）雜亂，同相軸錯斷[1]。典（diǎn）型的二次襯砌不密實圖像（xiàng）見（jiàn）圖4.
③襯砌厚度不足（zú）判釋要點
襯砌厚（hòu）度不足（zú）判斷的前提是準確判斷二次襯（chèn）砌與初支噴射混凝土的交界麵，進而得到二次襯砌的準確厚（hòu）度。由於噴（pēn）射混凝土與二次襯砌（qì）混（hún）凝土的電性參數相差較小，如它們之間接（jiē）觸較好，則可能沒有明顯的反（fǎn）射波或僅有微弱的反射波。因此交界麵的判斷則需要以二次襯砌混凝土中的第二排鋼筋網的下表麵（miàn）或者噴射混（hún）凝土中的初支鋼架、格柵拱架的上表麵等作為參照物（wù），如二次襯砌混凝土中同時出現（xiàn）脫（tuō）空，亦可通（tōng）過空氣層的上表麵來判斷。鋼架、格柵拱架在地質雷達圖像上顯示為分散（sàn）的或成對出現的月牙形強反射信號，鋼筋為連續的小尖波強（qiáng）反射（shè）信號。典型的隧道二次襯砌厚度不（bú）足圖（tú）像見圖5.
03
二次襯砌質（zhì）量問題產生的原因分析（xī）
3.1 二次襯砌脫空產生的常見原因
1）初期支護噴射混凝土施（shī）工質量較差（chà）
初支光爆（bào）效（xiào）果差，開挖麵不平順，超挖嚴重（chóng），初期噴射混凝土作業時，噴射厚度不足或超挖選用回填材料不當，不能（néng）完全填充圍岩表麵的（de）坑洞，初支鋼架或格柵拱架（jià）背（bèi）後未回（huí）填密實，二次襯砌難（nán）以與初期（qī）支護（hù）密（mì）貼，造成脫空。
2）防水板鋪設質量欠佳
如隧道初期支護表（biǎo）麵不平順，防水板鋪掛過緊，防水（shuǐ）板未與初支麵密貼，會導致二次襯砌混凝土澆築時，混凝（níng）土因防水板阻隔無法（fǎ）填充初期支護表麵凹槽（cáo）或坑洞，形成二襯背後脫空[2]。
3）二次（cì）襯砌混凝土澆築工藝控製（zhì）不（bú）當
二次襯砌混凝土拌製或配合比不當，會導致混凝土在澆築（zhù）過程中產生收縮。襯砌台車支撐不牢（láo）固或剛（gāng）度不（bú）足，脫模時間過（guò）早（zǎo），二襯混（hún）凝土下沉過大。注漿工（gōng）藝不當：泵送混凝土壓力不足、泵送角度不合理、混凝土（tǔ）流動性不夠、澆築間（jiān）隔時間（jiān）過長，拆管（guǎn）過早、封口不當等，都會導致二次襯砌背後脫空或空洞[3]。
3.2 二次襯砌厚度不足的常見原因
二次襯砌厚度不足的（de）常見原（yuán）因包含：
①測量放線精度低或爆破效果不（bú）理想，圍岩侵限造成二次襯砌厚度不足；
②預留變形量不足（zú），圍岩變形量過大；
③初支噴射（shè）混凝土局部（bù）過厚，二次襯（chèn）砌施工時未進行有效處理；
④二次襯砌（qì）背後脫空伴隨的二次襯砌（qì）厚度不足；
⑤處理塌方（fāng）過程中，對個別突出的岩石或初（chū）支拱架未進行處理，造成（chéng）二襯厚度不足。
04
二（èr）次（cì）襯砌質（zhì）量（liàng）問題專項處治
4.1 襯砌厚度不足專項整治方案
襯砌厚（hòu）度不足整治方（fāng）案設計時，首先必須（xū）對厚度不足成因進行區分：①圍岩欠挖（wā）導（dǎo）致襯砌厚度不足（zú）；②脫空導致厚度不足。
根據二次襯砌（qì）厚度值，襯砌厚度不足整治遵（zūn）循如下原則：①二次襯砌厚度大（dà）於設計厚度的90%，襯（chèn）砌表麵無（wú）裂損情況，采取長期觀察、監測處理。
②二次襯砌厚度為設計厚度（dù）的80%～90%，且缺陷段測（cè）線長度小於2m，襯砌表麵無裂損情況，采取長期觀察、監測處理。當拱部140°範圍內（nèi）有三條及以上（同一斷麵（miàn））測線顯示襯砌厚度（dù）為設計厚度的80%～90%時，采取拱（gǒng）部140°範圍鑿除二次襯砌舊混凝土，植筋，重築設計厚度（dù）的混凝土處理。
③二次襯砌厚度為設計厚度的80%～90%，且缺陷段測線長度大於2m，如果拱部140°範圍（wéi）二次襯砌存在缺陷（xiàn），采取拱部（bù）140°範圍（wéi）鑿除舊混凝土，植筋，重築設計厚度的混凝土處理；如果邊牆二次襯砌存在缺陷（xiàn），采（cǎi）取缺陷範圍鑿除舊混凝土（tǔ），植筋，重築設計厚度的混凝土。
④二次襯砌厚度小於（yú）設計厚度的80%，如果拱部140°範圍（wéi）二次襯（chèn）砌存在缺陷，采取拱部140°範圍鑿除（chú）舊（jiù）混凝土，植筋，重築設計（jì）厚（hòu）度（dù）的混（hún）凝土處（chù）理；如果邊牆二次襯砌（qì）存在缺陷，采取缺（quē）陷範圍鑿除舊混凝（níng）土，植筋，重（chóng）築設計厚度的混凝土。
⑤當鑿除襯砌邊緣距離環向施工縫小於1m時，需將鑿除襯砌邊（biān）緣（yuán）與環向施工縫之間不足1m的襯砌一並鑿除處理；拱部襯砌鑿除寬度不小於50cm。
素混凝土拱部140°拆換處理流程如下：脫空位置鑽孔檢查→確定欠厚拆換範圍→設置拱（gǒng）牆鋼架臨時支撐→拆除欠厚範圍拱部（bù）140°襯砌混凝土→施工縫處理→檢查驗收（shōu）→鋪設防水材料→檢查驗收→植入鋼筋→檢查（chá）驗收（shōu）→模築二（èr）襯混凝土→回填灌漿。拱部鑿除示意圖詳見（jiàn）圖6，縱向素混凝土襯砌厚度（dù）不（bú）足整治示意圖見圖7，素混凝土植入鋼筋示意圖見圖8。
4.2 二次襯砌背後脫空、不密（mì）實專項整治方案
二次襯砌背後脫空（kōng）整（zhěng）治方案設計時（shí），首先應判斷：
①脫空出現二襯與防水板之間，還是出（chū）現在初支與防水板之間；
②如脫空（kōng）同時伴隨著襯（chèn）砌厚度不足設計厚（hòu）度的1/2，應視作襯砌厚度不（bú）足，進行處理。
二次（cì）襯砌背（bèi）後脫空（kōng）采用注漿的方式進行（háng）處理，處理要點如下（xià）：
①對脫空和不密實範圍（wéi）進行物探和鑽孔驗證，鑽（zuàn）孔驗證數據為主，確定準確位置及範圍。
②襯砌鑽孔、安（ān）裝空口（kǒu）管。確（què）定脫（tuō）空和（hé）不密實範（fàn）圍後，對相應部位進行鑽孔，注漿孔采用φ45～50mm鑽孔，交錯布（bù）置，布置間距為1.0m×1.0m，根據空洞位置判斷（duàn）實際鑽孔深度是否刺破防水板；注漿時孔口設置φ32帶絲扣的孔口管（guǎn），並用植筋膠錨固在注漿孔內。孔口和孔口（kǒu）管安裝示意圖詳（xiáng）見圖（tú）9。
③注漿（jiāng）。
注漿前應進行吸水試驗，確定注漿參數。漿液配置（zhì）采用M30微（wēi）膨脹水（shuǐ）泥砂漿，水灰比0.6:1~1:1，灰砂比1:1~1:2.5.襯砌背後注漿時隧道縱向應由下坡至上坡方（fāng）向依次進行，采用逐漸加壓（yā）式注漿，至最（zuì）大壓力值（zhí）0.2MPa，注漿速度20~40L/min。當空洞體積≤1.5m3時填充水泥砂漿，＞1.5m3時填充C25細石砼。注漿過程中，相鄰注（zhù）漿孔應設置孔口塞，以免跑漿。
④注漿孔的處理。
注漿完成（chéng）後，先鑿出10cm×10cm×8cm（長×寬×深（shēn））楔形孔（孔底長度尺寸為13cm×13cm），將孔清洗幹（gàn）淨（jìng）後采（cǎi）用膨脹水泥砂漿封堵注漿孔，膠凝材料（水泥、膨脹劑（jì）和摻和料的總量（liàng））最少用量（liàng）為350kg/m，膨脹劑摻量不（bú）宜大於15%，不宜小於（yú）10%，水膠比不得大於（yú）0.5。注漿孔封堵示意圖詳見圖10。
05
結束語
隧道二次襯砌施工過程中常常出現空洞、脫空、厚度不足等質量問（wèn）題，地質（zhì）雷達因其特有的無（wú）損、高效的特點在二襯缺陷檢測中廣泛引用。隻有從初支源頭進（jìn）行控製，加強二（èr）次（cì）襯砌澆築質量，才能很好（hǎo）預防（fáng）二襯缺陷的產生。注漿回填及鑿除植筋是處理二襯缺陷的常見方法（fǎ），作業時必須加強過程控製，才能根治二襯質量問題，防止（zhǐ）隧道病害的產生。
