地质雷达技术在电力隧道检测中的应用王立2王伟波2陈明2周作春1李华春2薛强2陈平2（１.北京市电力公司100031，２.北京市电力公司电缆公司100027） 摘要介绍了电力隧道结构方面常见的缺陷及其带来危害，通过引入在铁路、公路隧道质量检测中广泛应用的地质雷达技术，在电力隧道内进行了实际测试，测试结果表明，地质雷达技术能有效探测电力隧道衬砌厚度、密实度、钢筋分布、衬砌与背后土层之间的空洞等情况，能满足电力隧道主体结构探测的需要，可作为电力隧道质量检测、结构安全评估的重要技术手段。 关键词电力隧道地质雷达
0前言
北京地区约有500多公里的电力隧道，是非常重要的电力通道资源。电力隧道内常常有多路主网电缆及众多配网电缆，因此其结构安全性能对于电力主网及城市配网的安全稳定运行有着决定性的意义。
北京地区最早修建的电力隧道距今已近30年，设计寿命为50年，目前已经普遍出现开裂、钢筋锈蚀等情况，这些老隧道结构安全性能如何，需要有一个评估，以便为今后的技术决策提供依据。新建的电力隧道质量检查采用的是施工过程检查，分部验收，竣工验收，而且往往以外观检查为主，缺乏一套先进的电力隧道质量检查技术手段。通过采用地质雷达技术对电缆隧道进行检查可以发现隧道本体及隧道外的地质情况，可以用来对新建隧道进行验收检查和对老旧隧道进行定期状态评估。
1 电力隧道常见的结构缺陷及其危害
电力隧道的结构缺陷主要包括混凝土不密实、内部有空鼓，混凝土有贯通性裂缝，无回填注浆或回填注浆不足，混凝土厚度不够，混凝土强度不足，钢拱架间距过大，隧道结构背后土体产生空洞等情况，这些缺陷对隧道结构安全造成了很大的威胁。 1.1混凝土类缺陷
将混凝土不密实、内部有空鼓，混凝土有贯通性裂缝，混凝土厚度不足，混凝土强度不足统称为混凝土类缺陷。
暗挖隧道初衬层混凝土在喷射过程中，由于操作人员水平不足或喷射混凝土含水率过大，初衬层混凝土往往会出现蜂窝状的空鼓；现浇混凝土由于捣振不良，也会出现较大的空鼓；由于土体不均匀沉降，常常会引起未终凝的混凝土产生贯穿性裂缝；暗挖隧道由于土体欠挖，为保证隧道内部净空尺寸要求，常常导致混凝土欠厚；由于配合比制定不当或操作失误，会导致混凝土强度不足。
图1喷射混凝土蜂窝状空鼓
图2混凝土贯通性裂缝
混凝土类缺陷会导致混凝土抗压强度降低，承受正压力及侧压力的能力下降，并对混凝土内钢筋的保护作用降低。
1.2钢拱架间距过大
扩大钢拱架间距往往是施工单位偷工减料的主要手段，钢拱架设计间距为0.5米，一些施工单位为了减少钢材用量，甚至会将钢拱架间距扩大到1米以上，对隧道的承载能力构成了极大威胁。
图3钢拱架榀距图
1.3隧道背后土体空洞问题
暗挖隧道由于回填注浆压力不足，注浆管间隔过大等原因，往往会在初衬背后留下许多空洞。由于降水施工或地下水长期侵蚀，地下土层内往往会形成较大的空洞，这些情况都会对电力隧道结构安全造成极大的威胁。
因此，必须要引入一套先进的技术手段来对电力隧道的结构及所处地层环境情况进行检测，准确评估电力隧道主体结构的安全状况。结构无损检测的技术手段包括：超声回弹法检测混凝土强度，地质雷达检测结构状况等，其中又以地质雷达检测为关键。地质雷达技术用于铁路隧道、公路隧道结构探测已有多年，取得了很好的效果，应用上也很成熟，但在电力隧道结构检测方面的应用很少，由于电力隧道在结构上与铁路隧道、公路隧道非常类似，我们考虑将地质雷达测试技术引入到电力隧道结构检测中来。
2地质雷达测试原理[1] [2]
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地质雷达是一种宽带高频电磁波信号探测介质分布的非破坏性的探测仪器。它通过天线连续拖
动的方式获得断面的扫描图像。雷达利用向地下发射高频电磁波，电磁波信号在物体内部传播时遇到
吸波不同介质的界面时，就会反射、透射和折射。介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大；反射的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，通过雷达主机精确记录反射回的电磁波的运动特征，再通过数据的技术处理，形成断面的扫描图，通过对图像的判读，判断出地下目标物的实际情况。雷达天线向物体内部发射电磁波，由于物体内部的填充物或其密实度不同，则它们的介电常数不同，使电磁波在不同介质的界面处发生发射，并由物体表面的接收天线接收，根据发射电磁波至反射波返回的时间差和物体中电磁波的速度来确定反射体距表面的距离，达到检出物体内部的缺陷位置、深度及密实度等。根据上述原理，可用地质雷达仪探测隧道衬砌的厚度以及脱空、空洞、疏松等缺陷的位置、深度和范围、钢筋分布等情况。
生物质气化图4反射探测原理图
图5检测结果与实际结构的对照图
地质雷达主要利用宽带高频时域电磁脉冲波的反射探测目的体。
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χ在剖面探测中是已知的，ν值可以利用现成数据或测定获得，由式（1）可知，雷达根据测得的雷达波走时t ，可求出反射物的深度z 。
3地质雷达在电力隧道内实测效果
为检验地质雷达对电力隧道结构检测的实际效果如何，我们在北京110kV三元变电站电力隧道内进行了实测。
蒸汽泵零件事先在隧道内的探测试验段做了特殊距离标记，在拱顶布置三条测线，测线长度约3米，测量方向从隧道口向里（由南向北）。
分别用频率较高的天线（900MHz/800MHz）及频率较低的天线（500MHz/400MHz）进行探测。频率较高的天线探测深度小、分辨率较高，频率较低的天线探测深度大，分辨率较低。
测试结果如下：
表1 三元站电力隧道衬砌厚度检测表
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