你知道吗？城市地下纵横交错的隧道就像“地下血管”，但这些钢筋混凝土结构常年承受水压、土壤压力，一旦出现裂缝渗漏，可能引发路面塌陷等重大风险。传统“体检”方法要么像“盲人摸象”——靠钻芯取样判断局部质量，要么像“隔空猜物”——难以穿透新型复合衬砌材料。近日，同济大学团队在《Front. Struct. Civ. Eng.》发表研究，提出用探地雷达（GPR）给隧道做“无创CT”，通过300MHz最优频率，让地下结构缺陷无处遁形。

地下工程的“隐形铠甲”与检测困境

随着城市地下空间开发向深层推进，传统钢筋混凝土（RC）衬砌在高水压环境下“扛不住”了——抗裂性差、容易渗漏。于是工程师给隧道穿上“复合铠甲”：钢纤维混凝土（SFRC）层像“钢丝网”增强抗裂性，外层HDPE膜当“雨衣”防水，再加上注浆层加固。但这层“铠甲”却给质量检测出了难题：钢纤维会干扰电磁波信号，就像在探地雷达前撑起“信号迷雾”，传统GPR检测常常“看走眼”。

“过去要么靠钻芯取样‘开膛破肚’，损伤结构；要么检测结果模棱两可。”研究团队指出，新加坡深层隧道 sewerage 系统二期（DTSS Phase 2）等重大工程亟需无损检测方案。

三级验证揭秘：从电脑模拟到隧道实战

为破解这一难题，团队搭建了“数值模拟-模型实验-现场测试”三级验证体系，像“侦探破案”一样层层推进：

第一步：电脑里的“隧道模拟器”
研究人员用gprMax软件构建虚拟隧道，随机生成钢纤维分布——就像在电脑里撒了一把细钢针，模拟300MHz、400MHz、600MHz、700MHz四种频率的电磁波“穿透之旅”。结果发现，高频信号（600-700MHz）虽然“视力好”，能看清浅层界面，但遇到钢纤维就“晕头转向”；低频信号（300-400MHz）则像“远视眼”，能穿透深层却不失焦。

第二步：实验室里的“迷你隧道”
团队按1:1比例造了个“隧道模型”，从表层HDPE膜到内层RC衬砌一应俱全，甚至埋了钢板模拟缺陷。当300MHz雷达波扫过，屏幕上清晰出现5层界面的“回声”；而700MHz信号到第三层就“哑火”了——这说明低频信号穿透力更强，适合复杂结构检测。

第三步：新加坡工程现场“实战考核”
在DTSS二期隧道，300MHz雷达成功捕捉到注浆层厚度变化，数据衰减规律用指数函数拟合后，误差小于5%。团队还发现，钢纤维的“信号干扰”其实能反过来帮工程师判断纤维分布是否均匀——堪称“变废为宝”。

300MHz成“最优解”，未来或用于地铁隧道检测

实验数据显示，300MHz频率在穿透深度（≥1.5米）和信号稳定性（衰减系数0.133）上表现最佳，既能“看清”HDPE膜与SFRC层的黏结情况，又能定位注浆空洞。相比之下，700MHz虽然分辨率高，但衰减系数达0.261，就像手机在电梯里信号时断时续。

“这相当于给隧道医生配了台‘地下CT’，不用开刀就能判断‘病灶’。”研究人员表示，该方法已在新加坡工程中试用，未来有望推广到我国地铁、综合管廊等地下工程，让城市“生命线”更安全。

来源: FrontCIVlL