公路隧道襯砌裂縫快速檢測(cè)描述及運(yùn)用探討

李汶洋

（四川川高工程技術(shù)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610000）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，隧道的數(shù)量逐年增加。隧道的數(shù)量越多，隧道的運(yùn)營(yíng)管理責(zé)任越大。由于公路建設(shè)技術(shù)的提升，隧道運(yùn)營(yíng)及養(yǎng)護(hù)水平與現(xiàn)在的交通技術(shù)較為匹配。隧道的數(shù)量增多，隧道的檢測(cè)技術(shù)要求也在提高，但現(xiàn)階段的隧道檢測(cè)，還是主要以人為為主，配合一些檢測(cè)設(shè)備儀器，而檢測(cè)設(shè)備及工具、檢測(cè)結(jié)果描述不能夠滿足檢測(cè)需求。同時(shí)人為檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)運(yùn)營(yíng)管理的隧道交通壓力較大，隧道檢測(cè)過程的規(guī)范急需建立［1-2］。

圖像技術(shù)的發(fā)展，各種隧道病害的識(shí)別算法運(yùn)用如：小波能量譜、壓縮感知理論算法［3］進(jìn)行隧道病害檢測(cè)評(píng)估，三維激光掃描技術(shù)用于地鐵隧道滲漏水檢測(cè)［4］，多尺度算法檢測(cè)隧道裂縫滲漏水的運(yùn)用［5］，以及采用分層綜合評(píng)定與隧道單項(xiàng)控制指標(biāo)相結(jié)合的方法建立了 公路隧道技術(shù)狀況評(píng)定方法［6］等。JTG H12－2015《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中隧道病害的描述多限于范圍，無較為準(zhǔn)確的量性標(biāo)準(zhǔn)。隧道的裂縫描述尤為突出，導(dǎo)致不同機(jī)構(gòu)及不同人員對(duì)隧道的檢測(cè)數(shù)據(jù)認(rèn)識(shí)結(jié)果不一致，限制檢測(cè)數(shù)據(jù)的運(yùn)用及隧道的管理品質(zhì)提升。

1 傳統(tǒng)檢測(cè)裂縫特點(diǎn)

1.1 檢測(cè)條件限制隧道檢測(cè)的全面性

隧道結(jié)構(gòu)是個(gè)條狀半圓形結(jié)構(gòu)，2 車道高度達(dá) 7 m，就需要采用其他設(shè)備進(jìn)行配合檢測(cè)。例如，高空作業(yè)車、腳手架、照明手電等。由于手電照明的范圍有限，人為的檢測(cè)速度緩慢，檢測(cè)的結(jié)果無法整體覆蓋隧道襯砌病害與位置；同時(shí)，由于隧道處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，不可能進(jìn)行過長(zhǎng)時(shí)間的封道；各方面綜合結(jié)果下，隧道的檢測(cè)結(jié)果更多的是邊墻的體現(xiàn)，檢測(cè)覆蓋不夠全面，直接影響隧道結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)。

1.2 檢測(cè)結(jié)果描述不一致

JTG H12－2015《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》是公路隧道檢測(cè)依據(jù)的規(guī)范和詳細(xì)的作業(yè)指導(dǎo)書。但其所謂的“詳細(xì)”主要體現(xiàn)在：檢測(cè)分項(xiàng)（土建、機(jī)電、其他）、檢測(cè)的內(nèi)容、經(jīng)驗(yàn)因素的分值評(píng)價(jià)體系。

規(guī)范在附錄中對(duì)一些指標(biāo)進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，但還是存在明顯的不足，例如：裂縫僅有水平方向的裂縫或剪斷方向裂縫，或橫向裂縫，不能夠完全定性進(jìn)行裂縫描述——斜向，網(wǎng)狀，或枝丫形的裂縫，這在實(shí)際檢測(cè)中描述出現(xiàn)了困難。同時(shí)公路水運(yùn)工程試驗(yàn)檢測(cè)綜合甲級(jí)或橋隧專項(xiàng)機(jī)構(gòu)對(duì)各種病害的描述不一致，不同公司之間存在技術(shù)壁壘。如表 1～ 3 所示是某機(jī)構(gòu)的檢測(cè)結(jié)果描述。

不同機(jī)構(gòu)隧道的描述不一致，導(dǎo)致隧道運(yùn)營(yíng)管理者在數(shù)據(jù)的運(yùn)用上存在選擇的困難，不利于數(shù)據(jù)的綜合運(yùn)用。

表 1 《規(guī)范》上隧道病害描述

表2 某檢測(cè)機(jī)構(gòu)隧道病害描述

1.3 運(yùn)營(yíng)公司對(duì)隧道的管理

隧道運(yùn)營(yíng)管理公司在選擇檢測(cè)公司對(duì)根據(jù)不同階段會(huì)有不同要求，因此選擇的隧道檢測(cè)的公司也會(huì)不同；隧道運(yùn)營(yíng)公司會(huì)根據(jù)隧道壁表面風(fēng)化程度，對(duì)隧道進(jìn)行裝飾，裝飾后的隧道一些病害會(huì)被隱藏，影響之后的檢測(cè)結(jié)果與判斷。

1.4 檢測(cè)結(jié)果的運(yùn)用

檢測(cè)的目的是陳述事實(shí)，并在事實(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行判斷。而現(xiàn)階段的檢測(cè)是以人為檢測(cè)為主，陳述的事實(shí)過程存在人為的描述與判斷。而影響人為判斷的因素有三個(gè)方面：第一，人的知識(shí)；第二，人的經(jīng)驗(yàn)與認(rèn)識(shí)；第三，對(duì)作業(yè)指導(dǎo)規(guī)范的理解。檢測(cè)結(jié)果不同人的理解會(huì)存在差異性：比如，邊墻高度、拱腰位置，縱向裂縫是水平直線，滲漏水狀態(tài)等等，這些參數(shù)都將影響到隧道結(jié)構(gòu)安全的整體判斷。

隧道檢測(cè)結(jié)果可信度的因素：檢測(cè)機(jī)構(gòu)、運(yùn)營(yíng)管理、人為因素。即便是這些因素不考慮，檢測(cè)結(jié)果運(yùn)用也需要考慮檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。只有具備將各個(gè)因素的影響降低到最小，檢測(cè)結(jié)果的價(jià)值才能發(fā)揮最大。

表3 某檢測(cè)機(jī)構(gòu)隧道病害描述

2 檢測(cè)的項(xiàng)目及其參數(shù)

JTG H12－2015《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定的檢測(cè)項(xiàng)目分為三大塊及占比：土建 60 %、機(jī)電35 %、其他 5 %，因此隧道基本檢測(cè)主要是以土建結(jié)構(gòu)檢測(cè)為主。

土建結(jié)構(gòu)檢測(cè)分為 9 部分及比例：洞口 15 %、洞門5 %、襯砌（襯砌破損及滲漏水）40 %、檢修道 2 %、排水設(shè)施 6 %、路面 15 %、內(nèi)裝飾 2 %、交通標(biāo)志 5 %、吊頂及預(yù)埋件 10 %。隧道檢測(cè)以襯砌對(duì)結(jié)構(gòu)安全影響較大。而隧道襯砌檢測(cè)中破損檢測(cè)對(duì)隧道安全影響比較直接。因此如何在檢測(cè)過程中真實(shí)準(zhǔn)確地描述隧道的破損顯得尤為重要。

隧道襯砌的破損描述主要是描述隧道的襯砌裂縫。從各個(gè)檢測(cè)單位的檢測(cè)報(bào)告中可看出裂縫的描述主要采用兩個(gè)參數(shù)：裂縫長(zhǎng)度及寬度，而裂縫深度在現(xiàn)階段的實(shí)際工作中不易進(jìn)行操作。

3 隧道裂縫快速檢測(cè)及描述數(shù)字模型

3.1 快速檢測(cè)概述

隧道的快速檢測(cè)發(fā)展比較成熟，國(guó)外的德國(guó) TS 3 和日本 MIMM 隧道檢測(cè)車，國(guó)內(nèi)的北京雷德華澳、武漢卓越科技 TFS 等，在裂縫檢測(cè)方面各具有特點(diǎn)。但基本原理是：采用高速高清攝像機(jī)對(duì)隧道襯砌表面進(jìn)行照相，通過圖像拼接技術(shù)拼接完整隧道襯砌，然后采用圖像識(shí)別技術(shù)，識(shí)別裂縫、襯滲漏水等隧道病害。

通過上面的描述，如果裂縫的描述無法確定其準(zhǔn)確的位置，無法描述隧道裂縫的準(zhǔn)確形態(tài)，將導(dǎo)致檢測(cè)數(shù)據(jù)使用存在不足。因此，裂縫描述需要建立一種統(tǒng)一的描述方式。

3.2 快速檢測(cè)的裂縫描述

對(duì)高速公路二車道隧道襯砌內(nèi)輪廓線的初步分析，隧道的內(nèi)輪廓線長(zhǎng)度約為 20 m，因此將隧道內(nèi)輪廓線在隧道軸線方向上展開，形成坐標(biāo)系以方便隧道裂縫描述。

3.2.1 坐標(biāo)系定義及特點(diǎn)

1）隧道洞口拱頂與軸線相交位置定義為零點(diǎn)或原點(diǎn)；

2）隧道的軸向定義為 X 軸，車輛行駛方向?yàn)檎较颍?/p>

3）垂直于 X 軸為 Y 軸，以面對(duì)隧道行車方向，垂直于左手為正向，反之為負(fù)向；

4）隧道裂縫長(zhǎng)度、寬度：L、W。

3.2.2 注意事項(xiàng)

1）隧道的臺(tái)車模板長(zhǎng)度一般為 10 m 長(zhǎng)度，施工縫間斷為 10 m；

2）隧道的單條裂縫長(zhǎng)度：縱向裂縫長(zhǎng)度不超過 10 m、環(huán)向裂縫長(zhǎng)度不超過 20 m；

3）隧道的裂縫寬度值 W 表示該條縫寬度最大值：0～Wmax；

有限元理論：將曲線形的裂縫劃分成有限的線段，采用有限元理論，進(jìn)行裂縫統(tǒng)計(jì)。

3.3 實(shí)例介紹

以某隧道為例，形成坐標(biāo)系進(jìn)行數(shù)據(jù)表示（見圖 1）。

圖1 隧道襯砌及裂縫展布圖

3.3.1 裂縫描述

a.裂縫 1——環(huán)向裂縫 L（A0A1）=（X0，Y0；X1，Y1），其中 X0=X1；

通過坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)度：

簡(jiǎn)單描述：樁號(hào) Kxx+00XA0，長(zhǎng)度 L（A0A1）=|Y0-Y1|，裂縫寬度為 WA，與軸線夾角 90°；

b.裂縫 3——縱向裂縫 L（D0D1）=（X0，Y0；X1，Y1），其中 Y0=Y1；

通過坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)度：

簡(jiǎn)單描述：樁號(hào) Kxx+00XD0～Kxx+00XD1，長(zhǎng)度 L（D0D1）=|X0-X1|，裂縫寬度為 WD，與軸線夾角 0°；

c.裂縫 2——斜向裂縫 L（B0B1）=（X0，Y0；X1，Y1）；

通過坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)度：

3.3.2 裂縫統(tǒng)計(jì)

將裂縫統(tǒng)計(jì)如表 4 所示。

3.3.3 數(shù)據(jù)的運(yùn)用

隧道裂縫的準(zhǔn)確描述，其運(yùn)用可從以下方面考慮：

1）建立檢測(cè)數(shù)據(jù)庫：隧道裂縫的位置準(zhǔn)確的描述，可運(yùn)用到檢測(cè)數(shù)據(jù)庫的建立，在數(shù)據(jù)庫中對(duì)比隧道裂縫隨時(shí)間的發(fā)展情況，指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)決策及工作開展；

2）規(guī)范養(yǎng)護(hù)工作：可驗(yàn)證檢測(cè)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)果，積累的檢測(cè)數(shù)據(jù)，可在大數(shù)據(jù)下進(jìn)行數(shù)據(jù)歸類形成養(yǎng)護(hù)規(guī)范，規(guī)范養(yǎng)護(hù)工作；

表4 裂縫統(tǒng)計(jì)表

3）指導(dǎo)在建或規(guī)劃隧道工作：檢測(cè)數(shù)據(jù)的積累，通過對(duì)比設(shè)計(jì)施工過程，反饋其中的不足，從而優(yōu)化規(guī)劃、設(shè)計(jì)、在建隧道的管理工作；

4）通過坐標(biāo)形式表示裂縫長(zhǎng)度，將長(zhǎng)度分解到 X（隧道行車方向）、Y（垂直于行車方向，隧道環(huán)向）方向，通過裂縫寬度、分解的長(zhǎng)度，按照段落進(jìn)行病害評(píng)定。

4 結(jié)語

按照規(guī)范的要求，運(yùn)營(yíng)隧道的檢測(cè)工作幾乎每年都有一次，通過將數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確描述，可將隧道的部分檢測(cè)工作弱化，或者加強(qiáng)某方面的檢測(cè)工作。同時(shí)將檢測(cè)數(shù)據(jù)的效益最大化，指導(dǎo)隧道的運(yùn)營(yíng)管理，減少檢測(cè)對(duì)交通的干擾，減少結(jié)構(gòu)安全對(duì)交通的影響，規(guī)范化管理、數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)交通安全運(yùn)營(yíng)。