無損檢測技術(shù)在隧道檢測過程中的應(yīng)用

鄧會鵬 徐暉

摘 要：隧道檢測質(zhì)量的高低直接影響到整體工程的質(zhì)量與安全性，因此在隧道項(xiàng)目開展的過程中做好隧道的檢測工作非常必要。因此，本文結(jié)合實(shí)際以無損檢測技術(shù)為研究背景，在論述當(dāng)前隧道項(xiàng)目施工主要病害的基礎(chǔ)上，對常見的無損檢測技術(shù)進(jìn)行了深入的探討，同時(shí)依托某隧道項(xiàng)目案例，以地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測技術(shù)為研究背景詳細(xì)的探究了該技術(shù)的應(yīng)用過程。

關(guān)鍵詞：無損檢測技術(shù);隧道檢測;應(yīng)用

中圖分類號：U456.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 我國隧道施工的主要病害狀況

結(jié)合當(dāng)前的交通運(yùn)行實(shí)際情況分析發(fā)現(xiàn)，公路與鐵路隧道工程的項(xiàng)目數(shù)量是巨大的，因?yàn)檫@些隧道項(xiàng)目建設(shè)年限有所差異，質(zhì)量水平也有著很大的差距。在經(jīng)過了常年的運(yùn)行之后，導(dǎo)致隧道病害問題日益嚴(yán)重，極大的影響隧道運(yùn)行的安全性。從當(dāng)前的隧道工程的運(yùn)行實(shí)際情況分析發(fā)現(xiàn)，隧道病害問題主要是如下幾種：設(shè)計(jì)病害、地質(zhì)病害以及使用病害等。設(shè)計(jì)病害問題就是在設(shè)計(jì)中，并未綜合分析各種影響因素，考慮問題缺乏全面性，造成了很多病害問題的發(fā)生。目前的應(yīng)用環(huán)節(jié)內(nèi)，滲水漏水問題是比較常見的設(shè)計(jì)病害問題。因?yàn)樗淼赖奶攸c(diǎn)就是封閉性，所以其排水性能要盡量的提升，但是設(shè)計(jì)中卻并未考慮到氣候條件、地形狀態(tài)等額因素，導(dǎo)致排水設(shè)計(jì)存在著嚴(yán)重的問題。地質(zhì)病害問題多數(shù)是地質(zhì)災(zāi)害所引發(fā)的，因?yàn)榈刭|(zhì)活動的影響，隧道在運(yùn)行中極易出現(xiàn)裂縫、形變等嚴(yán)重的問題，使得隧道工程運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性根本不能滿足工程的使用標(biāo)準(zhǔn)要求。使用病害問題就是隧道在長時(shí)間的運(yùn)營中，因?yàn)閴毫Φ某掷m(xù)增加導(dǎo)致了其隧道地層出現(xiàn)了沉降或者斷裂等方面的問題，進(jìn)而導(dǎo)致隧道運(yùn)行的安全性難以滿足要求?？傊?，不管是哪一種隧道病害形式，要想從根本上進(jìn)行防治處理，就要了解其形成的原因，然后做出詳細(xì)的分析，最終可以總結(jié)出針對性的措施，可以確保隧道運(yùn)行的質(zhì)量和效率合格[1]。

2 無損檢測技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用

2.1 地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測技術(shù)

隧道工程項(xiàng)目的建設(shè)施工環(huán)節(jié)，地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測是目前應(yīng)用最為普遍的一種無損檢測技術(shù)。該技術(shù)是通過在隧道內(nèi)部空間中安裝電磁波發(fā)射器來實(shí)現(xiàn)高頻寬頻帶短脈沖的發(fā)射，然后利用電磁波在襯砌截面或者空洞內(nèi)進(jìn)行反射，就能夠利用接收天線將相應(yīng)的反射情況實(shí)現(xiàn)回收。由于在檢測操作中，襯砌介質(zhì)的傳播速度與節(jié)點(diǎn)常數(shù)都是已經(jīng)確定的，而電磁波在隧道內(nèi)傳輸時(shí)，因?yàn)樯疃仁艿筋l率、反射、導(dǎo)電率等方面的影響，不同材質(zhì)有著很大的差異。由于隧道的施工是統(tǒng)一規(guī)劃進(jìn)行的，所以材質(zhì)是比較一致的，而電磁波在傳輸時(shí)，遭遇到異常的情況就會出現(xiàn)反射回傳的情況，所以結(jié)合回傳具體的資料，可以實(shí)現(xiàn)隧道問題的深入分析。比如，材質(zhì)特性出現(xiàn)變化的情況，就說明隧道很有可能已經(jīng)出現(xiàn)了漏水、滲水等嚴(yán)重的病害問題，如果電磁波傳播周期發(fā)生了很大的變化，此時(shí)隧道內(nèi)的完整性也會比較差。結(jié)合上述這些問題，要做好進(jìn)一步的檢測與分析，了解隧道發(fā)生病害問題，然后根據(jù)實(shí)際情況做出施工措施的改進(jìn)，可以全面的提升項(xiàng)目施工效果。

2.2 紅外線高溫度照相技術(shù)

隧道項(xiàng)目檢測中，最為普遍的無損檢測技術(shù)就是紅外高溫度照相技術(shù)，該技術(shù)的具體工作原理如下所示：在隧道內(nèi)墻體發(fā)射出一定的輻射熱之后，紅外線能夠?qū)崿F(xiàn)墻體內(nèi)部溫度的分布狀態(tài)的記錄。表面溫度的變化一方面能夠直接體現(xiàn)出墻體內(nèi)部的表面流動情況，另一方面也能夠有效的影響結(jié)構(gòu)機(jī)理的終端，而墻體表面溫度終端也會直接體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的異常問題。因此，通過該方式能夠準(zhǔn)確的掌握隧道內(nèi)部所存在的結(jié)構(gòu)異常信息。在具體的檢測作業(yè)階段，能夠利用紅外照相機(jī)或者掃描儀來實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的檢測，其有著比較高的敏感性，尤其是冬季環(huán)境中使用該檢測方法，效果將會更好。通過使用紅外線高溫照相技術(shù)，具體能夠有效的掌握隧道內(nèi)的異常情況，主要是如下幾種：第一是襯砌與圍巖結(jié)構(gòu)部分的水流動問題。第二，襯砌背面地質(zhì)條件的檢查。第三，準(zhǔn)確的判定出隧道襯砌缺陷與空洞方面的問題。該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果是非常好的，但是其應(yīng)用也會因?yàn)橄旅鎺讉€(gè)方面因素的影響：第一，該技術(shù)的應(yīng)用要利用隧道墻體所形成的熱流來實(shí)現(xiàn)，一旦其熱流溫差是很小的，就會導(dǎo)致其應(yīng)用效果比較差。第二，該技術(shù)應(yīng)用中，如果隧道表面有覆蓋物等情況，就會導(dǎo)致熱流滲透難以達(dá)到要求。第三，該技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)對比，其精度相對較差，水流變動的情況之下，導(dǎo)致測量效果難以達(dá)到準(zhǔn)確度的要求[2]。

2.3 超聲脈沖法

超聲脈沖法為目前在隧道項(xiàng)目施工中所應(yīng)用效果最好的無損檢測技術(shù)，使用的范圍也比較大。該技術(shù)在應(yīng)用之下，能夠準(zhǔn)確的檢測確定隧道內(nèi)混凝土裂縫、孔洞以及蜂窩等問題，主要的檢測依據(jù)如下所示：第一，在低頻超聲波的傳輸中遇到有缺陷問題的情況之下就會導(dǎo)致繞射現(xiàn)象的發(fā)生。第二，超聲波在有缺陷問題的界面?zhèn)鬏斨袝嬖谏⑸涞膯栴}，所以接受的回波會有衰減情況的發(fā)生。第三，超聲波脈沖的多個(gè)頻率在遇到缺陷的結(jié)構(gòu)部分其衰減程度相差較大，接收回波也會有很大的不同。第四，超聲波在缺陷部位上會存在波形轉(zhuǎn)換或者疊加的問題，導(dǎo)致波形變化比較大。從這些方面分析，通過使用超聲脈沖方式來進(jìn)行隧道部分的病害檢測效果非常好，所以應(yīng)用范圍比較大。同時(shí)在隧道檢測的過程中，通過該方法的應(yīng)用還能夠?qū)Y(jié)構(gòu)內(nèi)部存在損壞的原因進(jìn)行詳細(xì)的分析與方便后續(xù)工作的開展。

2.4 多光譜分析測量

隧道工程項(xiàng)目開展無損檢測作業(yè)中，利用多光譜分析測量方式也是有非常積極作用的。該測量方法是應(yīng)用特殊標(biāo)準(zhǔn)要求的濾光鏡來實(shí)現(xiàn)隧道襯砌表面的拍照作業(yè)，然后進(jìn)行該部位的測量，通過拍照后就能夠利用多普投影機(jī)來實(shí)現(xiàn)膠片的分析。結(jié)合膠片內(nèi)部所能夠反映出的灰色陰影和膠片重疊之下所存在的光色差異方面，就能夠準(zhǔn)確的確定墻體表面濕度與隧道病害問題。該方式對于隧道裂縫的分析有著非常高的價(jià)值，一般能夠檢測出深度在0.3 mm的裂縫。從這一方面分析，多光譜分析檢測技術(shù)對于裂縫的檢測效果非常好[3]。

3 檢測技術(shù)應(yīng)用-以雷達(dá)檢測技術(shù)為例分析

3.1 工程概況

某工程項(xiàng)目在2003年建成投入運(yùn)營，是當(dāng)?shù)氐亩壒讽?xiàng)目中的單洞雙向行駛雙車道的隧道形式，總長度為389 m，在投入運(yùn)營的兩年之后就出現(xiàn)了襯砌結(jié)構(gòu)的裂縫問題，裂縫在半年后裂縫加劇。裂縫很多都達(dá)到了縫寬為2 mm～3 mm的縱向裂縫，從襯砌的拱頂?shù)焦把奈恢蒙洗嬖?，很多都是以拉裂的形式存在，邊緣是整齊的，沒有混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)部分，只是出現(xiàn)在隧道縱向的結(jié)構(gòu)位置上。

3.2 裂縫分布

施工的模段結(jié)構(gòu)部分表面，存在有比較嚴(yán)重的拱頂裂縫的問題，并且其主要是出現(xiàn)在比較多的結(jié)構(gòu)部分，裂縫距離隧道總長度的41.6%左右，同時(shí)以兩側(cè)較細(xì)、中間比較粗的形式所存在，以縱向分布的形式存在，寬度處于1 mm～3 mm之間，平均裂縫寬度在0.5 mm以上，深度超出了結(jié)構(gòu)層厚度的1/2。

3.3 襯砌混凝土質(zhì)量（厚度及缺陷）檢測

地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理主要的工作就是預(yù)處理、濾波分析等方面。預(yù)處理工作就是進(jìn)行增加標(biāo)題、標(biāo)志到數(shù)據(jù)文件中，標(biāo)記的核對、樁號信號核對，同時(shí)存在偏差的情況要做出糾正處理;濾波分析主要是進(jìn)行背景去噪和信號濾波等方面。按照目前所應(yīng)用的地質(zhì)雷達(dá)的波形圖做出分析，具體就是明確不同層厚度與缺陷部位的實(shí)際情況分析，然后確定缺陷問題的影響因素，主要是對于拱頂、左邊墻、右邊墻、左拱腰、右拱腰等結(jié)構(gòu)來進(jìn)行，這些位置要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)置雷達(dá)縱測線，以了解具體的襯砌厚度、襯砌空洞等方面的問題。同時(shí)，在測量中可以通過使用比較低頻率的雷達(dá)來進(jìn)行隧道內(nèi)破碎帶與無溶洞巖區(qū)的探測施工。

3.4 檢測隧道襯砌混凝土的強(qiáng)度

本次隧道工程項(xiàng)目中選擇應(yīng)用C25號為二次襯砌混凝土材料，其標(biāo)準(zhǔn)軸心抗壓強(qiáng)度為17.5 MPa，因此，在該項(xiàng)目的軸心抗壓強(qiáng)度性能設(shè)計(jì)中，確定該參數(shù)為15.8 MPa。經(jīng)過計(jì)算與分析，為了能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)的簡化，選擇使用參數(shù)相對較大的強(qiáng)度參數(shù)作為具體的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，然后將測量之后的強(qiáng)度轉(zhuǎn)化成為與C25號混凝土標(biāo)準(zhǔn)軸心抗壓強(qiáng)度值做出對比分析，能夠通過該標(biāo)準(zhǔn)來明確具體的強(qiáng)度性能參數(shù)。通過使用5個(gè)典型樣本空間來做好樣本點(diǎn)的檢測，要進(jìn)行拱頂、右拱腰、左拱腰等結(jié)構(gòu)部分的分析，然后能夠?qū)Ρ确治龀霾煌恢玫幕炷翉?qiáng)度性能的差異，如表1。

表1 混凝土強(qiáng)度優(yōu)劣表

強(qiáng)度狀況 不合格 合格 良好 優(yōu)良

百分比/% 0 47.6 47.6 7.7

從上表數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，各個(gè)結(jié)構(gòu)位置上的混凝土抗壓強(qiáng)度參數(shù)都能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，且強(qiáng)度符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因此，在實(shí)施該試驗(yàn)階段，能夠保證隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求，綜合性能完全達(dá)標(biāo)。

3.5 檢測結(jié)果分析

（1）對于隧道內(nèi)圍巖區(qū)中的地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行檢測結(jié)果分析：①利用觀察地質(zhì)雷達(dá)探測圖像的方法，并未有局部空間的繞射問題，但是反射的問題相對比較嚴(yán)重，從這個(gè)方面進(jìn)行分析，其主要是因?yàn)榱严栋l(fā)育之下所形成的。②地質(zhì)雷達(dá)探測圖像主要是出現(xiàn)在0 ns～280 ns，結(jié)合該內(nèi)容進(jìn)行分析，波同相軸內(nèi)的現(xiàn)象是非常明顯的，且有著非常高的連續(xù)性效果。從這一方面分析發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)雷達(dá)檢測區(qū)并未有嚴(yán)重的破碎帶與溶洞等方面的問題。

（2）在整個(gè)隧道內(nèi)的五條不同檢測線數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的掌握和分析，了解到檢測結(jié)果不管是隧道左右邊墻還是左右側(cè)壁的部分，還有就是隧道拱頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)部分檢測，都沒有發(fā)現(xiàn)有比較嚴(yán)重的破碎帶問題的出現(xiàn)，也沒有存在脫空嚴(yán)重的情況。而圍巖與錨噴混凝土施工的密貼效果是比較好的，各個(gè)結(jié)構(gòu)部分的性能合格，所以襯砌背面沒有發(fā)生溶洞的缺陷問題。

4 結(jié)語

綜上所述，隧道為交通工程的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其安全性、穩(wěn)定性對于人們的生命健康安全有著直接的影響。但是隧道病害問題也是極為常見的，所以要加強(qiáng)檢測和控制，能夠利用無損檢測技術(shù)確定隧道工程是否有病害問題，一旦發(fā)現(xiàn)存在任何質(zhì)量問題，都要積極采取必要的措施進(jìn)行處理，提升隧道工程的運(yùn)行質(zhì)量與安全性。

參考文獻(xiàn)：

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