無損檢測(cè)技術(shù)在隧道工程測(cè)量施工中的應(yīng)用

趙佳楠

（中鐵一局集團(tuán)有限公司廣州分公司，廣東 廣州 511492）

隧道的結(jié)構(gòu)狀況及其耐久性能直接反應(yīng)隧道施工技術(shù)狀況，由于隧道工程工序復(fù)雜，隧道結(jié)構(gòu)的耐久性能會(huì)受到多種不確定因素影響，出于對(duì)隧道工程的質(zhì)量保障，在隧道工程施工完成后需要利用技術(shù)和方法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，目前，隧道施工質(zhì)量測(cè)量已經(jīng)成為隧道工程施工過程中一項(xiàng)重要測(cè)量程序。隧道工程測(cè)量主要是對(duì)隧道外觀、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及裂縫狀況等檢測(cè)，當(dāng)隨后測(cè)量項(xiàng)目均達(dá)到檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)后，說明隧道工程施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)，如果發(fā)現(xiàn)任何一個(gè)測(cè)量項(xiàng)目不符合標(biāo)準(zhǔn)，則需要重新施工或者采取一些補(bǔ)救措施。檢測(cè)技術(shù)在隧道工程測(cè)量施工中應(yīng)用雖然可以保證隧道施工質(zhì)量，但是，檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用過程中也會(huì)對(duì)原本隧道結(jié)構(gòu)造成一定的損傷，不能最大程度保證隧道施工質(zhì)量，因此，隧道工程測(cè)量施工成為公路隧道建筑行業(yè)繼續(xù)解決的難題。2004年，H.J.Gim、Roddins等人在對(duì)不同種類的隧道工程測(cè)量施工中應(yīng)用了電磁波無損檢測(cè)技術(shù)，測(cè)量結(jié)果與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比精度大致相同，但是，在測(cè)量施工過程中沒有對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生任何傷害，之后無損檢測(cè)技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用到隧道工程測(cè)量施工中。無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用能夠保證隧道質(zhì)量，為此提出無損檢測(cè)技術(shù)在隧道工程測(cè)量施工中的應(yīng)用。

1 無損檢測(cè)技術(shù)在隧道工程測(cè)量施工中的應(yīng)用

1．1 無損檢測(cè)技術(shù)在隧道裂縫測(cè)量施工中的應(yīng)用

將電磁波發(fā)射器作為電磁波信號(hào)源，利用波導(dǎo)桿將電磁波信號(hào)傳遞到隧道裂縫測(cè)量區(qū)域，以無線傳感器作為信號(hào)接收裝置，采集到隧道裂縫電磁波信號(hào)。根據(jù)隧道施工環(huán)境以及被測(cè)電磁波發(fā)射源頻率范圍選擇一款合適的無線傳感器，由于隧道裂縫擴(kuò)展產(chǎn)生的電磁波信號(hào)主要能力集中在168～223kHz頻段范圍內(nèi)，電磁波信號(hào)的峰值頻率基本在210kHz左右，因此以型號(hào)為DIBO-FO上引線傳感器作為電磁波信號(hào)接收裝置，其工作參數(shù)設(shè)置如表1所示。

無線傳感器安裝完后還要選擇一個(gè)合適的波導(dǎo)桿，波導(dǎo)桿的選取需要考慮隧道工程測(cè)量施工環(huán)境，目前，用于隧道工程測(cè)量施工的波導(dǎo)桿直徑為41.5mm，鋼材厚度為10.55mm的16號(hào)圓鋼作為波導(dǎo)桿的母材，波導(dǎo)桿的長(zhǎng)度還需要結(jié)合具體測(cè)量施工需求，通常在300～500mm。利用固定裝置將傳感器與波導(dǎo)桿固定在測(cè)量范圍內(nèi)，然后，電磁波發(fā)射器開關(guān)對(duì)隧道裂紋信號(hào)進(jìn)行采集。

表1 隧道裂縫信號(hào)采集參數(shù)表

在電磁波信號(hào)采集過程中，如果周圍存在電纜、高壓電線等其它金屬介質(zhì)，會(huì)干擾信號(hào)采集，使采集的電磁波信號(hào)為連續(xù)性發(fā)生信號(hào)，此時(shí)，采集到的發(fā)射參數(shù)對(duì)裂紋檢驗(yàn)沒有任何意義，因此，需要對(duì)采集到的電磁波信號(hào)進(jìn)行處理，將無用信號(hào)進(jìn)行刪除。采用轉(zhuǎn)換法對(duì)無線傳感器采集到的電磁波信號(hào)進(jìn)行處理，首先，將采集到的電磁波信號(hào)進(jìn)行分解，分解成各個(gè)頻段的信號(hào)，得到各個(gè)頻段的電磁波能量，然后，選取一定頻段信號(hào)進(jìn)行信號(hào)重組，重組后的信號(hào)噪聲值較小。將處理后的電磁波信號(hào)以相同長(zhǎng)度分成兩份，將信號(hào)長(zhǎng)度設(shè)定為2t，假設(shè)前半部分電磁波信號(hào)為a，后半部分電磁波信號(hào)為b，從而得到相關(guān)系數(shù)ρ，其計(jì)算公式如下所示:

式中，n為采集的電磁波信號(hào)總數(shù)量；ν為前半部分電磁波信號(hào)數(shù)量；υ為后半部分電磁波信號(hào)數(shù)量。如果計(jì)算的相關(guān)系數(shù)ρ值大于0，說明隧道該區(qū)域存在裂縫；如果計(jì)算的相關(guān)系數(shù)ρ值小于0，說明隧道該區(qū)域不存在裂縫，以此實(shí)現(xiàn)無損檢測(cè)技術(shù)在隧道裂縫測(cè)量施工中的應(yīng)用。

1．2 無損檢測(cè)技術(shù)在隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)量施工中的應(yīng)用

無損檢測(cè)技術(shù)在隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)量施工中的應(yīng)用主要是檢測(cè)錨桿的力學(xué)狀態(tài)。在測(cè)量施工前，要對(duì)錨桿端頭磨平，利用隧道工程錨桿無損檢測(cè)儀器以激振的方式向錨桿發(fā)射應(yīng)力波，在待測(cè)錨桿端頭安裝一個(gè)檢波器來接收錨桿體系內(nèi)反射回來的反射波，激振裝置和接受裝置如圖1所示。

檢波器接收反射波的頻率寬度設(shè)置為500Hz～12kHz，為了提高施工進(jìn)度，采用插入分析法利用六個(gè)通道同時(shí)進(jìn)行信號(hào)采集，差插入分析法可以有效抑制外界交流干擾，可以節(jié)省信號(hào)處理程序。通過識(shí)別到的應(yīng)力波信號(hào)計(jì)算出隧道錨桿自由段的長(zhǎng)度，其計(jì)算公式如下：

圖1 激振裝置與接收裝置外觀圖

式中，L為隧道錨桿自由段長(zhǎng)度；K為隧道錨固段上界面反射波信號(hào)所旅行的時(shí)間；S為應(yīng)力波在自由錨桿中傳播速度。利用上述公式計(jì)算出錨桿自由段長(zhǎng)度，如果得到的錨桿自由段長(zhǎng)度超過錨桿整體長(zhǎng)度的1/3，則說明隧道該錨桿將不會(huì)起到支護(hù)作用，需要重新進(jìn)行支護(hù)施工；如果得到的錨桿自由段長(zhǎng)度小于錨桿整體長(zhǎng)度的1/3，說明隧道該錨桿施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)。通過以上無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)隧道裂紋以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)無損檢測(cè)技術(shù)在隧道工程測(cè)量施工中的應(yīng)用研究。

2 結(jié)語

此次結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)在隧道工程測(cè)量施工中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，有利于提高隧道工程施工質(zhì)量，以及工程效率，對(duì)推廣無損檢測(cè)技術(shù)在隧道工程施工的應(yīng)用具有重要意義。由于此次研究時(shí)間有限，雖然在該方面取得了一定的研究成果，但在研究?jī)?nèi)容上還存在一些不足之處，今后仍會(huì)對(duì)此次研究課題進(jìn)行進(jìn)一步研究。