隧道衬砌检测技术探讨

隧道衬砌检测技术探讨【摘要】隧道施工中不可预见因素较多，且其主体部分为隐蔽工程，工程质量检测较为困难。并且隧道衬砌厚度不足、衬砌与围岩不密实与脱空，衬砌内裂缝、空洞与回填疏松地段积水、衬砌渗水、钢筋分布与设计不符等问题是隧道工程的主要质量问题。因此对隧道衬砌质量进行检测很有必要，本文针对此对隧道的衬砌提出相应检测技术，旨在为同类工程提供参考借鉴。【关键字】隧道衬砌；衬砌检测；探地雷达；混凝土强度1、工程概况中山某车站呈南北走向，车站右线总长165.1m，左线总长159.1m。右线暗挖隧道范围共计87.9m,左线暗挖隧道范围共计159.1m，其中车站两端共计14.1m与风道合建。主体暗挖隧道分aⅰ型、aⅱ型、b型、c型、d型共五种断面。aⅰ型复合式衬砌适用于普通ⅳ级围岩段；aⅱ型复合式衬砌适用于普通ⅲ级围岩段；b型复合式衬砌适用于车站加宽段，对围岩为ⅳ级；c型复合式衬砌适用于风道与车站接口段，对应围岩为ⅳ级；d型复合式衬砌适用于接触网隔离开关安装段，对应围岩为ⅳ级。联络通道分aⅰ型、aⅱ型、b型共三种断面。aⅰ型复合式衬砌适用于普通ⅳ级围岩段；aⅱ型复合式衬砌适用于普通ⅲ级围岩段；b型复合式衬砌适用于底部加设电缆通道的联络通道，对围岩为ⅲ级。2、检测技术方案由于隧道工程是在复杂地质条件和施工环境相对恶劣的条件下进行，隧道衬砌厚度不足、衬砌与围岩不密实与脱空，衬砌内裂缝、空洞与回填疏松地段积水、衬砌渗水、钢筋分布与设计不符等问题是隧道工程的主要质量问题。因此对隧道衬砌质量进行检测很有必要。地质雷达在探测衬砌厚度、衬砌层背后存在空洞或回填不密实等方面有着显著的优势，而且对目标体没有任何损害。利用探地雷达进行隧道衬砌质量无损检测，对衬砌厚度不足、拱部衬砌背后存在空洞或不密实或强度不足的隧道段进行检测和及时处治，这对控制工程质量发挥了重要的作用。本次对本隧道衬砌质量检测主要包含以下内容：（1）衬砌厚度检测；（2）隧道衬砌背后的回填密实度检测；（3）衬砌内部钢筋的分布及保护层厚度检测；（4）衬砌混凝土强度检测。3、隧道衬砌检测实施策略3.1探地雷达无损检测本隧道衬砌质量无损检测使用世界领先的美国gssi公司sir-20型地质雷达，选用中心频率分别为400mhz及1600mhz屏蔽天线相结合，对隧道衬砌的厚度、密实情况及钢筋分布情况进行探测。地质雷达系统主要由以下几部分组成：（1）控制单元是整个雷达系统的管理器，计算机（32位处理器）对如何测量给出详细的指令。系统由控制单元控制着发射机和接收机，同时跟踪当前的位置和时间。（2）发射机根据控制单元的指令，产生相应频率的电信号并由发射天线将一定频率的电信号转换为电磁波信号向地下发射，其中电磁信号主要能量集中于被研究的介质方向传播。（3）接收机把接收天线接收到的电磁波信号转换成电信号并以数字信息方式进行存贮。（4）电源、光缆、通讯电缆、触发盒、测量轮等辅助元件。探地雷达工作时，向地下介质发射一定强度的高频电磁脉冲，高频电磁波以宽频带脉冲形式，通过发射天线被定向送入地下，由接收天线所接收。高频电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性特性及几何形态而变化。故通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下界面或地质体的空间位置及结构。针对本次隧道衬砌检测的具体情况，提出探地雷达无损检测技术策略：（1）按照《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》的规定，在各检测隧道段的拱顶、左右拱腰及左右边墙5个部位各布一条纵向测线。必要时，在衬砌表面裂缝、渗漏水较集中的地方，增加横向布线。（2）衬砌内部钢筋分布检测，采用1600mhz天线沿隧道衬砌5条测线进行连续检测。（3）衬砌厚度、衬砌背后回填密实度检测，采用400mhz天线沿隧道衬砌5条测线进行连续检测。（4）检测前须对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场钻孔抽芯标定，隧道左右线抽芯标定各现场标定1处。（5）现场检测采用连续测量的方式，将仪器天线与隧道衬砌表面密贴，沿各测线滑动，由雷达主机高速发射雷达脉冲，进行快速连续采集，匀速缓慢前进。检测天线应移动平稳、速度均匀。3.2回弹法混凝土强度检测本隧道衬砌混凝土的强度采用回弹法进行检测，必要时须取芯进行修正。针对本隧道衬砌情况，提出采用回弹法检测混凝土强度的检测策略如下：（1）对每个暗挖区间隧道的左右线各取5个有代表性的构件采用回弹法检测混凝土强度；（2）隧道内3个联系通道每个联络通道各取3个有代表性的构件采用回弹法检测混凝土强度；（3）每个构件选取10个测区，每个测区16个测点；（4）当遇到检测混凝土强度与原始记录混凝土强度相差过大时，采用钻芯取样法进行修正。取芯时钻芯位置须避开衬砌钢筋。测试时按规范规定在所抽检的构件位置均匀选取10个20cm×20cm的测区，每个测区16个测点。4、检测结果分析本次检测采用400mhz中心频率天线对车站暗挖隧道衬砌质量进行了全线的探测，通过雷达软件对探测的雷达波形进行处理，自动追踪和拾取反射层，可以实测出衬砌界面反射信号的双程反射时间，结合抽芯实测标定出来的介电常数，可以计算出衬砌厚度值。从雷达图像中还可以看到衬砌厚度的变化情况。考虑到测线较长，为简明扼要的呈现厚度检测结果，取测线上10m长度（部分位置根据断面情况适当调整）衬砌厚度的平均值作为厚度代表值。由于隧道内检测环境相对恶劣，检测时脚手架颠簸、避让衬砌结构上障碍物等原因，会出现天线倾斜及离开衬砌表面的现象，包括电缆及大型机械的电磁干扰、潮湿空气及渗水等干扰因素，均对雷达检测结果产生一定的影响，因此雷达厚度检测结果存在一定的误差。本次检测范围内暗挖隧道二衬厚度大部分满足设计厚度要求，合格率达86/94=91.5%。由于隧道工程是在复杂地质条件和施工环境相对恶劣的条件下进行，衬砌内或衬砌与围岩间往往会出现不密实与脱空、空洞、回填疏松地段积水等质量问题。通过对雷达图像上雷达反射信号的识别，可分辨出衬砌内部及衬砌界面处各种异常信号。本次检测采用400mhz中心频率天线对车站暗挖隧道衬砌背后回填密实情况进行了全线的探测。由于电磁波对钢筋等金属物质有强烈的反射，所以用探地雷达检测金属物质可得到很好的效果。本次检测采用1600mhz中心频率天线对车站暗挖隧道衬砌内的钢筋分布进行了全线的探测，衬砌内的钢筋（连续的小双曲线强反射信号）清晰可见。左线隧道衬砌内钢筋间距及数量满足设计要求。左右线隧道内部分隧道段衬砌内钢筋保护层厚度较大，超过设计要求（钢筋保护层厚度为40mm）。通过回弹法测定混凝土强度，混凝土强度值在41.6mpa~59.8mpa之间，满足设计要求。5、结语通过对该车站暗挖隧道衬砌质量无损检测可知：（1）本次检测范围内大部分隧道段二衬厚度均达到了设计要求，合格率达91.5％。（2）局部隧道段衬砌内存在不密实、脱空、积水、空洞等缺陷。（3）二衬内钢筋布置间距及数量满足设计要求，部分隧道段衬砌内钢筋保护层厚度较大，超过设计要求。（4）所抽检的19个构件衬砌混凝土强度推定值均满足设计强度要求。参考文献[1]秦承彬.探地雷达在隧道超前地质预报与衬砌检测中的应用研究[j].科技信息(学术研究)，2008，16(10)：21～22.[2]文华，王亮.地质雷达在隧道衬砌检测中的应用[j].路基工程，2011，(06)：501～503.[3]高鹤.探地雷达在隧道混凝土衬砌检测中的应用[j].低温建筑技术，2009，(08)：67～69.