呂 毅，賈路斌

(貴州省交通建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000)

1 工程概況

針對(duì)我國(guó)貴州省某地區(qū)一處公路隧道工程展開(kāi)了襯砌厚度及空洞缺陷檢測(cè)的分析和研究。該公路隧道為雙向四車道高速公路，整幅路基寬度24.5 m，單幅路基寬12.25 m，設(shè)計(jì)速度80 km/h，隧道右線止樁號(hào)為YK12+035～YK13+395，長(zhǎng)度為1 360 m；左線起止樁號(hào)為ZK12+040～ZK13+390，長(zhǎng)度為1 350 m，人行橫洞共設(shè)計(jì)兩處，車行橫洞一處。該隧道橫穿山脊，坡體植被發(fā)育，隧道進(jìn)出口均有鄉(xiāng)村公路通過(guò)，交通條件較好。公路隧道工程所處的地勢(shì)條件起伏較大，進(jìn)口的自然山坡坡度大小在20°～25°之間，自然山坡相對(duì)比較穩(wěn)定。據(jù)工程地質(zhì)測(cè)繪及鉆探揭露，該隧址區(qū)的地層為：上覆第四系坡殘積(Q4dl+el)粘土、坡洪積(Q4dl+pl)粘土；下伏基巖為寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)組(∈2-3ls)中厚層白云巖。

2 地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)中的具體運(yùn)用

2.1 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)隧道襯砌厚度及襯砌背后缺陷

針對(duì)本次公路隧道工程檢測(cè)工作中，重點(diǎn)采用900 MHz加強(qiáng)型天線檢測(cè)二次襯砌厚度及襯砌背后空洞缺陷。為提高隧道襯砌檢測(cè)精確度，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行介質(zhì)參數(shù)標(biāo)定。標(biāo)定方法為在已知厚度且材料與隧道二次襯砌相同的預(yù)制件上測(cè)量(預(yù)制件厚度大于15 cm，標(biāo)定記錄中界面信號(hào)應(yīng)清晰、準(zhǔn)確)。

標(biāo)定結(jié)果計(jì)算

(1)

(2)

式中：εr—相對(duì)介電常數(shù)；v—電磁波速(m/s)；t—雙程旅行時(shí)間(ns)；d—標(biāo)定目標(biāo)體厚度或距離(m)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，計(jì)算分析得到該襯砌相對(duì)介電常數(shù)為7.9，電磁波波速為0.106 m/ns。

地質(zhì)雷達(dá)的圖形以脈沖反射波的波形形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)探測(cè)結(jié)果的記錄，并以波形圖或者灰度圖來(lái)反應(yīng)雷達(dá)垂直剖面圖。地質(zhì)雷達(dá)采樣數(shù)據(jù)的解析包括數(shù)據(jù)的處理及波形的解釋兩個(gè)方面內(nèi)容。依據(jù)雷達(dá)的工作原理及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定檢測(cè)方式及雷達(dá)檢測(cè)參數(shù)的設(shè)置，準(zhǔn)確區(qū)分干擾信號(hào)，以便正確識(shí)別襯砌的層位和異常缺陷，對(duì)檢測(cè)對(duì)象作出客觀、科學(xué)、公正的評(píng)價(jià)，避免誤判。

隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)以縱向布線為主，環(huán)向(橫向)布線為輔；本次檢測(cè)為沿隧道縱向共布置5條測(cè)線，測(cè)線位置在拱頂、左右拱腰和左右邊墻。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)采集到的雷達(dá)測(cè)線數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析(選擇隧道左線ZK12+400～ZK12+500里程段右拱腰測(cè)線，設(shè)計(jì)襯砌支護(hù)參數(shù)為S-Ⅳb，該里程段二次襯砌為無(wú)配筋素混凝土結(jié)構(gòu))，判定襯砌厚度及缺陷類型，并對(duì)缺陷較嚴(yán)重部位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鑿孔驗(yàn)證。襯砌厚度及缺陷雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)孔驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 達(dá)檢測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)孔驗(yàn)證對(duì)比結(jié)果

2.2 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)隧道襯砌厚度及缺陷結(jié)果驗(yàn)證

對(duì)該組檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，當(dāng)二次襯砌為無(wú)配筋素混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)(介質(zhì)電磁性質(zhì)差異大)，介質(zhì)參數(shù)采用現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定結(jié)果，雷達(dá)檢測(cè)襯砌厚度結(jié)果的垂直分辨率均高于2 cm。雷達(dá)檢測(cè)精度滿足相關(guān)規(guī)范要求。而由于雷達(dá)波在缺陷內(nèi)的多次反射，襯砌背后脫空的量值不能定量給出。經(jīng)過(guò)分析該組檢測(cè)數(shù)據(jù)可以得出：地質(zhì)雷達(dá)在襯砌厚度的檢測(cè)中(二次襯砌為無(wú)配筋素混凝土結(jié)構(gòu)時(shí))可以定量檢測(cè)，而在襯砌缺陷的檢測(cè)中僅能定性檢測(cè)，即判斷缺陷所在的位置范圍，而不能準(zhǔn)確判定缺陷的體積。同時(shí)，對(duì)比開(kāi)孔驗(yàn)證的數(shù)據(jù)，通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)可準(zhǔn)確判定缺陷所在的位置，且具有無(wú)損、快捷、測(cè)量工作相對(duì)簡(jiǎn)單和靈活，表現(xiàn)出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為明顯。

3 地質(zhì)雷達(dá)在隧道襯砌無(wú)損檢測(cè)中存在的不足

3.1 電磁波傳播速度問(wèn)題

在公路隧道的襯砌施工質(zhì)量檢測(cè)中，電磁波的雙向傳播速度對(duì)檢測(cè)工作的精確度至關(guān)重要。在公路隧道襯砌厚度的檢測(cè)工作中，由于襯砌結(jié)構(gòu)材質(zhì)的不均勻性及現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的預(yù)制構(gòu)件或標(biāo)定點(diǎn)結(jié)構(gòu)與實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)物存在差異、混凝土齡期不同造成的含水量差異等，都可能影響到檢測(cè)結(jié)果，并直接影響到后續(xù)的數(shù)據(jù)分析處理，因此對(duì)介電常數(shù)的標(biāo)定必須準(zhǔn)確。

3.2 襯砌鋼筋多次反射問(wèn)題

對(duì)應(yīng)一些地質(zhì)條件復(fù)雜、隧道形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜的公路隧道，尤其是現(xiàn)階段城鎮(zhèn)化建設(shè)工程中的大斷面隧道，二次襯砌采用縱向加密的雙層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，電磁波遇到鋼筋的強(qiáng)反射，無(wú)法探測(cè)到有效的深度，檢測(cè)過(guò)程中很難找到有效的襯砌反射界面或根本無(wú)法區(qū)分反射界面。在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程中容易造成誤判，影響檢測(cè)結(jié)果。

3.3 隧道襯砌結(jié)構(gòu)中各種預(yù)埋件的干擾問(wèn)題

公路隧道二次襯砌含有大量預(yù)埋件，且預(yù)埋件材質(zhì)為鋼材。地質(zhì)雷達(dá)對(duì)隧道襯砌內(nèi)鋼筋、鋼架位置發(fā)布的主要判定特征為：

(1)鋼架：分散的月牙形強(qiáng)反射信號(hào)；

(2)鋼筋：連續(xù)的小雙曲線形強(qiáng)反射信號(hào)。

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，檢測(cè)人員未能有效記錄各種預(yù)埋件的位置，導(dǎo)致后期數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的誤判。這就要求地質(zhì)雷達(dá)操作人員需要有一定的綜合素質(zhì)及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，原始數(shù)據(jù)記錄應(yīng)該完整、準(zhǔn)確，隨時(shí)記錄可能對(duì)檢測(cè)產(chǎn)生影響的對(duì)象(如滲水、電纜、鐵架、預(yù)留洞室等)及位置，現(xiàn)場(chǎng)分析可能存在的干擾體位置與雷達(dá)記錄中異常的關(guān)系，準(zhǔn)確區(qū)分有效異常和干擾異常。在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中能有效的溯源，提高檢測(cè)結(jié)論的準(zhǔn)確性，確保不失真。

4 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)等無(wú)損檢測(cè)技術(shù)使檢測(cè)效果更加明顯，大量的采集數(shù)據(jù)，靈活可溯源的測(cè)線布置，較廣的覆蓋面，都使得公路隧道襯砌施工質(zhì)量更加方便、快捷、準(zhǔn)確。但是相對(duì)于部分破損或半破損直接檢測(cè)法在精度上略低，在經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確的參數(shù)設(shè)置之后，檢測(cè)結(jié)果精度滿足規(guī)范要求。對(duì)于常見(jiàn)的隧道襯砌檢測(cè)參數(shù)，均能定量或定性給出檢測(cè)結(jié)論。本文通過(guò)工程實(shí)踐的運(yùn)用可以看出地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)隧道襯砌施工質(zhì)量的優(yōu)越性，通過(guò)科學(xué)規(guī)范的數(shù)據(jù)采集，能夠客觀、準(zhǔn)確的得到反應(yīng)工程實(shí)體施工質(zhì)量的結(jié)論。同時(shí)本文也總結(jié)出了地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)存在的缺陷以及不足，對(duì)工程的整體檢測(cè)質(zhì)量可能會(huì)存在一定的影響，因此，在后續(xù)的研究工作中，需要不斷加大地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)和完善，并可結(jié)合其它切實(shí)可行的檢測(cè)技術(shù)，為隧道襯砌施工質(zhì)量檢測(cè)提供強(qiáng)有力技術(shù)支撐。