公路隧道無損檢測(cè)技術(shù)與病害處理

王 征

(陜西交建公路工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，陜西 西安 710117)

近些年，我國(guó)公路建設(shè)的數(shù)量與體量都得到了飛速發(fā)展，路網(wǎng)覆蓋面積也得到了極大的擴(kuò)張，公路隧道已然成為了一項(xiàng)普遍存在且意義重大的工程內(nèi)容。但同時(shí)隧道建設(shè)往往又需要面對(duì)復(fù)雜的環(huán)境因素影響，所以在施工、運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)中容易出現(xiàn)各種各樣的病害。在這樣的背景下，技術(shù)人員就需要從竣工驗(yàn)收、日常使用等方面入手強(qiáng)化病害檢測(cè)，并采取與之相應(yīng)的處理措施。在確定無損檢測(cè)技術(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)密切結(jié)合工程實(shí)際情況以及檢測(cè)要求，盡可能降低檢測(cè)工作對(duì)隧道正常使用的影響，并提升檢測(cè)效率及效果。在確定病害處理措施時(shí)，也應(yīng)當(dāng)緊密聯(lián)系檢測(cè)結(jié)果，選擇經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、有效的措施完成作業(yè)，保障隧道工程的安全可靠。

1 公路隧道中常用的無損檢測(cè)技術(shù)

在公路隧道的檢測(cè)工作中，若僅采用簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查往往難以準(zhǔn)確、全面地獲取隧道工程的實(shí)際狀態(tài)，自然也就無法得出客觀的評(píng)價(jià)結(jié)果。同時(shí)可視檢查的范圍也存在一定的局限性，一般只能對(duì)隧道洞口及其附近設(shè)施做出定性判斷，這一方法對(duì)于人力、物力的消耗也比較突出，所以無損檢測(cè)技術(shù)就顯得尤為重要，不僅能夠快速獲得隧道結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)，同時(shí)也可以顯著降低檢測(cè)成本?？傮w而言，在公路隧道中常用的無損檢測(cè)技術(shù)有以下幾類。

1.1 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)

地質(zhì)雷達(dá)是在公路隧道工程中常用的一類檢測(cè)技術(shù)，其主要借助發(fā)射器發(fā)出特定頻率的電磁波，并對(duì)電磁波在待測(cè)結(jié)構(gòu)中傳播所產(chǎn)生的振幅變化進(jìn)行識(shí)別與分析，以此來判斷待測(cè)結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)。當(dāng)電磁波在隧道中傳導(dǎo)時(shí)，其傳導(dǎo)深度與材料的電導(dǎo)率、反射性等有著密切聯(lián)系。在具體的檢測(cè)工作中，技術(shù)人員可以通過不斷改變發(fā)射天線位置來獲取不同的電磁波傳導(dǎo)角度，并測(cè)得相應(yīng)的傳導(dǎo)時(shí)間及反射角度，以此為基礎(chǔ)判斷隧道不同位置處的界面是否存在斷層、缺陷等問題。實(shí)踐表明，借助地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)，可以準(zhǔn)確、快速地發(fā)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)中存在的孔洞、開裂問題，并確定襯砌材料性質(zhì)變化的具體位置，所以在我國(guó)公路隧道工程中有著十分廣泛的應(yīng)用。

圖1 隧道初期支護(hù)和二次襯砌檢測(cè)工作流程

1.2 紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)

在公路隧道病害檢測(cè)中應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)時(shí)，主要是對(duì)結(jié)構(gòu)分子所散發(fā)的熱量進(jìn)行識(shí)別與記錄，進(jìn)而依據(jù)溫度分布情況來判定結(jié)構(gòu)中的病害情況。在具體檢測(cè)工作中，為了提升可操作性與便捷性，技術(shù)人員可將紅外識(shí)別設(shè)備安設(shè)在可移動(dòng)的裝置上，以此來更加快速地移動(dòng)測(cè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)隧道襯砌結(jié)構(gòu)中存在的孔洞、間隙以及滲透水情況。值得注意的是，由于紅外熱成像技術(shù)發(fā)揮檢測(cè)作用的基礎(chǔ)在于物體表面的溫差，因此應(yīng)當(dāng)選擇合適的時(shí)間段開展檢測(cè)工作，保證待測(cè)結(jié)構(gòu)的溫差足夠大，提升檢測(cè)的靈敏度。

1.3 超聲波檢測(cè)技術(shù)

高頻超聲波的能量較大，所以在公路隧道的檢測(cè)工作中也能夠很好地得到應(yīng)用。在應(yīng)用超聲波開展檢測(cè)工作時(shí)，技術(shù)人員首先需要確定合適的傳感器位置，同時(shí)借助接收設(shè)備來捕捉超聲波傳輸返回的數(shù)據(jù)信息，并且基于超聲波的傳輸時(shí)間、角度來確定聲波波速。在此基礎(chǔ)上結(jié)合介質(zhì)的物理性質(zhì)即可得到材料的彈性模量、抗折性能、抗壓性能等。此外，在超聲波檢測(cè)技術(shù)的支持下，技術(shù)人員還可以測(cè)得混凝土的結(jié)構(gòu)缺陷、尺寸規(guī)格等基本參數(shù)。特別地，為了提升超聲波檢測(cè)結(jié)果的可靠性，還可以采用鉆孔取芯等方法進(jìn)行輔助，共同確定襯砌結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)。

1.4 激光檢測(cè)技術(shù)

激光檢測(cè)技術(shù)是近些年得到廣泛應(yīng)用的一類無損檢測(cè)方法，其主要是借助激光在傳播過程中遇到狹縫會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象的性質(zhì)來完成檢測(cè)的，以此就能夠判斷結(jié)構(gòu)表面是否存在開裂、坑槽的問題。此外，利用光電轉(zhuǎn)換器，借助激光的光電放射原理還能夠?qū)λ淼赖膬?nèi)表面進(jìn)行檢測(cè)，判斷結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)了位移彎沉現(xiàn)象。在一些工程中，技術(shù)人員還可以充分利用激光時(shí)差，通過記錄激光短距離內(nèi)的傳播時(shí)差來完成病害檢測(cè)。

1.5 多譜分析檢測(cè)技術(shù)

多譜分析是指使用多種小頻譜的特種濾光鏡來對(duì)隧道結(jié)構(gòu)拍照，并借助多譜投影設(shè)備進(jìn)行處理分析，進(jìn)而就可以得到病害的檢測(cè)結(jié)果。在具體的檢測(cè)工作中，一般可使用六種不同的小頻譜濾光鏡，并將其分別對(duì)結(jié)構(gòu)的同一位置拍照。在對(duì)膠片進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用彩色背景觀察，以此使得膠片中的灰色陰影更加明顯，提升觀察效果。還可將不同濾光鏡得到的膠片重合，觀察其上光色的變化，發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)表面存在的濕塊。目前，多光譜技術(shù)主要應(yīng)用于內(nèi)壁干燥的公路隧道工程，對(duì)于微小開裂的檢測(cè)有著很好的效果，但這一技術(shù)對(duì)于技術(shù)人員的操作技術(shù)要求往往也比較高。為了提升檢測(cè)精度，多譜分析檢測(cè)技術(shù)一般也可與紅外熱成像等其他技術(shù)組合使用。

1.6 多種檢測(cè)技術(shù)組合

上述的各種無損檢測(cè)技術(shù)都具有各自獨(dú)特的適用范圍及應(yīng)用特點(diǎn)，但實(shí)際的工程環(huán)境一般比較復(fù)雜，若僅用某一類檢測(cè)技術(shù)往往很難達(dá)到預(yù)期效果，所以就可以考慮對(duì)不同檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行合理搭接，使得各測(cè)段都能夠最大化發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，提升檢測(cè)工作整體的效率與精度。此外，目前已有的無損檢測(cè)技術(shù)也存在一定的局限與缺陷，特別是當(dāng)公路隧道結(jié)構(gòu)變化比較大時(shí)，單一檢測(cè)技術(shù)所得到的結(jié)果很難滿足要求。如有必要，技術(shù)人員就還需要采用鉆探取芯等破損性的方法輔助完成檢測(cè)工作，以此來更加準(zhǔn)確地了解結(jié)構(gòu)的特殊變化及缺陷，但應(yīng)注意破壞檢測(cè)應(yīng)盡可能控制破壞強(qiáng)度與范圍。

2 公路隧道的病害處理措施

公路隧道病害的治理，應(yīng)當(dāng)密切結(jié)合工程實(shí)際情況而展開，選用合適的檢測(cè)技術(shù)確定病害的類型、位置及程度等基本信息，同時(shí)也可借助傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)來輔助判斷，以此來提升檢測(cè)的精度與效果，為治理提供針對(duì)性的幫助。

2.1 公路隧道水害的治理

公路隧道工程建設(shè)不可避免地會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)卦械乃诞a(chǎn)生擾動(dòng)，若在施工前未開展全面的地質(zhì)勘測(cè)，掌握當(dāng)?shù)氐乃捣植?，那么在防腐抗?jié)B方案的確定上就容易產(chǎn)生漏洞，導(dǎo)致隧道發(fā)生嚴(yán)重的水害，進(jìn)而引發(fā)工程病害。在對(duì)水害問題進(jìn)行治理時(shí)，技術(shù)人員需要基于工程實(shí)際情況制定合適的排水設(shè)計(jì)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步完善截水措施，防止地下水滲透引發(fā)更加嚴(yán)重的后果。此外，還可在襯砌結(jié)構(gòu)之下做一層防水層，改善隧道的防水抗?jié)B能力。

特別地，對(duì)于隧道結(jié)構(gòu)的施工縫、變形縫等重點(diǎn)位置，還可以借助止水帶等材料來強(qiáng)化其密封性能。還可借助引水渡槽、泄水管等來引導(dǎo)襯砌結(jié)構(gòu)中滯水的排泄。若隧道滲水現(xiàn)象比較嚴(yán)重，做防滲處理，同時(shí)在水文條件復(fù)雜的路段，可額外設(shè)置引排水及截水設(shè)施，預(yù)防可能出現(xiàn)的水害問題。

2.2 公路隧道凍害的治理

若公路隧道的環(huán)境溫度變化比較突出，那么襯砌結(jié)構(gòu)受到循環(huán)凍融的影響就很容易出現(xiàn)凍害問題，進(jìn)而對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性、承載能力帶來不利影響，同時(shí)也會(huì)使其耐久性下降。在對(duì)公路隧道凍害進(jìn)行治理時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)充分重視施工作業(yè)的質(zhì)量，降低結(jié)構(gòu)滲水發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，以此來避免襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生凍脹。此外，在處理隧道接縫時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用防水性能和耐久性好的材料。

排水設(shè)施對(duì)于凍害的防治有著顯著作用，因此在治理凍害問題時(shí)就需要合理布置排水設(shè)施，減少襯砌結(jié)構(gòu)下水分的匯聚，同時(shí)可以采用砂漿灌注的方式來填補(bǔ)結(jié)構(gòu)后的空隙，改善結(jié)構(gòu)的密實(shí)度。對(duì)于地處嚴(yán)寒地區(qū)的公路隧道項(xiàng)目，可以考慮采用換土、設(shè)置泄水溝以及附加保溫材料的方式來防止凍脹塌陷的發(fā)生，提升項(xiàng)目整體的安全性。

2.3 公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)病害的治理

(1)襯砌裂損問題的治理

引發(fā)公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)開裂破損的原因一般較為復(fù)雜，有可能是在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中未經(jīng)全面的勘察、分析，使得設(shè)計(jì)人員的考慮層面不足，設(shè)計(jì)方案存在較大的缺陷。此外，在施工環(huán)節(jié)中，機(jī)械、材料、人工等因素也會(huì)對(duì)公路隧道的施工質(zhì)量產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)無法滿足預(yù)期要求。以上這些因素對(duì)于公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)的實(shí)際性能都有著決定性影響，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布出現(xiàn)集中的問題。

在對(duì)襯砌裂損開展治理時(shí)，首先需要對(duì)原有病害位置進(jìn)行充分清理，消除裂損對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響，以免結(jié)構(gòu)性能的進(jìn)一步劣化。然后根據(jù)情況可采取注漿、錨固、附加支護(hù)的方式來對(duì)圍巖做出加固處理。若襯砌結(jié)構(gòu)中存在孔洞問題，可以借助壓漿技術(shù)來將其填充密實(shí)。壓漿、套拱、嵌補(bǔ)、噴錨等技術(shù)也是襯砌結(jié)構(gòu)加固常用的方法，但需要結(jié)合工程實(shí)際情況有針對(duì)性地選取，使得加固效果最優(yōu)化。

(2)襯砌侵蝕病害的治理

作為公路隧道常見的一類病害，襯砌侵蝕對(duì)于結(jié)構(gòu)的損壞往往比較普遍且深入。襯砌侵蝕主要是由于結(jié)構(gòu)在潮濕環(huán)境下水對(duì)砂漿、混凝土產(chǎn)生多種侵蝕作用，譬如結(jié)晶性、溶出性和復(fù)合型都是常見的侵蝕類型，其成因往往存在較大差異，因此在對(duì)其進(jìn)行治理時(shí)就需要對(duì)其有充分的認(rèn)識(shí)，并有針對(duì)性地采取相應(yīng)措施。

譬如在對(duì)溶出性侵蝕進(jìn)行治理時(shí)，技術(shù)人員需要嚴(yán)格控制襯砌結(jié)構(gòu)的滲水；而結(jié)晶性侵蝕除了受到結(jié)構(gòu)滲水的影響外，水還會(huì)與砂漿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的結(jié)晶物質(zhì)，導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)體積出現(xiàn)膨脹，加快破壞的發(fā)生。而當(dāng)材料所處外界環(huán)境的濕度持續(xù)發(fā)生較大變化時(shí)，材料結(jié)晶也會(huì)更多，侵蝕強(qiáng)度也會(huì)隨之增強(qiáng)。因此在對(duì)結(jié)晶侵蝕進(jìn)行針對(duì)性治理時(shí)，除了需要采取適當(dāng)?shù)姆罎B手段外，還應(yīng)當(dāng)控制結(jié)構(gòu)與侵蝕水之間的化學(xué)反應(yīng)。

總體來看，在公路隧道襯砌侵蝕病害的治理工作中，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇耐侵蝕性較好的材料，如有必要還可在其中摻加適量的外加劑，來改善材料的抗侵蝕性能。此外，在施工中也需要特別關(guān)注混凝土的密實(shí)度指標(biāo)，使其能夠滿足施工方案的基本要求，保障襯砌結(jié)構(gòu)的整體性與承載能力。同時(shí)，為了降低結(jié)晶侵蝕的不利影響，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇不與水反應(yīng)的材料用于施工，并可使用耐侵蝕材料在襯砌結(jié)構(gòu)背部進(jìn)行澆筑，形成抵抗水滲透的防護(hù)層，為結(jié)構(gòu)的正常使用創(chuàng)造良好的外部環(huán)境。同樣地，也可直接在襯砌結(jié)構(gòu)背部附加隔離帶，起到防水的作用，同時(shí)在結(jié)構(gòu)外圈設(shè)置一道排水設(shè)施，便于疏導(dǎo)孔隙水的排泄。

3 結(jié) 語(yǔ)

無損檢測(cè)技術(shù)可以在不對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著破壞的基礎(chǔ)上獲得檢測(cè)結(jié)果，明確公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)可能存在的病害風(fēng)險(xiǎn)，所以近些年得到了廣泛的推廣與應(yīng)用，尤其是在工程的驗(yàn)收與運(yùn)營(yíng)階段具有很好的應(yīng)用效果。在具體的工程檢測(cè)工作中，技術(shù)人員需要密切聯(lián)系項(xiàng)目實(shí)際情況，有針對(duì)性地選擇合適的檢測(cè)技術(shù)，降低與原有結(jié)構(gòu)的破壞，同時(shí)也為后續(xù)治理提供可靠的數(shù)據(jù)參考，提升公路隧道的安全性。但需要注意的是，不同的無損檢測(cè)具有不同的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與范圍，因此需要技術(shù)人員對(duì)不同技術(shù)能夠形成科學(xué)、合理的認(rèn)識(shí)，并在工程中做到靈活組合，優(yōu)化檢測(cè)效果。