朱海城

(哈大鐵路客運(yùn)專線公司，遼寧沈陽 110002)

地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在寒冷地區(qū)客運(yùn)專線隧道工程中的應(yīng)用

朱海城

(哈大鐵路客運(yùn)專線公司，遼寧沈陽 110002)

傳統(tǒng)的隧道混凝土襯砌結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)方法是開孔或開槽取樣檢測(cè)，不僅效率低，代表性差，偶然性大，而且破壞了襯砌的整體性。本文介紹了應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)隧道襯砌質(zhì)量的基本原理，及在寒區(qū)客運(yùn)專線隧道無損檢測(cè)中的應(yīng)用情況，提出了評(píng)定缺陷程度的量化指標(biāo)。在寒區(qū)客運(yùn)專線隧道拱頂、左右邊墻、左右拱腰和仰拱處進(jìn)行了無損檢測(cè)，雷達(dá)圖像可清晰顯示出襯砌厚度、空洞和鋼拱架。檢測(cè)結(jié)果表明，地質(zhì)雷達(dá)便于檢查隧道施工質(zhì)量，有利于加強(qiáng)施工質(zhì)量管理和控制。

地質(zhì)雷達(dá) 客運(yùn)專線 隧道檢測(cè)

傳統(tǒng)的隧道混凝土襯砌結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)方法是開孔或開槽取樣檢測(cè)，不僅效率低，代表性差，偶然性大，而且破壞了襯砌的整體性。地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)是近年來應(yīng)用于淺層探測(cè)的一項(xiàng)新技術(shù)，其特點(diǎn)是快速、無損、連續(xù)檢測(cè)，并以實(shí)時(shí)成像的方式顯示探測(cè)結(jié)果，分析直觀方便，探測(cè)精度高、樣點(diǎn)密、工作效率高，使用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)檢測(cè)是鐵路行業(yè)物探領(lǐng)域發(fā)展較為迅速、效果較為顯著的方法之一。

1 地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試原理

地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)主要由控制單元、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、電源、光纜、通訊電纜以及觸發(fā)盒、測(cè)量輪等元件組成。根據(jù)電磁波理論，不同介質(zhì)的電磁性質(zhì)是有差異的，介電常數(shù)也不一樣，這種電磁性質(zhì)的差異決定了在不同介質(zhì)中電磁波的傳播速度不一樣。電磁波在介質(zhì)內(nèi)傳播過程中，當(dāng)遇到存在電性差異的介質(zhì)(如不密實(shí)區(qū)、空洞、材質(zhì)不同等)時(shí)，便發(fā)生反射，通過對(duì)接收到的電磁波進(jìn)行處理，根據(jù)反射波的到達(dá)時(shí)間、振幅、頻率等參數(shù)推斷介質(zhì)體的空間位置、結(jié)構(gòu)、電性特征及幾何形態(tài)，進(jìn)而檢測(cè)出襯砌厚度、襯砌背后的回填密實(shí)度和襯砌內(nèi)部鋼架和鋼筋分布。

2 寒區(qū)客運(yùn)專線隧道工程檢測(cè)實(shí)例分析

2.1 工程概況

哈大鐵路客運(yùn)專線縱貫東北三省，途經(jīng)3個(gè)省會(huì)城市(哈爾濱、長(zhǎng)春和沈陽)、1個(gè)計(jì)劃單列市(大連)和6個(gè)地級(jí)市(營(yíng)口、鞍山、遼陽、鐵嶺、四平和松原)，線路正線全長(zhǎng)903.939 km，是我國(guó)在嚴(yán)寒地區(qū)修建的第一條客運(yùn)專線。全線設(shè)計(jì)隧道8座共9 929延長(zhǎng)米，隧道長(zhǎng)度占線路全長(zhǎng)的1.10%，隧道設(shè)計(jì)概況見表1。隧道建筑限界采用《新建時(shí)速300～350 km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》[鐵建設(shè)(2007)47號(hào)]客運(yùn)專線鐵路建筑限界基本尺寸及輪廓。除臺(tái)山、筆架山隧道外，隧道斷面內(nèi)輪廓凈面積100 m2，隧道內(nèi)輪廓按照線間距5 m設(shè)計(jì)。臺(tái)山、筆架山隧道為滿足運(yùn)梁車通行的需要而特殊設(shè)計(jì)為擴(kuò)孔隧道，隧道斷面內(nèi)輪廓凈面積采用134.66 m2。隧道襯砌內(nèi)輪廓均采用圓形，邊墻與仰拱圓順連接。為了全面掌握隧道施工質(zhì)量，施工期間，對(duì)6座隧道進(jìn)行了無損檢測(cè)。

表1 隧道設(shè)計(jì)概況

2.2 檢測(cè)內(nèi)容、方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

1)檢測(cè)內(nèi)容。隧道二次襯砌厚度及背后密實(shí)情況、鋼架及二襯鋼筋的分布和數(shù)量。

2)檢測(cè)方法及設(shè)備。使用美國(guó)生產(chǎn)的SIR-3000型地質(zhì)雷達(dá)，及400 MHz和100 MHz天線，根據(jù)設(shè)計(jì)厚度要求，采用400 MHz天線檢測(cè)隧道二襯，采樣時(shí)窗設(shè)計(jì)為20～40 ns，采樣深度控制在1.5 m左右，重點(diǎn)檢測(cè)襯砌厚度、密實(shí)度及鋼筋、鋼架分布情況;采用100 MHz天線檢測(cè)仰拱和隧底，采樣時(shí)窗設(shè)計(jì)為60～90 ns，采樣深度控制在4 m左右，重點(diǎn)檢測(cè)隧底填充、仰拱厚度和背后密實(shí)程度。在拱頂、左拱腰、右拱腰、左邊墻、右邊墻、仰拱共布置6條測(cè)線。

圖1 混凝土脫空典型雷達(dá)圖像

圖2 混凝土密實(shí)典型雷達(dá)圖像

圖3 鋼筋保護(hù)層厚度偏大典型雷達(dá)圖像

3)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。按《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測(cè)規(guī)程》(TB 10223—2004)第4.3.8條和第6.0.2條的規(guī)定。①密實(shí):信號(hào)幅度較弱，甚至沒有界面反射信號(hào);②不密實(shí):襯砌界面的強(qiáng)反射信號(hào)同相軸呈繞射弧形，且不連續(xù)，較分散;③脫空:襯砌界面反射信號(hào)強(qiáng)，三振相明顯;④鋼架:分散的月牙形強(qiáng)反射信號(hào);⑤鋼筋:連續(xù)的小雙曲線形強(qiáng)反射信號(hào)。

2.3 檢測(cè)結(jié)果分析

1)典型雷達(dá)圖像見圖1～圖3。

2)典型襯砌厚度折線圖見圖4。

3 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

1)各隧道測(cè)線長(zhǎng)度見表2。

2)從檢測(cè)結(jié)果來看:隧道二襯及仰拱厚度基本符合設(shè)計(jì)要求;二次襯砌鋼筋布置基本符合設(shè)計(jì)要求;由于施工單位未對(duì)隧道進(jìn)行回填注漿工序施工，隧道拱部存在一些脫空區(qū)域(見表3)。

3)隧道缺陷等級(jí)判別。根據(jù)《鐵路運(yùn)營(yíng)隧道襯砌安全等級(jí)評(píng)定暫行規(guī)定》的有關(guān)規(guī)定，測(cè)線量化指標(biāo)評(píng)定如表4。

圖4 襯砌設(shè)計(jì)厚度與探測(cè)厚度

由于本線為新建雙線隧道，且處于施工期間，隧道回填注漿施工尚未完成，因此，將襯砌背后脫空、不密實(shí)、基底不密實(shí)量化指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如表5。根據(jù)以上分類，缺陷情況統(tǒng)計(jì)如表6。全線僅有2處不密實(shí)，1處為筆架山隧道拱頂，長(zhǎng)3 m，缺陷較輕微;一處為老虎屯隧道拱頂，長(zhǎng)14 m，缺陷為嚴(yán)重。

從以上分析可以看出:

1)全線隧道脫空缺陷長(zhǎng)合計(jì)567.5 m，占測(cè)線總長(zhǎng)的1.4%，相對(duì)來說，隧道質(zhì)量較好，缺陷較少。

表3 隧道脫空缺陷統(tǒng)計(jì)表

表4 襯砌背后有空洞或回填不密實(shí)、基底不密實(shí)等級(jí)量化指標(biāo) m

表5 新建雙線隧道襯砌背后脫空、不密實(shí)、基底不密實(shí)量化指標(biāo) m

2)全線隧道脫空缺陷206處，有94處在拱頂，占46%，拱腰90處，占44%，邊墻22處，占10%，仰拱沒有脫空;隧道脫空缺陷主要在拱部。

3)全線脫空缺陷206處，輕微163處，占79%，較嚴(yán)重41處，占20%，嚴(yán)重2處，占1%;缺陷最長(zhǎng)10 m，平均每處缺陷長(zhǎng)2.8 m。相對(duì)來說，隧道缺陷較輕微。

4)隧道襯砌不密實(shí)缺陷僅有2處，說明全線隧道襯砌質(zhì)量較好，多數(shù)較密實(shí)。

表6 全線隧道脫空缺陷統(tǒng)計(jì)表 處

5)隧道仰拱沒有缺陷，說明隧道基底較為密實(shí)。

6)通過對(duì)隧道的6條檢測(cè)線的數(shù)據(jù)采集，圍巖與錨噴混凝土之間、錨噴混凝土與襯砌之間比較密貼，沒有發(fā)現(xiàn)混凝土襯砌背面溶洞、大的破碎帶和明顯空洞，施工質(zhì)量基本可控。

4 結(jié)語

在對(duì)測(cè)試資料進(jìn)行分析處理的基礎(chǔ)上，地質(zhì)雷達(dá)無損檢測(cè)具有無損、高效、直觀、精確等優(yōu)點(diǎn)，能真實(shí)地反映襯砌、圍巖及其之間的空洞和缺陷，快速準(zhǔn)確地找出隧道襯砌的隱患，可作為控制和評(píng)價(jià)工程質(zhì)量的檢測(cè)手段。由于探測(cè)精度與所取的波速有關(guān)，需要在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)取足夠點(diǎn)數(shù)的雷達(dá)波。在檢測(cè)過程中，還需對(duì)隧道襯砌進(jìn)行打孔取樣，以驗(yàn)證檢測(cè)資料的準(zhǔn)確性。

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U457

A

1003-1995(2012)06-0086-03

2012-03-10;

2012-03-20

朱海城(1980— )，男，遼寧康平人，工程師。

(責(zé)任審編 王 紅)