張 明，付 磊，黃 騰，高海峰

（浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

浙江省重點建設項目杭州市第二水源千島湖配水工程從千島湖淳安縣境內(nèi)取水，通過輸水隧洞將水引至杭州市余杭區(qū)閑林水庫，輸水線路長112.34 km，以輸水隧洞為主。該工程輸水隧洞線路長，且工程地質(zhì)情況復雜，圍巖多以Ⅲ類為主，Ⅰ～Ⅱ類圍巖約占全洞長的26%，Ⅲ類圍巖約占全洞長的50%，Ⅳ類圍巖約占全洞長的16%，Ⅴ類及不成洞段約占全洞長的8%。工程布置錨桿數(shù)量和種類眾多，砂漿錨桿、藥卷錨桿、普通中空注漿錨桿、SD27N 中空注漿錨桿超前支護等各類錨桿總數(shù)達80 多萬根。隧洞內(nèi)環(huán)境復雜，地下水系情況多變，錨桿在此復雜環(huán)境下，極易產(chǎn)生銹蝕，降低錨桿錨固體系的錨固作用，影響隧洞支護安全。因此，錨桿錨固質(zhì)量控制顯得尤為重要。

錨桿錨固質(zhì)量檢測方法主要包括錨桿拉拔試驗檢測和錨桿無損檢測。錨桿拉拔試驗檢測錨桿的拉拔力，錨桿無損檢測方法檢測錨桿的注漿密實度及錨桿長度。錨桿拉拔試驗通常對隧洞拱腰附近錨桿進行檢測，對錨固體系具有一定破壞性，并且檢測儀器笨重、操作繁瑣。與之相比，錨桿無損檢測操作簡便、快速，解決拱頂位置錨桿錨固質(zhì)量的難題，能夠批量檢測隧洞錨桿的錨固質(zhì)量。為了對整個隧洞內(nèi)錨桿錨固質(zhì)量進行全面、客觀地分析，本工程主要采用錨桿無損檢測方法檢測錨桿長度及注漿密實度。

2 檢測儀器、方法及注意事項

本工程錨桿無損檢測采用的是武漢中巖科技的RSM-RBT 錨桿質(zhì)量檢測儀，該儀器配備專用的便攜式大功率超磁致伸縮發(fā)射震源，測試信號更佳。整套系統(tǒng)全防水設計，適用于隧道等多種高溫高濕等惡劣環(huán)境。其無損檢測具體做法是通過超磁致伸縮發(fā)射震源或小力錘向錨桿端面進行激發(fā)，并通過帶有磁性的接收轉(zhuǎn)換器吸附在錨桿外露段端面對反射信號進行接收，通過對所接收的反射信號進行時域和頻域分析，評價錨桿的錨固質(zhì)量。

檢測的注意事項：檢測前做好隧洞地質(zhì)情況、錨桿類型、施工工藝等資料收集工作；檢測時應清理錨桿外露段表面浮渣，錨桿端面要敲擊或磨平，傳感器軸心與錨桿軸線平行；小錘擊震時，應快速敲擊。擊震時應避免觸及接收傳感器，避免噪音振動等干擾，測試通道采集波形應大致一致，波形應光滑無毛刺。

3 錨固質(zhì)量評價及模擬試驗

3.1 錨固質(zhì)量評價

本工程錨桿無損檢測依據(jù)JGJ/T 182 — 2009《錨桿錨固質(zhì)量無損檢測技術規(guī)程》。

錨固密實度評定標準：當錨桿空漿部位集中在底部或淺部時，應降低1 個等級；當錨固密實度達到C 級以上，且符合工程設計要求時，應評定錨固密實度合格，否則為不合格。

錨桿桿體長度評定標準：桿體長度不小于設計長度的95%、且不足長度不超過0.50 m 的錨桿，可評定錨桿長度合格，否則為不合格[1]。

單根錨桿錨固質(zhì)量無損檢測分級見表1。

表1 單根錨桿錨固質(zhì)量無損檢測分級評價表

3.2 錨桿模擬試驗

JGJ/T 182 — 2009《錨桿錨固質(zhì)量無損檢測技術規(guī)程》中規(guī)定：錨桿錨固質(zhì)量無損檢測前宜進行錨桿模擬試驗，模擬試驗宜進行室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗。目的是通過與被檢工程相同類型的錨桿室內(nèi)標準件和現(xiàn)場標準錨桿的試驗，確定錨桿桿系波速以及有效檢測長度，對檢測儀器參數(shù)設置進行率定，從而提高對錨桿缺陷位置及錨桿密實度判定的準確性。本工程錨桿模擬試驗參照同組成員高海峰《應力波反射法在杭州市第二水源千島湖配水工程錨桿檢測中的運用分析》中的結(jié)果[2]。

4 工程應用分析

對本工程III 類、IV 類圍巖錨桿共210 根錨桿進行錨桿無損檢測，其中砂漿（藥卷）錨桿182 根，空心注漿錨桿28 根。III 類、IV 類圍巖支護典型斷面見圖1 ～ 2。

圖1 Ⅲ類圍巖支護典型斷面圖

圖2 Ⅳ類圍巖支護典型斷面圖

4.1 典型錨桿波形

按照不同的錨固質(zhì)量等級和不同的錨桿類型分類，總結(jié)3 種典型錨桿的波形（見圖3 ～ 8），并分析概括其波形特征。

（1）砂漿（藥卷）錨桿。

圖3 I 級錨桿質(zhì)量檢測結(jié)果圖

圖4 II 級錨桿質(zhì)量檢測結(jié)果圖

圖5 III 級錨桿質(zhì)量檢測結(jié)果圖

（2）空心注漿錨桿。

圖6 I 級錨桿質(zhì)量檢測結(jié)果圖

圖7 II 級錨桿質(zhì)量檢測結(jié)果圖

圖8 III 級錨桿質(zhì)量檢測結(jié)果圖

從圖3、圖6 中可以得出，Ⅰ級錨桿桿體與漿液膠結(jié)良好，檢測波形均呈有規(guī)律的指數(shù)快速衰減，應力波形規(guī)則并且桿底有微弱的反射波信號或無反射；從圖 4、圖 7 中可以得出，Ⅱ級錨桿桿體與漿液膠結(jié)較好，但存在部分注漿不密實情況，波應力波形較為規(guī)則，不密實部位波形畸形或反射明顯，并且桿底有微弱的反射波信號；從圖 5、圖8可以得出，Ⅲ級錨桿桿體與漿液膠結(jié)較差，應力波形不規(guī)則，不密實部位波形畸變，波峰波谷無明顯峰點，桿底有微弱的反射信號或者缺陷多次的反射信號；本工程檢測的210 根錨桿中，砂漿（藥卷）錨桿的注漿密實度總體上好于空心注漿錨桿的注漿密實度。

4.2 錨桿長度不確定波形

圖9 ～ 10 為錨桿長度不確定檢測結(jié)果。由圖9 ～ 10 可見，波形逐漸接近基線，呈指數(shù)衰減，注漿密實度良好。此類錨桿注漿后錨桿底部與巖體接觸較好，與周圍圍巖形成一個整體，幾乎沒有桿底反射信號，無法準確判定桿底位置。所以錨桿長度的質(zhì)量控制主要依靠施工過程中現(xiàn)場施工單位嚴格把控和監(jiān)理單位的嚴格旁站監(jiān)督，不能完全依賴檢測。

圖9 錨桿長度不確定檢測結(jié)果圖

圖10 錨桿長度不確定檢測結(jié)果圖

4.3 錨桿外露段過長波形

圖11 ～ 12 為錨桿外露長度過長檢測結(jié)果圖。由圖11 ～12 可見，波形呈有規(guī)律的多次重復出現(xiàn)，錨桿外露段過長易形成多次強反射，極大地干擾有效信號，導致分析困難，甚至無法檢測。因此，現(xiàn)場檢測時盡量選擇外露段長度較短的錨桿，以免干擾信號造成誤判。

圖11 錨桿外露長度過長檢測結(jié)果圖

圖12 錨桿外露長度過長檢測結(jié)果圖

4.4 波形分析

4.4.1 濾波頻率

現(xiàn)場試驗獲得錨桿的波形后，數(shù)據(jù)分析時，首先應頻譜分析查看其分布情況。由于外界的干擾對測試信號影響較大，濾波時要選擇一個與其錨固主頻相近、有主頻特征的峰值作為中心頻率，然后在兩邊合適的位置對應頻率最為高、低通濾波，濾波后的波形因與原波形相似。如果波形有因缺陷引起的多個主頻，應保留這些信號，作為判定缺陷位置的依據(jù)。

4.4.2 反射波信號的性質(zhì)分析

錨桿長度是桿體底部的反射信號計算的桿長，缺陷位置是用桿體中的反射信號計算，因此判斷反射波信號的性質(zhì)對于檢測錨桿長度非常重要。具體方法如下：當反射信號與入射波反相位（第1 次反射）時，是桿體中的反射信號，其反射界面兩側(cè)的密實度是由不密實至密實；當反射信號與入射波同相位時，無法直接判定是桿體底部的反射信號還是桿體中的反射信號，須結(jié)合頻譜分析、相位分析等綜合判定；當多次出現(xiàn)強同相反射的信號時，是桿體底部反射信號；桿體中的同相反射界面兩側(cè)的密實度是從密實至不密實。

4.4.3 錨桿長度檢測誤差

值得注意的是，當錨桿各部分密實度差異較大時，錨桿不同部分的波速也會存在差異，用平均聲速來計算桿長可能會產(chǎn)生一定誤差，進而造成計算出的錨桿長度有誤差。

5 結(jié) 語

錨桿無損檢測具有快速、經(jīng)濟和非破壞性特點，但由于其自身檢測方法的限制，檢測時應綜合考慮各種因素的影響，檢測人員應多積累典型錨桿的波形特征，以免造成誤判。