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 550000)

1 工程概況

針對我國貴州省某地區(qū)一處公路隧道工程展開了襯砌厚度及空洞缺陷檢測的分析和研究。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)計速度80 km/h，隧道右線止樁號為YK12+035～YK13+395，長度為1 360 m；左線起止樁號為ZK12+040～ZK13+390，長度為1 350 m，人行橫洞共設(shè)計兩處，車行橫洞一處。該隧道橫穿山脊，坡體植被發(fā)育，隧道進出口均有鄉(xiāng)村公路通過，交通條件較好。公路隧道工程所處的地勢條件起伏較大，進口的自然山坡坡度大小在20°～25°之間，自然山坡相對比較穩(wěn)定。據(jù)工程地質(zhì)測繪及鉆探揭露，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)雷達在公路隧道襯砌質(zhì)量檢測中的具體運用

2.1 地質(zhì)雷達檢測隧道襯砌厚度及襯砌背后缺陷

針對本次公路隧道工程檢測工作中，重點采用900 MHz加強型天線檢測二次襯砌厚度及襯砌背后空洞缺陷。為提高隧道襯砌檢測精確度，現(xiàn)場進行介質(zhì)參數(shù)標定。標定方法為在已知厚度且材料與隧道二次襯砌相同的預(yù)制件上測量(預(yù)制件厚度大于15 cm，標定記錄中界面信號應(yīng)清晰、準確)。

標定結(jié)果計算

(1)

(2)

式中：εr—相對介電常數(shù)；v—電磁波速(m/s)；t—雙程旅行時間(ns)；d—標定目標體厚度或距離(m)。

經(jīng)現(xiàn)場標定，計算分析得到該襯砌相對介電常數(shù)為7.9，電磁波波速為0.106 m/ns。

地質(zhì)雷達的圖形以脈沖反射波的波形形式進行結(jié)構(gòu)探測結(jié)果的記錄，并以波形圖或者灰度圖來反應(yīng)雷達垂直剖面圖。地質(zhì)雷達采樣數(shù)據(jù)的解析包括數(shù)據(jù)的處理及波形的解釋兩個方面內(nèi)容。依據(jù)雷達的工作原理及工程實踐經(jīng)驗，確定檢測方式及雷達檢測參數(shù)的設(shè)置，準確區(qū)分干擾信號，以便正確識別襯砌的層位和異常缺陷，對檢測對象作出客觀、科學(xué)、公正的評價，避免誤判。

隧道襯砌質(zhì)量檢測以縱向布線為主，環(huán)向(橫向)布線為輔；本次檢測為沿隧道縱向共布置5條測線，測線位置在拱頂、左右拱腰和左右邊墻。經(jīng)過對現(xiàn)場檢測采集到的雷達測線數(shù)據(jù)進行處理分析(選擇隧道左線ZK12+400～ZK12+500里程段右拱腰測線，設(shè)計襯砌支護參數(shù)為S-Ⅳb，該里程段二次襯砌為無配筋素混凝土結(jié)構(gòu))，判定襯砌厚度及缺陷類型，并對缺陷較嚴重部位進行現(xiàn)場鑿孔驗證。襯砌厚度及缺陷雷達檢測結(jié)果、現(xiàn)場開孔驗證結(jié)果對比見表1。

表1 達檢測及現(xiàn)場開孔驗證對比結(jié)果

2.2 地質(zhì)雷達檢測隧道襯砌厚度及缺陷結(jié)果驗證

對該組檢測數(shù)據(jù)進行對比分析，當(dāng)二次襯砌為無配筋素混凝土結(jié)構(gòu)時(介質(zhì)電磁性質(zhì)差異大)，介質(zhì)參數(shù)采用現(xiàn)場標定結(jié)果，雷達檢測襯砌厚度結(jié)果的垂直分辨率均高于2 cm。雷達檢測精度滿足相關(guān)規(guī)范要求。而由于雷達波在缺陷內(nèi)的多次反射，襯砌背后脫空的量值不能定量給出。經(jīng)過分析該組檢測數(shù)據(jù)可以得出：地質(zhì)雷達在襯砌厚度的檢測中(二次襯砌為無配筋素混凝土結(jié)構(gòu)時)可以定量檢測，而在襯砌缺陷的檢測中僅能定性檢測，即判斷缺陷所在的位置范圍，而不能準確判定缺陷的體積。同時，對比開孔驗證的數(shù)據(jù)，通過地質(zhì)雷達探測技術(shù)可準確判定缺陷所在的位置，且具有無損、快捷、測量工作相對簡單和靈活，表現(xiàn)出的應(yīng)用優(yōu)勢較為明顯。

3 地質(zhì)雷達在隧道襯砌無損檢測中存在的不足

3.1 電磁波傳播速度問題

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

3.2 襯砌鋼筋多次反射問題

對應(yīng)一些地質(zhì)條件復(fù)雜、隧道形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計復(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反射，無法探測到有效的深度，檢測過程中很難找到有效的襯砌反射界面或根本無法區(qū)分反射界面。在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理過程中容易造成誤判，影響檢測結(jié)果。

3.3 隧道襯砌結(jié)構(gòu)中各種預(yù)埋件的干擾問題

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)雷達對隧道襯砌內(nèi)鋼筋、鋼架位置發(fā)布的主要判定特征為：

(1)鋼架：分散的月牙形強反射信號；

(2)鋼筋：連續(xù)的小雙曲線形強反射信號。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集過程中，檢測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)處理過程中的誤判。這就要求地質(zhì)雷達操作人員需要有一定的綜合素質(zhì)及現(xiàn)場經(jīng)驗，原始數(shù)據(jù)記錄應(yīng)該完整、準確，隨時記錄可能對檢測產(chǎn)生影響的對象(如滲水、電纜、鐵架、預(yù)留洞室等)及位置，現(xiàn)場分析可能存在的干擾體位置與雷達記錄中異常的關(guān)系，準確區(qū)分有效異常和干擾異常。在數(shù)據(jù)處理過程中能有效的溯源，提高檢測結(jié)論的準確性，確保不失真。

4 結(jié)束語

運用地質(zhì)雷達等無損檢測技術(shù)使檢測效果更加明顯，大量的采集數(shù)據(jù)，靈活可溯源的測線布置，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、準確。但是相對于部分破損或半破損直接檢測法在精度上略低，在經(jīng)過準確的參數(shù)設(shè)置之后，檢測結(jié)果精度滿足規(guī)范要求。對于常見的隧道襯砌檢測參數(shù)，均能定量或定性給出檢測結(jié)論。本文通過工程實踐的運用可以看出地質(zhì)雷達檢測隧道襯砌施工質(zhì)量的優(yōu)越性，通過科學(xué)規(guī)范的數(shù)據(jù)采集，能夠客觀、準確的得到反應(yīng)工程實體施工質(zhì)量的結(jié)論。同時本文也總結(jié)出了地質(zhì)雷達檢測技術(shù)存在的缺陷以及不足，對工程的整體檢測質(zhì)量可能會存在一定的影響，因此，在后續(xù)的研究工作中，需要不斷加大地質(zhì)雷達檢測技術(shù)的研發(fā)和完善，并可結(jié)合其它切實可行的檢測技術(shù)，為隧道襯砌施工質(zhì)量檢測提供強有力技術(shù)支撐。