楊 成，吳 勇，姜文濤，張向陽

（1.云南建投建材科技有限責(zé)任公司，云南 昆明 650217；2.云南省建筑科學(xué)研究院，云南 昆明 650223；3.云南省巖土工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650223）

0 引言

“十三五”“十四五”期間國(guó)家加大了云南基礎(chǔ)建設(shè)的投入，尤其是高速公路網(wǎng)的建設(shè)如火如荼。云南高原山區(qū)，其地形復(fù)雜，高速公路的修建伴隨著大量的隧道工程，隧道工程的質(zhì)量控制也尤為重要，應(yīng)對(duì)后期的運(yùn)營(yíng)期病害提供前期保障［1］。

相關(guān)學(xué)者開展了隧道質(zhì)量檢測(cè)研究工作，取得了較好的研究成果。李興［2］在隧道襯砌濱海檢測(cè)中采用了探地雷達(dá)識(shí)別技術(shù)，舒志樂［3］對(duì)隧道襯砌雷達(dá)檢測(cè)空洞進(jìn)行了正反演研究，趙常要等［4］研究了使用雷達(dá)檢測(cè)隧道質(zhì)量過程中存在的樁號(hào)偏差問題，丁亮等［5］研究了雷達(dá)檢測(cè)隧道襯砌混凝土過程中的成圖質(zhì)量問題，尤相駿等［6］采用了一種高密度三維激光掃描儀的高精度快速全斷面檢測(cè)新方法對(duì)隧道襯砌進(jìn)行檢測(cè)。

本文針對(duì)某隧道二襯多個(gè)斷面采用了探地雷達(dá)法、激光掃描法和鉆芯法 3 種測(cè)試手段進(jìn)行了襯砌厚度對(duì)比試驗(yàn)，并對(duì)數(shù)據(jù)誤差進(jìn)行了分析研究，為后續(xù)隧道檢測(cè)工作提供理論依據(jù)和參考。

1 工作原理

1.1 探地雷達(dá)法

探地雷達(dá)法（Ground Penetrating Radar）是通過發(fā)射并接收電磁波，來確定探測(cè)目標(biāo)內(nèi)部特征的一種探測(cè)技術(shù)。如圖 1 所示，在進(jìn)行探測(cè)時(shí)，屏蔽天線向目標(biāo)發(fā)射脈沖電磁波，當(dāng)電磁波入射波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生反射、折射、透射，介質(zhì)的電性差異越大，其反射越明顯。同時(shí)，屏蔽天線可以接收電磁波反射信號(hào)，電磁波的雙程走時(shí)被地質(zhì)雷達(dá)主機(jī)記錄，通過求取電磁波在介質(zhì)中的傳播速度就確定了雷達(dá)的探測(cè)深度。探地雷達(dá)法具有測(cè)試速度快，測(cè)試結(jié)果受二襯內(nèi)部鋼筋及分析人員影響較大。

圖1 探地雷達(dá)工作原理示意圖

1.2 激光掃描法

激光掃描法采用的是極坐標(biāo)法。如圖 2 所示，將激光斷面掃描儀立于隧道中軸線，以等角或等距模式旋轉(zhuǎn)儀器發(fā)射激光，獲取測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)位置，將測(cè)點(diǎn)相連即可得到隧道支護(hù)系統(tǒng)的輪廓線。測(cè)試二襯厚度時(shí)，先后采集同一位置初支和二襯表面輪廓線，通過計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算前后輪廓線距離，即為二襯測(cè)試厚度值。激光掃描法測(cè)試速度較慢，測(cè)試結(jié)果受儀器架設(shè)位置影響較大。

圖2 激光掃描儀工作原理示意圖

1.3 鉆芯法

鉆芯法是利用專用鉆機(jī)直接從隧道二襯上鉆取圓柱體混凝土芯樣，并根據(jù)芯樣長(zhǎng)度和鉆孔的深度來評(píng)定二襯厚度的一種直觀、可靠破損測(cè)試方法，可作為無損檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證。該方法具有一定的破壞性，測(cè)試結(jié)果最為準(zhǔn)確，需控制好鉆進(jìn)方向，防止偏位，其檢測(cè)速度較慢，不適于用作隧道二襯厚度的普查。

2 工程概況

排壩隧道位于云南省迪慶州香格里拉縣虎跳峽境內(nèi)，為左右分離式隧道，內(nèi)輪廓凈空寬度為 11.0 m、凈空高度為 7.1 m，主洞采用半徑為 5.5 m 的單心圓襯砌斷面，左右幅隧道測(cè)中線距離 34～40 m。右幅隧道起止點(diǎn)樁號(hào)為 YK 59+111.79～YK 60+814.96，全長(zhǎng) 1 703.17 m，隧道最大埋深約為 305 m；左幅隧道起止點(diǎn)樁號(hào)為 ZK 59+162.04～ZK 60+865，全長(zhǎng) 1 702.96 m，隧道最大埋深約為 347 m。本次測(cè)試的二次襯砌拱、墻、仰拱厚度設(shè)計(jì)值均為 50 cm。

3 設(shè)備的選取及測(cè)線布置

探地雷達(dá)法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試采用 SIR-4 000 型探地雷達(dá)+400 M 屏蔽天線，如圖 3 所示，測(cè)線布置沿隧道線路方向，分別在拱頂、兩側(cè)拱腰及兩側(cè)邊墻上布設(shè) 5 條測(cè)線（平行于隧道中軸線）。

圖3 雷達(dá)測(cè)線布設(shè)示意圖

激光掃描法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試采用 DJSD 3 激光隧道斷面檢測(cè)儀，儀器測(cè)距精度 ±1 mm，測(cè)角精度 ± 6′。選取里程樁號(hào)在隧道中軸線上進(jìn)行標(biāo)記，隧道防水板安裝前進(jìn)行初期支護(hù)表面輪廓線掃描，二襯襯砌完成后進(jìn)行二襯輪廓線掃描。

鉆芯法采用 HZ-168 手提支架兩用式混凝土取芯機(jī)，選取探地雷達(dá)測(cè)試布置位置進(jìn)行。

4 檢測(cè)結(jié)果分析

由于本次隧道二次襯砌鉆芯僅開展了 YK 60+253、YK 60+263、YK 60+273 斷面檢測(cè)，本文探地雷達(dá)法及激光掃描法檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)應(yīng)列出。

4.1 探地雷達(dá)二次襯砌檢測(cè)結(jié)果

YK 60+253～YK 60+273 探地雷達(dá)部分圖像如圖 4、圖 5 和圖 6 所示，襯砌厚度檢測(cè)結(jié)果如表 1 所示。

表1 YK 60+253～YK 60+273 探地雷達(dá)二次襯砌厚度統(tǒng)計(jì)

圖4 YK 60+250～YK 60+260 二次襯砌厚度右邊墻雷達(dá)圖像（測(cè)線 5）

圖5 YK 60+250～YK 60+260 二次襯砌厚度左拱腰雷達(dá)圖像（測(cè)線 2）

圖6 YK 60+250～YK 60+260 二次襯砌厚度左邊墻雷達(dá)圖像（測(cè)線 4）

4.2 激光掃描二次襯砌檢測(cè)結(jié)果

YK 60+253～YK 60+273 部分激光掃描圖像如圖 7～圖 9 所示，襯砌厚度檢測(cè)結(jié)果如表 2 所示。

表2 YK 60+253～YK 60+273 激光掃描二次襯砌厚度統(tǒng)計(jì)

圖7 YK 60+253 激光斷面掃描（單位：m）

圖8 YK 60+263 激光斷面掃描（單位：m）

圖9 YK 60+273 激光斷面掃描 （單位：m）

4.3 鉆芯法二次襯砌檢測(cè)結(jié)果

由于 YK 60+253 左拱腰、YK 60 +263 右拱腰位置二襯襯砌混凝土鉆芯過程中出現(xiàn)偏位情況，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了角度修正，YK 60+253～YK 60+273 鉆芯法檢測(cè)厚度統(tǒng)計(jì)如表 3 所示。

表3 YK 60+253～YK 60+273 鉆芯法二次襯砌厚度統(tǒng)計(jì)

4.4 檢測(cè)結(jié)果分析

通過采用三種方法對(duì) YK60+253～YK 60+273 三個(gè)斷面的二次襯砌厚度進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)厚度值，激光掃描法和鉆芯法測(cè)試精度較探地雷達(dá)法要高，且兩者的測(cè)試結(jié)果平均值非常相近，探地雷達(dá)法與兩者的測(cè)試結(jié)果平均值誤差在 1 cm 范圍內(nèi)。鉆芯法是最為準(zhǔn)確的檢測(cè)方法，以鉆芯法測(cè)試結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)物，探地雷達(dá)法測(cè)試誤差為“-2.5～+4.7cm”，激光掃描法測(cè)試誤差為“-0.7～+1.1cm”。探地雷達(dá)測(cè)試結(jié)果測(cè)試誤差較大處主要集中在左邊墻，主要原因該位置處安裝了通風(fēng)管道及其他附屬設(shè)置等影響雷達(dá)信號(hào)的采集；激光掃描法原則上應(yīng)該與鉆芯法結(jié)果完全吻合，但由于現(xiàn)場(chǎng)隧道中軸線（隧道中軸線為曲線）與設(shè)備掃描斷面儀器架設(shè)方向難以達(dá)到完全垂直，測(cè)試結(jié)果存在較小誤差。

5 基于鉆芯法的檢測(cè)結(jié)果修正

探地雷達(dá)法在隧道二次襯砌檢測(cè)中使用頻率最多，且其工作效率快，采用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，通過鉆芯法對(duì)探地雷達(dá)法檢測(cè)結(jié)果平均值進(jìn)行修正，同一隧道及其他支護(hù)參數(shù)相同的隧道可采用。

定義關(guān)聯(lián)函數(shù)見式（1）：

根據(jù)上述公式排壩隧道修正后的探地雷達(dá)法檢測(cè)二次襯砌厚度平均值公式見式（2）：

6 結(jié)論

1）以鉆芯法測(cè)試結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)物，探地雷達(dá)法具有測(cè)試速度快，測(cè)試結(jié)果受二襯內(nèi)部鋼筋及分析人員影響較大，其測(cè)試誤差為“-2.5～+4.7cm”。

2）以鉆芯法測(cè)試結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)物，激光掃描法測(cè)試速度較慢，測(cè)試結(jié)果受儀器架設(shè)位置影響較大，其測(cè)試誤差為“-0.7～+1.1cm”。

3）鉆芯法為破損檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果最為準(zhǔn)確，需控制好鉆進(jìn)方向，防止偏位，其檢測(cè)速度較慢。

4）建立了以鉆芯法為標(biāo)準(zhǔn)物的探地雷達(dá)法檢測(cè)結(jié)果平均值進(jìn)行修正公式，同一隧道及其他支護(hù)參數(shù)相同的隧道可采用。Q