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        多種方法隧道二襯厚度檢測(cè)試驗(yàn)研究

        2022-05-13 04:16:48姜文濤張向陽
        工程質(zhì)量 2022年3期
        關(guān)鍵詞:芯法探地斷面

        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

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