段俊

(中電建黔東南州高速公路投資有限公司，貴州 黔東南 556000)

隧道因其“隱蔽性”，其中一些問題在表面無法及時發(fā)現(xiàn)，對隧道進(jìn)行質(zhì)量檢測已成為工程建設(shè)全壽命周期內(nèi)必不可少的環(huán)節(jié)。其中最重要的一環(huán)是采用地質(zhì)雷達(dá)對襯砌缺陷進(jìn)行檢測。Robert A.、Whiteley R.J.等通過室內(nèi)試驗和現(xiàn)場應(yīng)用對雷達(dá)技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用進(jìn)行了改進(jìn)。史付生等通過建立襯砌模型，以相干波理論為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了計算襯砌中空隙大小的方法。孫洪星將電磁波介質(zhì)中消耗理論應(yīng)用于工程實例中，引入Cole-Cole公式，從理論上描述了電磁波衰減規(guī)律。楊珍等采用探地雷達(dá)對隧道引水洞的灌漿密實度進(jìn)行了分析。蘇興矩等針對廈蓉(廈門—成都)高速公路在建隧道仰拱檢測，采用后期處理技術(shù)提高金屬的反射信號，降低富水反射信號，提高了仰拱鋼支撐檢測的準(zhǔn)確率。上述研究均偏重于地質(zhì)雷達(dá)原理的分析。該文通過對地質(zhì)雷達(dá)檢測隧道的適應(yīng)性分析，采用地質(zhì)雷達(dá)對貴州凱里環(huán)城高速公路北段隧道襯砌進(jìn)行檢測，分析襯砌質(zhì)量缺陷。

1 工程概況

凱里環(huán)城高速公路北段全長73.213 km，其中主線長58.474 km，麻江聯(lián)絡(luò)線長14.739 km。主線起于凱里市三棵樹鎮(zhèn)，設(shè)樞紐互通與已建滬昆(上海—昆明)高速公路銜接，經(jīng)過九寨、翁稍、虎莊、萬潮、爐山、鳳山等主要城鎮(zhèn)后，終于福泉市甕馬(甕安—馬巖)高速公路馬場坪互通。麻江聯(lián)絡(luò)線起于爐碧互通，經(jīng)碧波至隆昌與滬昆高速公路凱里至麻江段連接。采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度100 km/h。整體式路基寬26 m，分離式路基寬2×13 m。汽車荷載等級為公路-Ⅰ級。

該項目橋隧比為54.48%，隧道共17座，長17 745 m。其中：特長隧道1座，長3 390 m；長隧道5座，長8 437.5 m；中隧道5座，長3 505 m；短隧道6座，長2 412.5 m。

2 地質(zhì)雷達(dá)適應(yīng)性試驗分析

2.1 適應(yīng)性分析模型

根據(jù)凱里環(huán)城高速公路北段隧道實際情況和施工經(jīng)驗建立隧道二次襯砌模擬模型，模型長約6 m，墻厚1 m，墻高1 m。從右至左，在模型1 m處埋設(shè)一根鋼支撐，左右0.4 m處各放置一根鋼支撐；在相同位置鋼支撐沿寬度方向距混凝土外表面10 cm處布設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)；在模型2 m、高0.5 m處埋設(shè)厚度為0.2 m、直徑為0.45 mm的圓柱體模擬混凝土不密實，在4～5 m處埋設(shè)厚度為0.2 m、高為0.5 m、寬度為0.42 m的楔形體模擬脫空。隧道二次襯砌模型見圖1。

圖1 隧道二次襯砌模型

2.2 適應(yīng)性分析

對檢測所用SIR4000型地質(zhì)雷達(dá)、900 MHz單體屏蔽天線進(jìn)行適應(yīng)性試驗。將隧道二次襯砌模型從左至右依次編制樁號為K0+000—006，將雷達(dá)天線緊貼隧道模型立面進(jìn)行一次掃描，然后在試驗臺的頂部進(jìn)行一次掃描。預(yù)設(shè)結(jié)果和實測結(jié)果對比見表1。

表1 地質(zhì)雷達(dá)目標(biāo)探測預(yù)設(shè)結(jié)果與實測結(jié)果對比

由表1可知：1) 對于隧道模型中的混凝土不密實、混凝土交界面(厚度)、鋼筋，地質(zhì)雷達(dá)可準(zhǔn)確判斷預(yù)設(shè)對象的大小與位置。2) 由于雙層鋼筋網(wǎng)對雷達(dá)信號的阻斷，雙層鋼筋網(wǎng)下型鋼在立面掃描過程中無法判斷，但在頂部掃描測線中可見鋼支撐反射信號?？傮w而言，SIR4000型地質(zhì)雷達(dá)、900 MHz單體屏蔽天線對混凝土內(nèi)部缺陷、襯砌內(nèi)鋼筋和型鋼具有較高的識別能力，但當(dāng)有雙層鋼筋網(wǎng)遮擋時，雷達(dá)信號被阻斷，無法判斷其背后情況。

3 現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)分析

對凱里環(huán)城高速公路北段17座隧道襯砌采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行檢測，沿隧道拱部布置拱頂、左右拱腰3條測線，拱頂測線位于隧道中線或偏離50 cm左右位置，拱腰測線位于燈線電纜槽上方50 cm左右位置。

對現(xiàn)場采集的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到圖2所示襯砌病害分布，其中襯砌脫空、襯砌厚度不足病害分布情況分別見圖3、圖4，缺陷數(shù)量見表2。

圖2 凱里環(huán)城高速公路北段隧道襯砌缺陷分布

圖3 凱里環(huán)城高速公路北段隧道襯砌脫空缺陷分布

圖4 凱里環(huán)城高速公路北段隧道襯砌厚度不足缺陷分布

表2 凱里環(huán)城高速公路北段隧道襯砌缺陷數(shù)量統(tǒng)計

由圖2～4、表2可知：襯砌缺陷數(shù)量最多的是角沖村1號隧道和金銀洞隧道；襯砌脫空主要集中在拱頂，其脫空數(shù)量約占脫空總量的70.7%；厚度不足主要集中在拱腰，左右拱腰厚度不足數(shù)量約占厚度不足總量的81.4%?？梢?，拱頂處襯砌缺陷多為脫空，拱腰處襯砌缺陷多為厚度不足。

4 結(jié)論

(1) SIR4000型地質(zhì)雷達(dá)、900 MHz單體屏蔽天線對混凝土內(nèi)部缺陷、襯砌內(nèi)鋼筋和型鋼具有較高的識別能力。但在有鋼筋網(wǎng)遮擋時，雷達(dá)信號被阻斷，無法判斷其背后情況，現(xiàn)場檢測時應(yīng)輔以鉆孔進(jìn)行驗證，提高檢測準(zhǔn)確率。

(2) 襯砌脫空主要集中在拱頂，其脫空數(shù)量約占脫空總量的70.7%；襯砌厚度不足主要集中在拱腰，左右拱腰厚度不足數(shù)量約占厚度不足總量的81.4%。拱頂處襯砌缺陷多為脫空，拱腰處襯砌缺陷多為厚度不足，混凝土襯砌施工時應(yīng)采取預(yù)防措施及時消除質(zhì)量隱患。