曹金滸

（貴州黔程弘景工程咨詢有限責(zé)任公司，貴州貴陽 550018）

0 引言

高速公路工程建設(shè)過程中難免會遇到山區(qū)，而山區(qū)一般環(huán)境惡劣、地質(zhì)地形條件復(fù)雜，為了順利通車，需要開挖隧道。在高速公路隧道施工中，需要進(jìn)行隧道監(jiān)控量測，以保證施工質(zhì)量和后期運(yùn)營質(zhì)量。隧道監(jiān)控量測過程中需要科學(xué)地采用量測技術(shù)，如地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)、無損檢測技術(shù)等，以更準(zhǔn)確地檢測隧道內(nèi)部情況，提高質(zhì)量控制水平，從而保證整體施工質(zhì)量。為此，相關(guān)單位需要加強(qiáng)系統(tǒng)研究和分析，不斷優(yōu)化監(jiān)控量測技術(shù)，完善監(jiān)控量測體系，以滿足隧道施工需要。

1 隧道監(jiān)控量測概述

隧道監(jiān)控量測是指在隧道施工過程中，對圍巖、地表、支護(hù)構(gòu)造的變形、穩(wěn)定狀態(tài)以及周邊環(huán)境的動態(tài)變化進(jìn)行常規(guī)性的觀察與測量。此項工作的主要目的在于了解并掌握圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)以及支護(hù)構(gòu)造體系的可靠性，以確保隧道施工的安全性，以及結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性。通過針對量測數(shù)據(jù)進(jìn)行評估與分析，可以對隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行及時的修改與調(diào)整。隧道監(jiān)控量測項目主要包括檢查圍巖在初噴混凝土后是否存在裂紋和剝落現(xiàn)象，以及地表是否存在鼓起現(xiàn)象等[1]。

2 隧道監(jiān)控量測的必要性和作用

2.1 必要性

我國部分高速公路工程隧道里程較長，進(jìn)出口隧道里程也相對較長，因此需要通過科學(xué)的方法對隧道的具體情況進(jìn)行監(jiān)控和量測，以實時掌握隧道圍巖的變化情況，并據(jù)此調(diào)整、優(yōu)化支護(hù)方案。一般需要對圍護(hù)周圍土體和巖石層的位移情況、拱頂下沉情況進(jìn)行量測，在量測過程中需要采用全站儀等設(shè)備，以提高量測結(jié)果的精準(zhǔn)度、可靠性。

同時，需要對隧道斷面周邊收斂情況進(jìn)行量測，準(zhǔn)確判斷斷面的收斂情況，如果在量測過程中發(fā)現(xiàn)拱頂有下沉情況，借助坐標(biāo)系統(tǒng)可以及時、準(zhǔn)確地測量拱頂點(diǎn)的相對下沉量。

2.2 作用

隧道監(jiān)控量測是掌握隧道圍巖動力穩(wěn)定性的重要手段之一，也是隧道工程設(shè)計和施工需要的重要依據(jù)。主要作用體現(xiàn)在以下幾個方面：

通過隧道監(jiān)控量測，可以及時獲取高速公路隧道施工時圍巖的動態(tài)和具體情況。進(jìn)行量測后，需要對所獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治龊脱芯?，并借助無損檢測技術(shù)進(jìn)行更深層次的量測，以把握現(xiàn)場的具體情況。在此基礎(chǔ)上，可以制訂有效的預(yù)防和控制措施，以確保施工質(zhì)量的穩(wěn)定性。

隧道施工過程會受到多方面因素的影響，利用隧道監(jiān)控量測技術(shù)，可以準(zhǔn)確地了解隧道施工各階段地層和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變化情況，從而全面掌握隧道施工的狀態(tài)和實際情況。現(xiàn)場監(jiān)控量測結(jié)果可以對理論分析結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充和修正，技術(shù)人員可以根據(jù)這些結(jié)果調(diào)整隧道施工方法，如調(diào)整支護(hù)設(shè)計參數(shù)等，從而保證隧道施工進(jìn)度、提高工程質(zhì)量。

3 無損檢測技術(shù)在高速公路隧道監(jiān)控量測中的應(yīng)用

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速公路工程也在持續(xù)發(fā)展，相關(guān)施工技術(shù)也在不斷提高。但在高速公路施工建設(shè)中，隧道施工的安全隱患較多，施工質(zhì)量控制難度相對較大。通過優(yōu)化施工技術(shù)方案、工藝流程、工程設(shè)計、引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)能夠更有效地消除安全隱患，提高工程質(zhì)量。同時，需要采用無損檢測技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控量測，以進(jìn)一步確保高速公路隧道施工活動順利進(jìn)行。

具體應(yīng)用時，要求根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況合理采用相應(yīng)的無損檢測技術(shù)，獲得完整、真實、準(zhǔn)確的施工測量數(shù)據(jù)信息，并對量測結(jié)果進(jìn)行分析和評估，以進(jìn)一步規(guī)范施工操作過程，確保施工過程中的質(zhì)量和安全隱患得以有效解決[2]。

在高速公路隧道施工中，為保證整體施工質(zhì)量，需要借助無損檢測技術(shù)，合理、高效地開展監(jiān)控量測工作，并根據(jù)隧道監(jiān)控量測結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的決策。隧道監(jiān)控量測流程如圖1 所示。

圖1 隧道監(jiān)控量測流程

3.1 地質(zhì)雷達(dá)無損檢測技術(shù)

地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)主要基于高頻電磁波的反射原理進(jìn)行量測，在不對工程主體結(jié)構(gòu)造成破壞的情況下，完成內(nèi)部狀況的掃描工作。電磁波穿過地下物質(zhì)，遇到介質(zhì)界面時會產(chǎn)生反射，且反射波會被天線接收，并轉(zhuǎn)換為電信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)中進(jìn)行處理。該技術(shù)具有非侵入性、高精度、數(shù)據(jù)顯現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。在高速公路隧道施工中，可以采用地質(zhì)雷達(dá)無損檢測技術(shù)對一些隧道圍巖較厚、基層密度大的部位進(jìn)行監(jiān)控量測。

具體進(jìn)行量測時，需要為現(xiàn)場工作人員配備地質(zhì)雷達(dá)便攜式主機(jī)，并準(zhǔn)備好信號收發(fā)天線和綜合性控制電纜，還要配置測量輪和電能儲備裝置，采集數(shù)據(jù)信息后，借助數(shù)據(jù)處理軟件完成數(shù)據(jù)信息分析和處理工作。

地質(zhì)雷達(dá)便攜式主機(jī)會產(chǎn)生高頻電磁波脈沖，由天線發(fā)射到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，隨后接收機(jī)會有效接收介質(zhì)反射的電磁波。相關(guān)工作人員需要考慮電磁波在傳輸過程中由于介質(zhì)自身電磁性發(fā)生變化或者介質(zhì)自身幾何形態(tài)發(fā)生變化所引起的相位變化以及回波能量波形改變等因素，同時需要應(yīng)用計算機(jī)軟件以及濾波程序，對反射波進(jìn)行有效的采集和處理，再結(jié)合反射波的波形等數(shù)據(jù)信息，對隧道工程地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，為后續(xù)的施工決策提供支持和參考。

地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)的主要應(yīng)用流程如下：

第一，檢測人員需要科學(xué)利用計算機(jī)設(shè)備，明確對控制單元的相關(guān)要求。

第二，控制單元接收到指令后會發(fā)送和接收天線信號。

第三，控制單元接收指令后將指令通過高頻電磁波的形式發(fā)送到地面。

第四，如果探測部位的介質(zhì)分布不均勻，則電磁波反射的電性目標(biāo)和界面不同，在這種情況下一部分電磁波被反射到地面，地面天線接收到反射信號后會將其轉(zhuǎn)化成為數(shù)據(jù)信息傳送到控制單元，之后通過計算機(jī)界面進(jìn)行相關(guān)操作、處理和分析。

第五，檢測人員對最終的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分解，繪制為圖像，以此把握具體情況。

總之，具體應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)時需要把握技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用范圍、要求，嚴(yán)格遵循操作規(guī)程進(jìn)行量測，有效發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢，提高量測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性、可靠性，以準(zhǔn)確把握隧道內(nèi)部的具體情況[3]。

3.2 超聲波檢測技術(shù)

在高速公路隧道施工過程中，可以采用超聲波檢測技術(shù)對隧道施工過程中的關(guān)鍵構(gòu)件、部位及隱蔽工程等進(jìn)行監(jiān)控量測。超聲波檢測技術(shù)主要是利用超聲波在介質(zhì)中的傳播特性及聲時、聲速、波幅和主頻等聲學(xué)參數(shù)對介質(zhì)特征和內(nèi)部的構(gòu)造與缺陷進(jìn)行量測。應(yīng)用超聲波檢測技術(shù)需要使用高精度的檢測儀器，可以準(zhǔn)確判斷出各個施工環(huán)節(jié)中存在的質(zhì)量問題，具有較高的準(zhǔn)確性和適用性，能夠顯著提高監(jiān)控量測結(jié)果的精準(zhǔn)性。在高速公路隧道監(jiān)控量測中，采用超聲波檢測技術(shù)便于及時發(fā)現(xiàn)問題并采取預(yù)防和控制措施，進(jìn)而有效保證整個隧道工程的施工質(zhì)量。

3.3 光纖傳感器檢測技術(shù)

光纖傳感器檢測（見圖2）技術(shù)是一種利用光纖傳輸原理對隧道斷面情況進(jìn)行監(jiān)測量測和分析的技術(shù)。該技術(shù)可檢測隧道中是否存在質(zhì)量病害和圍護(hù)斷裂等現(xiàn)象，但在實際應(yīng)用過程中，可能會出現(xiàn)光纖傳輸損耗較大的問題，因此需定期檢查并判斷光纖傳感器的運(yùn)行狀況。

圖2 光纖傳感器檢測

光纖傳感器是一種靈敏度較高的傳感器，其傳感原理與電磁傳感器原理相似，但光纖傳感器主要以激光作為測量信號載體，通過光導(dǎo)纖維進(jìn)行信號傳輸[4]。這種傳輸方式具有很多優(yōu)點(diǎn)，如不受外部磁場干擾，適用于環(huán)境復(fù)雜的檢測工作，具有檢測效果好、操作簡單和自動化水平高等。

3.4 頻譜分析技術(shù)

在當(dāng)前的隧道監(jiān)控量測工作中，主要采用移動傳感器、速度傳感器、加速度傳感器等，通過這些傳感器可以實時監(jiān)測高速公路隧道圍巖的動力荷載。通過檢測時獲取的區(qū)域信息，可以準(zhǔn)確判斷隧道內(nèi)部構(gòu)造在荷載和外力影響下的振動頻率，全面了解隧道的實際情況。不同的傳感器有不同的頻率，因此需要采用頻譜分析法進(jìn)行分析，以便準(zhǔn)確把握隧道的整體情況。頻譜分析技術(shù)主要是通過解析頻譜的方法來處理數(shù)據(jù)信息，可根據(jù)波長、頻率和時間等數(shù)據(jù)的變動情況，對隧道內(nèi)不同區(qū)域的靜態(tài)和動態(tài)特征進(jìn)行分析。

3.5 圖像檢測技術(shù)

在高速公路隧道監(jiān)控量測過程中也可以采用圖像檢測技術(shù)，該技術(shù)是一種非常有效的技術(shù)方法。圖像檢測技術(shù)主要分為紅外線成像技術(shù)和激光全息圖像技術(shù)。

紅外線成像技術(shù)主要是利用紅外探測器對量測對象發(fā)出紅外輻射進(jìn)行探測，通過深入分析和研究隧道內(nèi)的紅外線成像情況，可以及時發(fā)現(xiàn)隧道施工中存在的質(zhì)量問題，以便于根據(jù)具體的問題制訂針對性的控制對策，有效解決問題，避免影響施工質(zhì)量。在此過程中可以結(jié)合信息技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成為圖像畫面，以實時獲取隧道內(nèi)部的具體情況，便于施工人員準(zhǔn)確把握具體的施工情況，進(jìn)行針對性的處理。

激光全息圖像技術(shù)主要是利用激光全息照相來檢測物體表面和內(nèi)部的缺陷，采用激光全息圖像技術(shù)進(jìn)行隧道質(zhì)量監(jiān)控量測的過程中需要結(jié)合力學(xué)原理進(jìn)行針對性的計算和分析[5]。

4 結(jié)語

在我國當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展態(tài)勢下，高速公路工程項目的覆蓋范圍不斷擴(kuò)大。在高速公路工程建設(shè)過程中，隧道是常見的工程項目之一，為了在隧道施工中準(zhǔn)確掌握圍巖的實際情況，有必要在施工過程中科學(xué)地運(yùn)用無損檢測技術(shù)進(jìn)行隧道監(jiān)控量測。利用相關(guān)無損檢測技術(shù)時，必須科學(xué)布置量測點(diǎn)，根據(jù)相關(guān)技術(shù)的規(guī)范要求進(jìn)行監(jiān)控量測作業(yè)，并結(jié)合信息技術(shù)等對相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理與分析，進(jìn)而有效調(diào)整施工參數(shù)、做好安全防護(hù)等，保證高速公路隧道工程的施工質(zhì)量與施工過程的安全性。