摘要 無損檢測技術(shù)可以幫助工作人員及時發(fā)現(xiàn)公路隧道內(nèi)的裂縫、脫空等病害，從而采取相應(yīng)的維修措施，避免發(fā)生潛在的交通事故，保障公路隧道的安全運營。基于上述需求，文章分析了公路隧道無損檢測技術(shù)與病害處理的方法。通過應(yīng)用探地雷達測量技術(shù)，實施測線布置、電磁波接收、圖像分析處理等步驟，獲取公路隧道襯砌的厚度信息，為病害處理提供了依據(jù)。根據(jù)探測結(jié)果，分析了公路隧道中出現(xiàn)的不密實、沉降和結(jié)構(gòu)層脫空等病害，并針對上述病害提出了相應(yīng)的處理方法。通過分析并實施探地雷達測量技術(shù)在公路隧道無損檢測中的應(yīng)用，以期及時處理隧道病害可以延長隧道的使用壽命，減少因病害導(dǎo)致的提前退役風險。

關(guān)鍵詞 公路隧道；無損檢測技術(shù)；病害處理；結(jié)構(gòu)安全；公路維護

中圖分類號 U491 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）07-0079-03

0 引言

隨著高速公路網(wǎng)的不斷發(fā)展和完善，公路隧道在交通建設(shè)中的作用日益凸顯。作為連接城市的重要通道，公路隧道的建設(shè)和維護對于緩解城市交通壓力、提高道路通行效率具有舉足輕重的影響。然而，在隧道運營過程中，由于地質(zhì)、環(huán)境、荷載等多種因素的影響，公路隧道襯砌可能會出現(xiàn)裂縫、脫空等病害，這些病害若不及時發(fā)現(xiàn)和處理，將嚴重影響隧道的安全性和使用壽命[1]。因此，研究公路隧道無損檢測技術(shù)與病害處理方法，對于保障隧道的安全運營、降低維護成本、延長使用壽命具有重要的現(xiàn)實意義[2]。該文圍繞公路隧道無損檢測技術(shù)與病害處理方法展開分析，探討如何應(yīng)用探地雷達測量技術(shù)來獲取隧道襯砌的厚度信息，為病害處理提供依據(jù)，并針對探測結(jié)果提出相應(yīng)的處理方法，以期為我國公路隧道的安全運營和維護提供有益的參考。

1 工程概況

平?jīng)觯ㄈA亭）至天水高速公路是G8513平?jīng)鲋辆d陽國家高速公路聯(lián)絡(luò)線的重要組成部分，也是甘肅省高速公路網(wǎng)規(guī)劃平?jīng)鲋廖涠几咚俟返闹匾M成路段，在區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)中具有重要作用。該公路天水2#隧道全長約4.5 km，雙向4車道，設(shè)計行車速度為80 km/h。該公路隧道克服了軟土層、砂層和巖層等多種地質(zhì)難題。在施工過程中，工程團隊成功地解決了地下水滲漏問題，確保隧道的穩(wěn)定性和安全性。另外，該隧道內(nèi)設(shè)完善的通風、照明和排水系統(tǒng)，以提供舒適和安全的行車環(huán)境。然而，由于隧道穿越了軟土層、砂層和巖層等多種地質(zhì)層，地下水的壓力變化導(dǎo)致發(fā)生了水漬滲漏的現(xiàn)象。另外，由于長期的車輛荷載和地質(zhì)變化，部分區(qū)域的隧道襯砌出現(xiàn)了微小的裂縫。盡管裂縫尚未對隧道的整體穩(wěn)定性造成嚴重影響，但仍需要定期進行監(jiān)測和維修，以確保隧道的長期安全運營。

2 探地雷達測量

2.1 測線布置

合理的測線布置能夠有效提高公路隧道檢測的準確性和效率。探地雷達測線的布置如圖1所示。

布置測線時，需全面覆蓋隧道襯砌的各個區(qū)域，確保沒有發(fā)生遺漏[3]。同時，測線均勻分布在隧道襯砌的各個部位，以保證測量結(jié)果的均勻性及可靠性[4]。測線的布置采用螺旋狀方式，以確保檢測的全面性和系統(tǒng)性。為提高檢測的精度，減少檢測數(shù)據(jù)的冗余和誤差，測線之間的間隔為6 m，通過探地雷達的測量，可以準確獲取隧道襯砌的厚度信息，為病害的處理提供科學(xué)依據(jù)。

2.2 電磁波接收

在探地雷達測量過程中，電磁波的發(fā)射和接收是基本環(huán)節(jié)，電磁波的接收對于獲取有關(guān)地下信息至關(guān)重要。探地雷達通過天線接收地面反射回來的電磁波信號[5]。接收到的信號通常很微弱，需要通過放大器進行信號放大。放大后的信號包含各種頻率成分，需通過解調(diào)器進行解調(diào)，提取出有用的信號成分。提取信號后，需應(yīng)用信號處理器進行處理，消除噪聲和干擾，提取出目標信號的特性[6]。最后，將處理后的信號進行記錄，并對上述數(shù)據(jù)進行分析處理，即可得到地下的孔洞、裂縫、層位等結(jié)構(gòu)信息。如果探地雷達發(fā)射的是脈沖信號，可以通過測量從發(fā)射脈沖到接收脈沖的時間間隔（即回波時間）來確定目標距離，時域分析公式見式（1）。

式中，d——目標到雷達的距離；v——電磁波在介質(zhì)中的傳播速度；t——回波時間。如果探地雷達使用的是連續(xù)波信號，可以通過分析接收信號的頻率變化來確定目標距離。基于多普勒效應(yīng)，目標移動時會導(dǎo)致接收頻率的變化。頻域分析公式見式（2）。

式中，Δf——頻率變化量；v——目標的速度；f0——發(fā)射信號的頻率；t——信號往返時間。通過頻域分析，可以將信號分解為不同頻率的正弦波和余弦波的組合，分析信號的組成和結(jié)構(gòu)。

2.3 圖像分析處理

從接收到的電磁波信號中提取有用的信息，即可生成地下圖像[7]。在圖像分析處理過程中，為提高信號質(zhì)量，減少噪聲和干擾，首先需進行信號預(yù)處理工作，實現(xiàn)信號預(yù)處理公式見式（3）。

式中，y（t）——預(yù)處理后的信號；x（t）——原始信號；A——放大倍數(shù)；ω——角頻率；——相位角。如果探地雷達使用的是調(diào)制信號，則需要通過解調(diào)提取原始信號。解調(diào)過程包括調(diào)制信號的檢測和原始信號的恢復(fù)，見式（4）。

式中，y（t）——解調(diào)后的信號；x（t）——調(diào)制信號；ω——調(diào)制頻率。將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，以分析信號的頻率成分，見式（5）。

式中，Y（ f ）——信號的頻域表示；x（t）——時域信號；f——頻率。通過分析信號的幅度頻譜和相位頻譜，可了解信號的頻率特性，見式（6）。

式中，Y（ f ）——信號的幅度頻譜；Y（ f ）*——信號的復(fù)共軛。使用接收的信號和探地雷達系統(tǒng)的參數(shù)，采用反投影算法，即可重建地下的圖像，見式（7）。

式，I′（x，y）——增強后的圖像；a——增強系數(shù)；Δx、Δy——圖像的像素尺寸；θ——信號的入射角。從圖像中提取有用的邊緣、紋理、異常等特征，并進行解釋，可識別出地下的結(jié)構(gòu)和異常，見式（8）。

式中，F(xiàn)（x，y）——提取的特征；wi——權(quán)重；Δxi、Δyi是圖像的像素尺寸。通過提取主要特征，可以減少數(shù)據(jù)集的維度，簡化模型訓(xùn)練和預(yù)測的計算復(fù)雜度，同時，避免在原始高維數(shù)據(jù)中可能出現(xiàn)的過擬合問題。

3 結(jié)果輸出及病害處理

3.1 檢測結(jié)果

檢測區(qū)域設(shè)置兩條測線，兩條測線探測情況如表1所示。

表1詳細記錄了測線一及測線二在探測活動中的測線分布、測點位置、探測結(jié)果，以及病害位置、深度。所有測點的探測結(jié)果均顯示為“信號正?！保砻髟谏鲜鑫恢弥?，沒有發(fā)生預(yù)期的異常信號。發(fā)現(xiàn)的公路隧道病害主要包括“不密實”“沉降”以及“結(jié)構(gòu)層脫空”，上述病害描述了土壤或結(jié)構(gòu)層的狀態(tài)，對后期的工程維護和修復(fù)工作具有指導(dǎo)意義。

3.2 病害處理

3.2.1 不密實處理

不密實是指土壤或填筑材料中的孔隙率較大，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)不夠緊密，直接影響公路隧道的基礎(chǔ)承載能力和穩(wěn)定性。在處理公路隧道不密實問題期間，需實施以下步驟：

（1）挖除和替換。移除不密實的土壤或填筑材料，然后用更加密實的材料進行填充，確保新填充的材料達到設(shè)計要求的密實度。

（2）使用壓實機械對不密實區(qū)域進行壓實，以提高其密實度。

（3）注漿。通過采用注漿技術(shù)，將水泥漿或其他加固材料注入不密實層中，以增強其整體性和穩(wěn)定性。

（4）加固。使用化學(xué)注漿、凍結(jié)法、預(yù)壓法等加固技術(shù)，對不密實區(qū)域進行加固處理，以提高其承載能力和穩(wěn)定性。

（5）排水。不密實大多是由于水分過多導(dǎo)致的，需要采取措施進行排水，然后再次進行壓實或加固處理。

3.2.2 沉降處理

沉降是指地表或結(jié)構(gòu)層在荷載作用下產(chǎn)生的下沉變形。在公路隧道中，沉降可能會導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，影響交通安全。針對公路隧道沉降問題，需實施以下步驟進行處理：

（1）監(jiān)測。對沉降區(qū)域進行監(jiān)測，收集沉降數(shù)據(jù)，分析沉降趨勢和原因。

（2）預(yù)壓。在隧道施工前或施工過程中，對地基進行預(yù)壓處理，以減小后期沉降。

（3）加固。使用注漿、凍結(jié)、預(yù)應(yīng)力等加固技術(shù)，對地基或隧道結(jié)構(gòu)進行加固處理，提高其承載能力和穩(wěn)定性。

（4）排水。如果沉降是由于水分過多導(dǎo)致的，需要采取措施進行排水，然后進行加固處理。

（5）修復(fù)。對于已經(jīng)發(fā)生的沉降，可以根據(jù)具體情況采取恰當?shù)男迯?fù)措施，如局部切割、更換受損構(gòu)件、填充空隙等。

（6）支撐。在必要時，對隧道結(jié)構(gòu)進行臨時或永久性支撐，以防止進一步沉降。

（7）減載。通過減少隧道上方的荷載，如移除部分土體或調(diào)整隧道內(nèi)部荷載分布，來減輕沉降。

（8）維護。通過定期對隧道進行檢查和維護，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的沉降問題。

3.2.3 結(jié)構(gòu)層脫空處理

結(jié)構(gòu)層脫空是指隧道襯砌或結(jié)構(gòu)層與地基之間的分離?？赡苁怯捎谑┕げ划?、地基沉降、材料老化等原因造成的結(jié)構(gòu)層脫空，脫空現(xiàn)象會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)層失去支撐，影響隧道的整體穩(wěn)定性。針對結(jié)構(gòu)層脫空問題，需實施以下步驟進行處理：

（1）檢測與評估。使用無損檢測技術(shù)（如超聲波、雷達、紅外熱像等）對脫空區(qū)域進行檢測和評估，確定脫空的范圍、深度和嚴重程度。

（2）注漿加固。對于較小的脫空區(qū)域，可以采用注漿加固的方法填充脫空部分，恢復(fù)結(jié)構(gòu)層的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

（3）局部修復(fù)。對于局部脫空，可以采用切割、清理、重新澆筑等方法進行局部修復(fù)。

（4）整體更換。對于大面積的脫空，可能需要移除受損的襯砌或結(jié)構(gòu)層，然后重新施工，確保結(jié)構(gòu)的整體性。

（5）預(yù)應(yīng)力加固。在修復(fù)過程中，可以采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)對結(jié)構(gòu)層進行加固，提高其承載能力和抗裂性能。

（6）排水與防水。在處理脫空的同時，需要考慮排水和防水措施，以防止水分再次浸入，導(dǎo)致新的脫空問題。

（7）監(jiān)控與維護。修復(fù)后，需要對隧道進行長期的監(jiān)控和維護，定期檢查，及時發(fā)現(xiàn)并處理新的脫空問題。

4 結(jié)語

公路隧道無損檢測技術(shù)與病害處理方法的研究對于保障隧道的安全運營、降低維護成本、延長使用壽命具有重要意義。通過應(yīng)用探地雷達測量技術(shù)，道路檢修人員可以快速、準確地獲取隧道襯砌的厚度信息，為病害處理提供科學(xué)依據(jù)。針對探測結(jié)果，道路檢修人員可以采取相應(yīng)的處理方法，以確保隧道的安全性和穩(wěn)定性。此外，定期進行無損檢測和監(jiān)測，有助于道路檢修人員及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的病害，避免發(fā)生交通事故，保障公路隧道的長期安全運營。

參考文獻

[1]陶學(xué)紅， 趙少鵬， 劉軍. 無損檢測技術(shù)在運營地鐵隧道結(jié)構(gòu)病害檢測中的應(yīng)用[J]. 地基處理， 2023（S1）： 126-130.

[2]林杰， 祝江林， 肖強， 等. 基于Three. js引擎模塊的隧道三維可視化系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報（信息與管理工程版）， 2023（5）： 795-800.

[3]林石泉. 既有煤礦采空區(qū)公路隧道涌滲水病害原因分析及處置措施[J]. 福建交通科技， 2023（4）： 55-59.

[4]劉學(xué)增， 楊學(xué)良， 楊芝璐， 等. 自然條件下隧道襯砌淺層鋼筋銹蝕的熱效應(yīng)與紅外檢測方法[J]. 巖土工程學(xué)報， 2023（4）： 680-689.

[5]胡德武. 路線交叉新建隧道爆破施工對既有隧道安全性影響分析[J]. 福建交通科技， 2022（12）： 53-58.

[6]黎丁丁. 公路隧道滲漏水病害成因及防排水施工質(zhì)量控制措施分析[J]. 運輸經(jīng)理世界， 2022（30）： 110-112.

[7]范芃蘭. 無損檢測技術(shù)在高速公路路基路面中的應(yīng)用[J]. 四川建材， 2022（9）： 174-175.