隧道結構檢測現狀及發展

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

隧道結構檢測現狀及發展

張競奇

(重慶交通大學土木工程學院重慶400074)

隧道結構安全是隧道的運營安全的前提，我國要實現從“交通大國”到“交通強國”的發展，離不開結構檢測技術的提高與發展，本文介紹了交通運營隧道目前應用的主要檢測技術及評價方法，分析了工作中存在的問題，梳理了今后的隧道結構檢測的發展方向。

隧道；結構檢測技術；發展方向

一、引言

隨著越來越多的隧道的建設和運營，截至2014年，我國已建成12404座/10756.7公里公路隧道；又據國家規劃預測，未來其規模仍將持續增加。因此，我國公路隧道將面臨長期、繁重、艱巨的養護任務。近年來，雖然我國發布了最新的公路隧道養護技術規范，公路隧道養護工程技術和管理技術也取得了長足進步，但交通的安全性和舒適性也需要相應的檢測來提供可靠的支撐和保障。因此對隧道結構的檢測和維護工作也將大大增加。

二、隧道結構檢測評定方法

如何對運營隧道襯砌結構技術狀況進行系統評定，全方位評價隧道結構的健康狀態，絕不能僅僅停留在經驗法之上，國內外許多專家都對此進行了研究。如，S.W.Park提出了缺陷指標法，將隧道襯砌結構技術評定劃分為5級；國內羅鑫等也有建立模糊綜合評價模型評價隧道襯砌質量的方法，楊建國等通過物元理論、信息熵理論等建立的熵權元評估模型，劉鵬舉等利用遺傳算法和BP神經網絡相結合的方法，建立隧道結構安全評估模型[1]。我國鐵道部門對既有隧道先后制定了《鐵路橋隧建筑物劣化評定標準》、《鐵路隧道襯砌質量無損檢測規程》和《鐵路運營隧道襯砌安全等級評定暫行規定》，等針對鐵路隧道病害進行了分類與分級，給出了病害劣化標準、等級評定方法和判定標準。交通運輸部也發布了《公路隧道養護技術規范》JTGH12-2015，對土建結構技術狀況評定，養護分級方法做了具體科學的評定。

三、隧道結構檢測技術

目前運營隧道結構的檢測，從總體上講，不外乎是人工目測和通過檢測儀器兩種。目前來看，在我國隧道檢測領域人工目測、人工記錄對于隧道外觀(裂縫及滲漏水)等方面檢測還屬于主要方法。通過儀器檢測又可以分為接觸式和非接觸式兩種，主要依據是否接觸檢測對象來分類。

根據隧道結構的特點可以分為襯砌裂縫、襯砌背后缺陷、襯砌厚度、襯砌強度、鋼筋銹蝕、保護層厚度、襯砌變位、襯砌起層剝落及滲漏水等9項指標。

1.襯砌強度、鋼筋銹蝕、保護層厚度等通過回彈儀、超聲脈沖等方法已經比較成熟。2.襯砌背后缺陷、襯砌厚度等物理性混凝土缺陷，在實際操作中包括地探雷達掃描、紅外線熱成像檢測等。其中，地質雷達掃描目前屬于實際應用中的主要方法，其可靠性與便捷性被廣大檢測從業人員認可，關于其科研工作也屬于當下熱點。3.對于襯砌變位的檢測，主要有水準檢測、全站儀檢測和傳感器檢測3種方法。4.隧道內輪廓變形檢測方法包括激光掃描、近景攝影檢測、全站儀檢測、傳感器檢測等。其中，全站儀檢測法為傳統方法方便使用；斷面儀漸漸在市場中成為主流方法；近景攝影檢測法和激光掃描檢測法的檢測發展速度迅猛，其中激光掃描檢測已經可以做到實時掃描，實時建模，實時分析，在內輪廓檢測方面優勢明顯。5.隧道結構表觀檢測主要包括裂縫、混凝土破損、滲漏水、襯砌起層剝落和接頭張開等。主要通過人工目測、激光掃描、近景攝影檢測等；對于滲漏水的檢測，除上述結構表觀病害常用的手段外，又有紅外線熱成像檢測和智能攝像檢測，紅外線熱成像可以快速檢測隧道，智能攝像檢測可以針對重點病害長期檢測。[2]

但我國大部分地區一直以來以人工檢測為隧道結構檢測的主要方法。但隨著隧道運營里程的發展，人工檢測方法已不能滿足隧道的檢測要求，存在效率低，可靠性不足，檢測人員存在安全風險，影響交通通行等諸多問題。在實際工作中，通過激光掃描車20分鐘采集的表觀裂縫數據，人工需要2-3個工日才能完成。因此為了適應隧道的建設和發展，非常需要研制快速高效的隧道病害檢測系統，實現隧道病害檢測的高效、準確。

四、隧道結構檢測工作需求

1.檢測混凝土材料強度，能夠確定不同部位的強度指標，并對不同部位材料強度與結構穩定性、安全性的關系進行識別判斷。

2.檢測混凝土缺陷，能夠確定空洞、斷層(樁)、裂縫、結合面不密實等不同缺陷的類型及其位置。其中，重點推動隧道建設與養護智慧化技術的發展，收集記錄大量建設及檢測數據，建立數據庫，進行大數據分析，從而促進隧道建設技術的發展；重點推動隧道快速無損檢測技術，應用和發展不(少)妨礙隧道交通的病害快速檢測技術或新型檢測技術。目前國內隧道襯砌地質雷達檢測仍處于人工手持地質雷達天線密貼襯砌表面的接觸式檢測階段，檢測速度較低，一般為3～5km/h。關于非接觸式地質雷達檢測的科研工作在快速發展，國內外已經有廠商和高校公布了相關成果，但是目前市面上，隧道襯砌的地質雷達非接觸式還未應用。

3.對重點隱患或重大病害地段開展長期檢測自動化技術研究與示范推廣，重視隧道自動化監測技術研究，對重點區段進行實時長期監測，進而為實時智能預警和主動安全防控提供支撐。

4.對于隧道表觀病害檢測，整合國內技術資源，加強國產化檢測車研發力度，滿足國內隧道檢測需求，并追蹤國際先進研究領域，在條件許可的情況下，進行現場試驗。

5.針對隧道多發滲水問題，在傳統“防、堵、截”水技術的基礎上，加強富水地層準確定位及快速處治關鍵技術。

6.發展服役于隧道智能養護系統的隧道日常巡查裝備技術，針對目前隧道長期維護人員巡檢不方便，巡檢工作形式化等特點，適時發展服役于隧道智能養護系統的隧道日常巡查裝備技術，提高檢測手段的機械化，減少人力投入。

在不斷提高隧道裂縫和滲漏水等結構表觀病害或缺陷的檢測技術的基礎上，還應積極開展對隧道內潛在掉塊、路面缺陷、照明質量以及襯砌厚度不足、襯砌背后空洞等影響隧道運營安全的多維度集成檢測技術研發與應用。

還應大力推行和實施機械化、快速化以及無損的養護和檢測手段，例如日本上世紀80年代就已開發并使用能自動清洗襯砌外表和燈具等的多功能車，我國率先引進的基于紅外和激光的多功能隧道三維掃描車也系引自德國。

五、結語

我國應推動技術資源的整合，開展對隧道內潛在掉塊、路面缺陷、照明質量以及襯砌厚度不足、襯砌背后空洞等影響隧道運營安全的多維度集成檢測技術研發與應用。開展隧道結構健康狀態長期監測技術的研究，利用攝像技術、計算機技術以及網絡技術的發展，實現重點區段的智能監控，云端處理，全天候保障。發展和完善隧道建設與養護智慧化技術，利用計算機大數據技術，掌握龐大建設及檢測的數據信息，并且對這些含有意義的數據進行專業化處理，從而反向優化設計，提高隧道建設水平，從源頭上減少后期養護消耗。發展服役于隧道智能養護系統的隧道日常巡查裝備技術，針對目前隧道長期維護人員巡檢不方便，巡檢工作形式化等特點，適時發展服役于隧道智能養護系統的隧道日常巡查裝備技術，提高檢測手段的機械化，減少人力投入。

[1]張素磊.運營隧道襯砌結構技術狀況的評定方法研究[J].北京交通大學學報，2013，37(4):20-23.

[2]王婷.上海軌交隧道結構檢測技術探析[J].地下工程與隧道,2014，1:17-19

張競奇(1992-)，男，河南安陽人，在讀研究生，研究方向隧道及地下工程健康診斷。