公路隧道襯砌裂縫快速檢測描述及運用探討

李汶洋

（四川川高工程技術咨詢有限責任公司，四川 成都 610000）

0 引言

隨著我國經濟的發展，隧道的數量逐年增加。隧道的數量越多，隧道的運營管理責任越大。由于公路建設技術的提升，隧道運營及養護水平與現在的交通技術較為匹配。隧道的數量增多，隧道的檢測技術要求也在提高，但現階段的隧道檢測，還是主要以人為為主，配合一些檢測設備儀器，而檢測設備及工具、檢測結果描述不能夠滿足檢測需求。同時人為檢測時間較長，對運營管理的隧道交通壓力較大，隧道檢測過程的規范急需建立［1-2］。

圖像技術的發展，各種隧道病害的識別算法運用如：小波能量譜、壓縮感知理論算法［3］進行隧道病害檢測評估，三維激光掃描技術用于地鐵隧道滲漏水檢測［4］，多尺度算法檢測隧道裂縫滲漏水的運用［5］，以及采用分層綜合評定與隧道單項控制指標相結合的方法建立了 公路隧道技術狀況評定方法［6］等。JTG H12－2015《公路隧道養護技術規范》中隧道病害的描述多限于范圍，無較為準確的量性標準。隧道的裂縫描述尤為突出，導致不同機構及不同人員對隧道的檢測數據認識結果不一致，限制檢測數據的運用及隧道的管理品質提升。

1 傳統檢測裂縫特點

1.1 檢測條件限制隧道檢測的全面性

隧道結構是個條狀半圓形結構，2 車道高度達 7 m，就需要采用其他設備進行配合檢測。例如，高空作業車、腳手架、照明手電等。由于手電照明的范圍有限，人為的檢測速度緩慢，檢測的結果無法整體覆蓋隧道襯砌病害與位置；同時，由于隧道處于運營狀態，不可能進行過長時間的封道；各方面綜合結果下，隧道的檢測結果更多的是邊墻的體現，檢測覆蓋不夠全面，直接影響隧道結構安全評價。

1.2 檢測結果描述不一致

JTG H12－2015《公路隧道養護技術規范》是公路隧道檢測依據的規范和詳細的作業指導書。但其所謂的“詳細”主要體現在：檢測分項（土建、機電、其他）、檢測的內容、經驗因素的分值評價體系。

規范在附錄中對一些指標進行了定量評價，但還是存在明顯的不足，例如：裂縫僅有水平方向的裂縫或剪斷方向裂縫，或橫向裂縫，不能夠完全定性進行裂縫描述——斜向，網狀，或枝丫形的裂縫，這在實際檢測中描述出現了困難。同時公路水運工程試驗檢測綜合甲級或橋隧專項機構對各種病害的描述不一致，不同公司之間存在技術壁壘。如表 1～ 3 所示是某機構的檢測結果描述。

不同機構隧道的描述不一致，導致隧道運營管理者在數據的運用上存在選擇的困難，不利于數據的綜合運用。

表 1 《規范》上隧道病害描述

表2 某檢測機構隧道病害描述

1.3 運營公司對隧道的管理

隧道運營管理公司在選擇檢測公司對根據不同階段會有不同要求，因此選擇的隧道檢測的公司也會不同；隧道運營公司會根據隧道壁表面風化程度，對隧道進行裝飾，裝飾后的隧道一些病害會被隱藏，影響之后的檢測結果與判斷。

1.4 檢測結果的運用

檢測的目的是陳述事實，并在事實的基礎上進行判斷。而現階段的檢測是以人為檢測為主，陳述的事實過程存在人為的描述與判斷。而影響人為判斷的因素有三個方面：第一，人的知識；第二，人的經驗與認識；第三，對作業指導規范的理解。檢測結果不同人的理解會存在差異性：比如，邊墻高度、拱腰位置，縱向裂縫是水平直線，滲漏水狀態等等，這些參數都將影響到隧道結構安全的整體判斷。

隧道檢測結果可信度的因素：檢測機構、運營管理、人為因素。即便是這些因素不考慮，檢測結果運用也需要考慮檢測結果的準確性。只有具備將各個因素的影響降低到最小，檢測結果的價值才能發揮最大。

表3 某檢測機構隧道病害描述

2 檢測的項目及其參數

JTG H12－2015《公路隧道養護技術規范》中規定的檢測項目分為三大塊及占比：土建 60 %、機電35 %、其他 5 %，因此隧道基本檢測主要是以土建結構檢測為主。

土建結構檢測分為 9 部分及比例：洞口 15 %、洞門5 %、襯砌（襯砌破損及滲漏水）40 %、檢修道 2 %、排水設施 6 %、路面 15 %、內裝飾 2 %、交通標志 5 %、吊頂及預埋件 10 %。隧道檢測以襯砌對結構安全影響較大。而隧道襯砌檢測中破損檢測對隧道安全影響比較直接。因此如何在檢測過程中真實準確地描述隧道的破損顯得尤為重要。

隧道襯砌的破損描述主要是描述隧道的襯砌裂縫。從各個檢測單位的檢測報告中可看出裂縫的描述主要采用兩個參數：裂縫長度及寬度，而裂縫深度在現階段的實際工作中不易進行操作。

3 隧道裂縫快速檢測及描述數字模型

3.1 快速檢測概述

隧道的快速檢測發展比較成熟，國外的德國 TS 3 和日本 MIMM 隧道檢測車，國內的北京雷德華澳、武漢卓越科技 TFS 等，在裂縫檢測方面各具有特點。但基本原理是：采用高速高清攝像機對隧道襯砌表面進行照相，通過圖像拼接技術拼接完整隧道襯砌，然后采用圖像識別技術，識別裂縫、襯滲漏水等隧道病害。

通過上面的描述，如果裂縫的描述無法確定其準確的位置，無法描述隧道裂縫的準確形態，將導致檢測數據使用存在不足。因此，裂縫描述需要建立一種統一的描述方式。

3.2 快速檢測的裂縫描述

對高速公路二車道隧道襯砌內輪廓線的初步分析，隧道的內輪廓線長度約為 20 m，因此將隧道內輪廓線在隧道軸線方向上展開，形成坐標系以方便隧道裂縫描述。

3.2.1 坐標系定義及特點

1）隧道洞口拱頂與軸線相交位置定義為零點或原點；

2）隧道的軸向定義為 X 軸，車輛行駛方向為正方向；

3）垂直于 X 軸為 Y 軸，以面對隧道行車方向，垂直于左手為正向，反之為負向；

4）隧道裂縫長度、寬度：L、W。

3.2.2 注意事項

1）隧道的臺車模板長度一般為 10 m 長度，施工縫間斷為 10 m；

2）隧道的單條裂縫長度：縱向裂縫長度不超過 10 m、環向裂縫長度不超過 20 m；

3）隧道的裂縫寬度值 W 表示該條縫寬度最大值：0～Wmax；

有限元理論：將曲線形的裂縫劃分成有限的線段，采用有限元理論，進行裂縫統計。

3.3 實例介紹

以某隧道為例，形成坐標系進行數據表示（見圖 1）。

圖1 隧道襯砌及裂縫展布圖

3.3.1 裂縫描述

a.裂縫 1——環向裂縫 L（A0A1）=（X0，Y0；X1，Y1），其中 X0=X1；

通過坐標系轉換為長度：

簡單描述：樁號 Kxx+00XA0，長度 L（A0A1）=|Y0-Y1|，裂縫寬度為 WA，與軸線夾角 90°；

b.裂縫 3——縱向裂縫 L（D0D1）=（X0，Y0；X1，Y1），其中 Y0=Y1；

通過坐標系轉換為長度：

簡單描述：樁號 Kxx+00XD0～Kxx+00XD1，長度 L（D0D1）=|X0-X1|，裂縫寬度為 WD，與軸線夾角 0°；

c.裂縫 2——斜向裂縫 L（B0B1）=（X0，Y0；X1，Y1）；

通過坐標系轉換為長度：

3.3.2 裂縫統計

將裂縫統計如表 4 所示。

3.3.3 數據的運用

隧道裂縫的準確描述，其運用可從以下方面考慮：

1）建立檢測數據庫：隧道裂縫的位置準確的描述，可運用到檢測數據庫的建立，在數據庫中對比隧道裂縫隨時間的發展情況，指導養護決策及工作開展；

2）規范養護工作：可驗證檢測機構的數據結果，積累的檢測數據，可在大數據下進行數據歸類形成養護規范，規范養護工作；

表4 裂縫統計表

3）指導在建或規劃隧道工作：檢測數據的積累，通過對比設計施工過程，反饋其中的不足，從而優化規劃、設計、在建隧道的管理工作；

4）通過坐標形式表示裂縫長度，將長度分解到 X（隧道行車方向）、Y（垂直于行車方向，隧道環向）方向，通過裂縫寬度、分解的長度，按照段落進行病害評定。

4 結語

按照規范的要求，運營隧道的檢測工作幾乎每年都有一次，通過將數據的準確描述，可將隧道的部分檢測工作弱化，或者加強某方面的檢測工作。同時將檢測數據的效益最大化，指導隧道的運營管理，減少檢測對交通的干擾，減少結構安全對交通的影響，規范化管理、數字化管理，實現交通安全運營。