無損檢測技術(shù)在隧道工程測量施工中的應(yīng)用

張義凱 中鐵西北科學(xué)研究院有限公司助理工程師

道路交通一直以來都是我國非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，對于整個區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展而言具有非常重要的影響。隧道施工在整個道路交通建設(shè)中具有非常重要的作用，但是由于隧道施工整體難度較大，為了從根本上保證隧道施工的安全性和穩(wěn)定性，應(yīng)合理應(yīng)用無損檢測技術(shù)對施工現(xiàn)場的地質(zhì)地貌情況進(jìn)行有效的檢測，保證整個施工環(huán)境的可靠性，為隧道施工的有序開展提供保證。

1 隧道施工現(xiàn)存病害問題

當(dāng)前，我國公路與鐵路隧道的建設(shè)數(shù)量在持續(xù)增加。建設(shè)隧道時，由于年限的差異性，導(dǎo)致隧道工程項目的質(zhì)量存在明顯的不同。尤其是其經(jīng)過多年使用，隧道病害問題越來越嚴(yán)重，如果無法及時有效處理病害問題，不僅會導(dǎo)致整個隧道的安全性受到嚴(yán)重威脅，而且可能會引起嚴(yán)重的自然災(zāi)害。

隧道病害以設(shè)計、地質(zhì)和使用這幾種類型的病害為主。設(shè)計病害主要是指在整個設(shè)計中由于缺少全方位考慮，導(dǎo)致隧道病害出現(xiàn)的頻率相對較高。在現(xiàn)有的病害表現(xiàn)中，滲水、漏水情況具有一定的典型性特征[1]。隧道本身具有非常強的密閉性特點，所以針對隧道進(jìn)行排水時要保證排水效果。但是由于在整個設(shè)計中沒有對當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及地形地貌等因素有所重視，所以設(shè)計中易在排水方面出現(xiàn)一系列失誤。

地質(zhì)類病害，通常是指由于地質(zhì)災(zāi)害造成的一系列病害影響。由于地質(zhì)活動的影響，隧道經(jīng)常會出現(xiàn)不同程度的裂縫及形變種情況。受到這些問題的影響，隧道使用時的安全性和穩(wěn)定性會受到嚴(yán)重威脅。

使用類病害通常是指由于隧道處于長時間運行的狀態(tài)，壓力持續(xù)增加，導(dǎo)致隧道自身的地基出現(xiàn)不同程度的沉降或者斷裂情況，帶來的一系列危害越來越嚴(yán)重。由此可以看出，隧道病害類型相對較多，造成的危害比較嚴(yán)重。因此，要針對隧道病害展開有針對性的防治，提出符合現(xiàn)實情況的解決對策，以保證整個隧道的施工質(zhì)量。

2 無損檢測技術(shù)在隧道工程施工中的應(yīng)用

2.1 地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)

地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)是目前常用的一種無損檢測技術(shù)，在隧道工程項目規(guī)劃和建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。其工作原理主要是通過配置一個相對合理的傳感設(shè)備，采用均速形式針對檢測點面的完成檢測的一項技術(shù)。具體而言，該技術(shù)是利用表層上的發(fā)射器發(fā)射電磁波，當(dāng)電磁波穿過媒介時，由于材料的不均勻性和導(dǎo)電性的差異使振幅衰減；當(dāng)信號到達(dá)中斷點處時，由于介電性會反射回來被接收天線接收，因此頻率、反射和導(dǎo)電率決定了電磁波穿透隧道結(jié)構(gòu)的深度。當(dāng)發(fā)射天線在表層移動時，根據(jù)電磁波反射角和傳播時間變化，可以從傳播時間曲線中分析檢測不同深度的缺陷和異常[2]。簡而言之，接收器能對工程表面材料產(chǎn)生接收信號，了解探測地面的實際情況進(jìn)而判斷作業(yè)情況。當(dāng)前，該技術(shù)在檢測施工材料性質(zhì)改變、結(jié)構(gòu)異常、襯砌厚度變化、圍巖情況等方面得到了廣泛應(yīng)用，對保證隧道工程施工檢測工作順利開展具有十分重要的意義。

2.2 紅外線高溫照相技術(shù)

無損檢測技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用，不僅是順應(yīng)時代發(fā)展要求的一種必然趨勢，而且對于整個隧道施工的質(zhì)量控制具有非常重要的作用。紅外線高溫度照相技術(shù)在隧道檢測中具有非常重要的作用。該技術(shù)可用來測量隧道墻體發(fā)射出的輻射熱，通過紅外線記錄系統(tǒng)將墻體表面的溫度分布情況顯示出來，表面溫度代表熱量在墻體表面的流動，其反過來又影響結(jié)構(gòu)的機理或水的流動，因此墻體表面的溫度異常反映了結(jié)構(gòu)里面的異常[3]。

用于隧道檢測時，紅外線照相機或掃描器一般安裝在移動的車廂上，測定襯砌和圍巖間水在不同溫度下的流動、襯砌后面地質(zhì)條件的改變以及襯砌缺陷、空洞，具有非常強的實用性。由于該方法依賴于溫度梯度測量，因此最好在冬季溫差較大時進(jìn)行[4]。此外，應(yīng)用該技術(shù)時，隧道表面切記不可以有任何的覆蓋物或者設(shè)施設(shè)備等，否則易對整個熱流的滲透造成嚴(yán)重影響。該技術(shù)并沒有雷達(dá)技術(shù)的高靈敏性特征，因此針對病害問題進(jìn)行檢測時流水量會受到時間變化的影響出現(xiàn)改變，會導(dǎo)致測量結(jié)果受到影響。

2.3 超聲脈沖法

在目前的隧道施工中，無損檢測技術(shù)的應(yīng)用相對比較廣泛，超聲脈沖法是其中不可或缺的重要檢測技術(shù)手段之一。該技術(shù)能針對隧道中混凝土裂縫及蜂窩等不同程度的病害問題進(jìn)行客觀有效的檢測，檢測結(jié)果具有針對性和有效性。混凝土是多組分的集合體，各組分有不同的物理特性，當(dāng)混凝土中出現(xiàn)損傷時，超聲波在各組分界面和損傷處發(fā)生雜亂無章的反射、折射、透射、繞射等使得能量不斷損失，導(dǎo)致接收聲學(xué)參數(shù)異常，這些異常聲學(xué)參數(shù)為混凝土損傷檢測提供了依據(jù)。超聲波波形的敏感性和穩(wěn)定性都很高，是檢測混凝土質(zhì)量的重要參數(shù)。

2.4 多光譜分析測量

針對隧道進(jìn)行施工時，要想實現(xiàn)無損檢測在其中的合理應(yīng)用，要結(jié)合現(xiàn)實要求，合理引入多光譜分析測量技術(shù)。使用6 種覆蓋較小頻譜范圍的特種濾光鏡對隧道表面進(jìn)行拍照，在同一位置每種濾光鏡至少應(yīng)拍1次。用多譜投影機來分析所拍的膠片,以彩色背景看黑白膠片,可見到細(xì)小的灰色陰影。讓不同膠片重疊，可看出細(xì)小的不同光色，從而離析出墻體表面的濕塊和其他病害。該技術(shù)可以與紅外線現(xiàn)場照相技術(shù)兼及使用。

2.5 GPS橋梁三維位移檢測技術(shù)

GPS 橋梁三維位移監(jiān)測技術(shù)是通過導(dǎo)航衛(wèi)星自身所配備的實時站點三維坐標(biāo)對路橋工程實施檢測工作。具體來看，先在橋梁上安置監(jiān)測點，同時將GPS 的基準(zhǔn)站建于管理中心，并同計算機系統(tǒng)相互結(jié)合開展檢測工作。該技術(shù)的實際檢測過程是按照衛(wèi)星信號各監(jiān)測站的具體實際情況，利用GPS 基準(zhǔn)站將分解計算得出的差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送出去，各監(jiān)測站根據(jù)差分?jǐn)?shù)據(jù)計算出自己的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，控制中心的計算機系統(tǒng)接收這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)后利用計算機進(jìn)行最后的計算及分析工作。

2.6 聲探無損檢測技術(shù)

在橋梁的長期使用過程中，負(fù)載嚴(yán)重會對路面結(jié)構(gòu)造成影響，使路面出現(xiàn)裂縫。應(yīng)用該技術(shù)能對道路橋梁使用過程中出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，即利用瞬間產(chǎn)生的應(yīng)力波規(guī)律進(jìn)行道路橋梁縫隙位置檢測。

3 結(jié)語

隧道工程一直以來都是道路交通建設(shè)中非常重要的一部分，隧道的安全性和穩(wěn)定性會直接影響整個項目的建設(shè)質(zhì)量。因此，要保證及時針對隧道中的病害問題進(jìn)行妥善處理。通過對無損檢測技術(shù)的合理利用，能對病害的部位進(jìn)行確定，掌握隧道的具體情況，提出有針對性的病害防治對策，保證隧道施工質(zhì)量。