地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道交工檢測中的應(yīng)用

汪洋

（招商局重慶公路工程檢測中心有限公司，重慶 400067）

1 引言

公路隧道交工驗(yàn)收的目的是評(píng)價(jià)隧道工程質(zhì)量是否符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求，是否可以移交下一階段施工或是否滿足通車要求。交工檢測結(jié)果直接反映了工程的質(zhì)量。《公路工程竣（交）工驗(yàn)收辦法實(shí)施細(xì)則》（交公路〔2010〕65 號(hào)，以下簡稱《實(shí)施細(xì)則》）要求隧道工程襯砌厚度合格率小于90%或有小于1/2 設(shè)計(jì)厚度的部位、空洞累計(jì)長度超過隧道長度的3%或單個(gè)空洞面積大于3 m2的情況需進(jìn)行整改，且整改合格之后不能評(píng)優(yōu)良。因此，在公路隧道交工檢測中如何準(zhǔn)確測定襯砌厚度、判斷襯砌背后有無空洞尤為關(guān)鍵。地質(zhì)雷達(dá)無損檢測技術(shù)作為隧道工程質(zhì)量檢測最常用的一種手段，廣泛應(yīng)用于襯砌厚度及密實(shí)性、襯砌背后空洞、襯砌鋼筋等的檢測，具有快速、高效、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

2 檢測方法

2.1 儀器選擇

地質(zhì)雷達(dá)主機(jī)選擇：公路隧道交工檢測要求地質(zhì)雷達(dá)主機(jī)具有高分辨率、高精度且便捷。目前，可供選擇的地質(zhì)雷達(dá)主機(jī)中，國外的有美國SIR 型、意大利RIS 型、加拿大EKKO型、瑞典RAMAC 型等，國產(chǎn)的有LTD 型、GER 型等[1]，基本能滿足現(xiàn)場工作的需求。

地質(zhì)雷達(dá)天線選擇：天線中心頻率決定了地質(zhì)雷達(dá)的分辨率，而分辨率分為垂直分辨率和水平分辨率。一般情況下，按以下公式計(jì)算垂直分辨率和水平分辨率[2]：

式中，C為電磁波在大氣中的傳播速度，為3×108m/s；εr為相對介電常數(shù)，無量綱，取決于襯砌及圍巖的介電常數(shù)；f為天線中心頻率，Hz；H為異常體埋藏深度（厚度），m。

公路隧道交工檢測主要針對隧道二次襯砌部分，對于常見的兩車道、三車道隧道，二次襯砌厚度在0.3～0.6 m[3]，根據(jù)天線中心頻率與探測深度、分辨率的對應(yīng)關(guān)系，一般選擇400～900 MHz 中心頻率天線[4]。

2.2 測線布置

根據(jù)《實(shí)施細(xì)則》中對隧道的要求，一般沿隧道縱向在拱頂、左右拱腰布置3 條連續(xù)測線進(jìn)行檢測，如圖1 所示。現(xiàn)場檢測時(shí)，將地質(zhì)雷達(dá)主機(jī)放置于工作車上，操作人員隨車操作，同時(shí)將工作人員置于高空作業(yè)車上，工作人員須將地質(zhì)雷達(dá)天線密貼于襯砌混凝土表面，工作車和高空作業(yè)車同步以5.0～10.0 km/h 的速度連續(xù)勻速行駛，沿隧道縱向逐條進(jìn)行連續(xù)檢測，獲得原始圖像資料并進(jìn)行解釋分析。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)測線布置

2.3 混凝土相對介電常數(shù)標(biāo)定

一般在隧道洞門處或檢測過的測線部位鉆孔，通過鋼卷尺量取襯砌厚度值，再使用地質(zhì)雷達(dá)在量取厚度值部位進(jìn)行掃描，讀取雷達(dá)波傳播至襯砌底界面的往返旅行時(shí)間，根據(jù)式（1）計(jì)算該處混凝土相對介電常數(shù)值；在不同位置重復(fù)3 次上述步驟，取3 次結(jié)果計(jì)算混凝土相對介電常數(shù)平均值，作為檢測隧道混凝土相對介電常數(shù)代表值。對于常見的強(qiáng)度等級(jí)為C25～C35 的二次襯砌混凝土，相對介電常數(shù)取值為7.5[5]。

式中，h為襯砌厚度，m；t為雷達(dá)波傳播至襯砌底界面的往返旅行時(shí)間，s。

3 常見病害缺陷分析

采用地質(zhì)雷達(dá)無損檢測技術(shù)開展公路隧道交工檢測，常見的病害缺陷有二次襯砌厚度不足、二次襯砌后脫空、二次襯砌不密實(shí)、防水板卷入二次襯砌等。

3.1 二次襯砌厚度不足

隧道欠挖或者鋼支撐安裝不規(guī)范，會(huì)造成二次襯砌厚度不足（二次襯砌厚度小于設(shè)計(jì)厚度），嚴(yán)重情況會(huì)造成二次襯砌厚度小于1/2 設(shè)計(jì)厚度，對隧道結(jié)構(gòu)安全帶來重大隱患。在地質(zhì)雷達(dá)成果剖面圖上，二次襯砌厚度界面表現(xiàn)為連續(xù)的同相軸形態(tài)容易被識(shí)別，通過與設(shè)計(jì)厚度進(jìn)行比較，能快速發(fā)現(xiàn)二次襯砌厚度不足部位，如圖2 所示。

圖2 二次襯砌厚度不足

3.2 二次襯砌后脫空（空洞）

隧道拱頂二次襯砌施工時(shí)泵送混凝土壓力不足、混凝土干縮或防水板預(yù)留松緊度不夠等，會(huì)造成二次襯砌后脫空，脫空部位對應(yīng)的二次襯砌還可能會(huì)出現(xiàn)厚度不足，同樣對隧道結(jié)構(gòu)安全帶來重大隱患。在地質(zhì)雷達(dá)成果剖面圖上，二次襯砌后脫空表現(xiàn)為連續(xù)的同相軸強(qiáng)反射和多次波形態(tài)，同樣能被快速識(shí)別，如圖3 所示。

圖3 二次襯砌后脫空

3.3 二次襯砌不密實(shí)

隧道二次襯砌施工時(shí)混凝土配合比選擇不當(dāng)、振搗不到位、模板排氣孔不好等，會(huì)造成二次襯砌不密實(shí)。在地質(zhì)雷達(dá)成果剖面圖上，二次襯砌不密實(shí)表現(xiàn)為雜亂的強(qiáng)反射形態(tài)，也能被快速識(shí)別，如圖4 所示。但相比二次襯砌厚度不足、二次襯砌后脫空，不密實(shí)對隧道結(jié)構(gòu)安全的影響相對較小，因此，容易被遺漏。

圖4 二次襯砌不密實(shí)

3.4 防水板卷入二次襯砌

隧道施工時(shí)防水板過于松弛、破損等，會(huì)造成防水板卷入二次襯砌。此類病害會(huì)引起襯砌起層、剝落等，對隧道結(jié)構(gòu)安全帶來重大隱患，同時(shí)也影響行車安全。在地質(zhì)雷達(dá)成果剖面圖上，防水板卷入二次襯砌段表現(xiàn)為二次襯砌內(nèi)連續(xù)的斜向同相軸形態(tài)，其對應(yīng)的二次襯砌底與初期支護(hù)間無明顯的反射界面，與前后正常段形成明顯的反差，如圖5 所示。在實(shí)際工作中，由于工程技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)不足常造成誤判。

圖5 防水板卷入二次襯砌

4 存在問題及改進(jìn)措施

4.1 存在問題

地質(zhì)雷達(dá)無損檢測技術(shù)為公路隧道交工檢測提供了極大的便利，但仍存在以下問題：

1）采用地質(zhì)雷達(dá)檢測時(shí)，為連續(xù)檢測，《實(shí)施細(xì)則》中僅明確了襯砌厚度合格率的要求，未明確單點(diǎn)襯砌厚度如何取值。

2）《實(shí)施細(xì)則》中對單個(gè)空洞面積有明確的要求，但采用傳統(tǒng)的測線布置無法估算空洞面積。

3）襯砌鋼筋作為襯砌的重要組成部分，鋼筋數(shù)量和環(huán)向間距的變化也影響隧道結(jié)構(gòu)安全[6]，但《實(shí)施細(xì)則》中未涉及相關(guān)內(nèi)容。

4.2 改進(jìn)措施

1）結(jié)合JTG F80—2017《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)第一冊 土建工程》（以下簡稱《檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》）的要求，按每20 m 間距（地質(zhì)雷達(dá)測線長度）統(tǒng)計(jì)襯砌厚度數(shù)據(jù)計(jì)算合格率，對于中短隧道考慮到數(shù)據(jù)樣本過少，可按10 m 間距統(tǒng)計(jì)。同時(shí)單洞兩車道以上的隧道，每增加一個(gè)車道，則在拱腰部位增加兩條縱向測線，以保證數(shù)據(jù)采集的全面。

2）當(dāng)?shù)刭|(zhì)雷達(dá)縱向連續(xù)檢測發(fā)現(xiàn)有脫空（空洞）缺陷部位時(shí)，還應(yīng)在缺陷部位采取加布環(huán)向測線的方式進(jìn)行檢測，測得缺陷縱向和環(huán)向長度之后再估算缺陷面積。

3）參照《檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中對襯砌鋼筋的要求，把地質(zhì)雷達(dá)測得的鋼筋數(shù)量和環(huán)向間距數(shù)據(jù)，作為隧道交工檢測關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

5 結(jié)語

以上改進(jìn)措施作為《實(shí)施細(xì)則》的有效補(bǔ)充，能更好地發(fā)揮地質(zhì)雷達(dá)在公路隧道交工檢測中的應(yīng)用，保障隧道交工檢測評(píng)定指標(biāo)客觀、真實(shí)。同時(shí)通過高效、便捷的病害缺陷排查并治理，提升隧道質(zhì)量，延長其使用壽命，為工程建設(shè)保駕護(hù)航。