高速公路橋梁與隧道病害檢測與維護措施

趙玉棣

（山東高速基礎設施建設有限公司，山東 濟南 250000）

0 引言

近年來，我國發生的橋梁與隧道坍塌事故越來越多，如何提升橋梁與隧道養護的技術手段及養護效率已經成為一個重要研究命題。目前，國內橋梁與隧道檢測的手段主要是以人工檢測為主，常采用的檢測方法有專用橋檢車檢測、預置軌道視頻檢測、人工望遠鏡檢測和遠程拍照等。在使用橋梁與隧道檢測車進行病害檢測時，只能獲取橋梁與隧道表面的病害信息，對橋墩、橋梁與隧道側面和拉索等部位的檢測只能依靠檢測人員的經驗和人工測量來進行，而且橋梁與隧道檢測車在進行橋梁與隧道檢測時通常會對交通造成影響。在進行預制軌道視頻檢測及遠程拍照檢測時，拍照工具常常受到光照、分辨率和拍攝角度的限制，設備對檢測環境的要求較高。在使用人工望遠鏡工具進行橋梁與隧道檢測時，觀察距離遠，檢測量大，且容易造成漏檢，檢測效率低[1]。

1 橋梁常見病害

1.1 橋面系病害

橋面系與橋頭兩端道路密切聯系，橋頭兩端路基出現相應缺陷也會導致橋面系病害，兩端路基病害主要有：路基整體性下沉、因臺背填土施工不規范導致橋頭跳車、路基兩側邊坡塌陷下沉和擋土墻病害等。橋面道路主要病害有：路面裂縫、路面下沉和變形等。然而，在橋面系施工中，伸縮縫經常不被引起重視，導致其在運營中出現相關的質量缺陷，具體病害如下：止水帶堵塞、破損，伸縮縫周圍混凝土破損，伸縮縫型鋼裂變和型鋼擠壞等。通過對該橋梁與隧道的一系列檢測可得，其整體剛度和承載力均滿足規范要求，但其主梁外觀缺陷較嚴重，應進行修補，同時為保障橋梁與隧道的長期運營需對該橋限重、限載。橋梁與隧道檢測能直觀地分析得出橋梁與隧道的健康狀況，應高度重視跨鐵路橋梁與隧道的運營現狀，基于橋梁與隧道現狀提高檢測頻率，保障橋梁與隧道安全運營[2]。跨鐵路橋上方承載公運輸，下方庇護著鐵路運輸，在日常養護中應提前建立預防議案，發現問題及時處理、上報，并掌握橋梁與隧道運營動態，推動跨鐵路橋梁與隧道安全運行事業的持續健康發展。

1.2 裂縫檢查

由專業豐富的工作人員目測觀察結構表面是否出現裂縫，若發現裂縫，應以鋼尺作為主要工具，測量裂縫的長度；以觀測儀作為主要工具，測量裂縫的寬度。同時，根據檢測結果，結合相關規定的要求，尋找出寬度超過0.05mm、長度超過20cm 的裂縫，并將其走向清晰描繪出來，并在裂縫的兩端處，通過細橫線的方式，對其進行標準，以使相關工作人員可以準確了解該裂縫缺陷，為該缺陷的后續處理提供支持。此外，利用高精度照相機為主要工具，對裂縫缺陷表面進行拍攝，準確記錄下裂縫的具體情況，相關工作人員根據拍攝影像圖片的分析，確定裂縫屬性，分析出引發該缺陷的具體原因等，并將分析結果標注到圖片上。若通過圖片無法確定出裂縫缺陷的具體原因，還應予以進一步分析。

2 隧道工程病害

營運公路隧道病害主要指襯砌病害。常見的襯砌病害主要有：襯砌混凝土表面開裂及襯砌滲漏水、襯砌混凝土剝落、襯砌錯臺開裂導致鋼筋彎曲剪斷、邊墻混凝土剝落、二襯砌背后空洞、二次襯砌厚度不足和襯砌變形超限等。其中，山嶺隧道滲漏水比較常見，圍巖中的地下水主要通過初期支護裂縫進行滲漏。另外，防排水系統為柔性結構，在使用中因自然原因出現縱橫向排水盲管結晶堵塞、中心排水溝堵塞、防水板和土工布老化破損等；隧道路面也會因地質原因導致隆起開裂和超載導致路面下沉破損等。導致病害產生的主要原因為設計不合理、施工不規范以及管理不到位和運營養護不嚴格；客觀原因主要是隧道周圍復雜的環境因素影響。高速公路隧道出現的病害若不及時檢測和維護，會造成更大的損失，影響整體耐久性和隧道內行車安全性，造成不良影響[3]。

3 溫度對橋梁與隧道應變測試結果的影響分析

由于橋梁與隧道現場測試氣候環境多變，梁體隨著溫度變化而發生一定規律的伸縮變形，那么對結構應變測試結果也會帶來相應的誤差。其主要是兩個方面：①對應變測試儀器、應變計（應變片、應變傳感器）的影響，使應變測試結果產生誤差。②溫度變化使結構產生溫度效應，混淆了對荷載產生的結構應變的測試。針對前者可考慮采用性能等級高的儀器以減小溫度變化的影響，同時若為電阻式應變測試時，通過溫度補償技術予以消除；若為振弦式應變傳感器，需要在不同溫度下對傳感器標定，得到相應的頻率與應變間的標定曲線來減小或者消除溫度影響。為克服后者帶來的溫度應變，首先應選擇溫差小或溫度穩定時段進行應變數據采集；若試驗時間受限且溫度條件不可控制時，則需要前期在橋梁與隧道結構上提前測試溫度與應變變化關系曲線，在結構正式試驗應變測試數據中將溫度應變剔除即可。

4 高速公路橋梁與隧道病害檢測技術

4.1 無人機檢測技術的應用

無人機導航主要是根據既定的精度，采用預定的航線在特定時間范圍內科學的引導無人機飛行到目標地點。目前，GPS 導航技術為民用無人機的主要導航方式。在使用無人機對橋梁與隧道進行檢測時，由于橋梁與隧道自身結構和障礙物等因素的干擾，無人機GPS信號可能出現失效的情況，嚴重情況下造成無人機的丟失或墜落。為避免因導航信號受到干擾而造成經濟損失及人員傷害，組合導航技術已經被廣泛運用于無人機平臺中。無人機導航定位系統可以采用實時動態載波相位差分技術（GPSˉRTK） 和超寬帶定位技術（UWB）組合定位技術來實現。在GPS 信號正常的情況下，橋梁與隧道檢測無人機借助RTK 技術可以實現厘米級精度的導航定位。當橋檢無人機處于橋底部等GPS 信號弱的地方或受磁場干擾時，飛控系統會自動采用UWB 技術進行定位，從而使無人機恢復正常工作狀態。利用無人機在現場進行數據采集后，結合其他手段可以確定具體病害類型及病害尺寸，然后根據相關規范對檢測對象的構件進行評定。某大橋的梁體、拉索、支座和橋墩等橋梁與隧道構件進行檢查，對某預應力混凝土簡支T 梁橋的梁體和橋墩進行檢測。通過觀察兩座大橋各部位檢測圖片可知，各部位鋼筋銹蝕、混凝土開裂和脫落等病害都比較清晰，說明無人機檢測系統的檢測效果良好，滿足橋梁與隧道檢測要求。

4.2 水下檢測技術

水下檢測是橋梁與隧道檢測中急需突破的瓶頸。用于水下結構檢測的傳統技術可以分為三類：影像法、探摸法、磁膜探傷法。傳統的影像法是由專業潛水員操作水下攝影和攝像設備拍攝病害，并向岸上的記錄人員轉述病害的位置、性質、程度等特征信息；探摸法多與攝影法結合，在無法清晰采集影像信息的情況下，潛水員用手觸摸結構，憑經驗對病害進行估計；磁膜探傷法是對探摸法的補充，通過對裂縫等病害進行水下“倒模”，成型后在陸地上進行測量，實現病害的定量描述。這三種傳統的水下檢測技術都是由潛水員操作實施，檢測結果受潛水員的業務水平影響、主觀隨意性大。此外，檢測前的準備時間長、作業時潛水員需要不定時出水休息、檢測結果受光線影響大，導致有效工作時間短。水下復雜的環境也增加了潛水員工作的難度，例如水體渾濁會影響潛水員的評估或者拍攝的畫質，深水區潛水員難以保持平衡增加拍攝、倒模等操作的困難。為了適應水下機器人運動的強耦合和強非線性特征，迎合逐漸擴大的業務范圍，上述控制方法的可靠性也在諸多研究者的共同努力下日漸提高，在工程中將兩種或者兩種以上的控制方法結合使用已成為設計水下機器人運動控制系統、提高其魯棒性的慣用手段。例如通過神經網絡估計出PID 的增益，實現在線調整控制，提高運動系統的穩定性，并對一個欠驅動微型ROV 進行實驗，驗證了該方控制器的有效性，使用這種基于神經網絡的類PID 自調控制器設計了一個可完成水下監視、操作、維護和測量等工作的ROV 控制系統。使用遺傳算法和模糊推理機制調整滑模控制系統參數、修正演化過程中的步驟，降低控制器對模型參數和外部干擾的敏感性，并通過仿真模擬和航行試驗驗證了該控制算法優秀的魯棒性。在ROV 的懸停控制方面，設計PID 控制器、模糊控制器和模糊PID 控制器，分別在近水面和較深水域進行懸停實驗，發現模糊PID 控制器的精度能滿足使用要求。

4.3 回彈法測強度

依據《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ/T 23—2011）相關規定：回彈儀使用時的環境溫度為4～40℃；測區表面不應有疏松層、浮漿、油垢、涂層以及蜂窩麻面；潮濕或浸水混凝土不得直接采用“統一測強曲線”。寒冷地域在進行混凝土強度測定時，儀器工作溫度及常態化的數據采集方式將受到限制，這時可考慮采用如下辦法解決：①結合地區測強曲線或者專用測強曲線進行修正。②必要時采用超聲回彈綜合法、取芯法等[4]。

4.4 超聲檢測原始數據采集及分析

橋梁與隧道工程的質量檢測屬于橋梁與隧道工程中的重要工作。傳統的檢測方法會對工程造成二次損害，檢測效果不理想，因此，無損檢測技術的應用逐漸變得廣泛。在運用無損檢測技術的過程中，不會對橋梁與隧道的整體結構造成破壞，有利保證橋梁與隧道的完整性。橋梁與隧道工程的質量檢測屬于橋梁與隧道工程中的重要工作。傳統的檢測方法會對工程造成二次損害，檢測效果不理想，因此，無損檢測技術的應用逐漸變得廣泛。在運用無損檢測技術的過程中，不會對橋梁與隧道的整體結構造成破壞，有利保證橋梁與隧道的完整性。檢測人員應清晰地認識到，任何焊件在完成檢測以后都必須立即記錄，以便于后續的質量評估，這也是保證評估結果精準性的一種手段。在實際檢測過程中，不但需要保證焊接質量滿足設計要求，還應該協調施工進度與檢測活動之間的有效銜接，盡可能不影響施工工期。鋼箱梁焊件的體積一般比較大，會受到空間因素的影響，所以在進行二次檢測時，需要較長的時間，同時會消耗檢測人員大量的精力。在檢測人員進場之前，應編制好科學完善的檢測計劃。①一旦檢測人員確定出某一部位是裂紋、弧坑等質量缺陷以后，則無須再考慮其他影響因素，直接將該部位判定為不合格。②在對局部位置的焊縫進行超聲檢測過程中，若發現多處裂紋質量缺陷，應適當擴大探傷的范圍，在特殊情況下應對整段進行探傷檢測[5]。假若發現超標質量缺陷，應沿著不合格部位兩側250～300mm 額外進行拍攝，假若也檢測不合格，不合格端應延長至另一射線照相拍片抽探部位。③假若使用超聲波檢測方法與射線檢測方法進行探傷時，保證兩種檢測方法均符合標準要求才能視為檢測合格。④如果存在檢測不符合要求的地方，必須對其進行返修，返修次數不能超過兩次。

5 公路橋梁與隧道檢測質量控制措施

為了保證公路橋梁與隧道檢測結果的準確性，還應注重下述4 個方面：①打造出一支高素質的檢測團隊，確保每名檢測人員均掌握全面的工程檢測理論知識，具備較強的實踐操作能力。與此同時，定期開展培訓活動，向檢測人員傳授更多的理論知識，進一步提升其實踐操作能力，以此為橋梁與隧道檢測工作的開展打下良好基礎。②構建健全的橋梁與隧道質量檢測制度，對整個檢測工作的開展進行指導與約束，確保檢測人員能夠嚴格按照相關規定開展相關操作，以提升檢測結果的準確性，更加準確地判斷橋梁與隧道是否出現質量問題。③針對工程具體情況，結合工程現場環境等因素，選取最佳的檢測方法，以保證檢測的合理性。④聘請專業的組織機構對整個檢測工作進行監理，及時發現工程檢測現場存在的問題，并予以指正，以保證檢測工作按照相關標準開展。

6 結語

橋梁與隧道作為鋼筋混凝土構件，需通過相關檢測手段分析了解其工作狀態。無損檢測是利用技術手段，進一步檢查和分析建筑物的結構。在不破壞其結構的基礎上鑒定建筑物內部的質量問題，明確缺陷的位置和范圍，為后續維修加固和橋梁與隧道結構驗算提供技術依據，一般性橋梁與隧道無損檢測內容包括：混凝土強度、鋼筋保護層厚度、構件碳化深度、鋼筋誘蝕程度等。通過橋梁與隧道無損檢測可以得出其混凝土強度及鋼筋工作狀況，為橋梁與隧道檢算分析提供數據支撐。