無損檢測技術在高速公路隧道監控量測中的應用分析

曹金滸

（貴州黔程弘景工程咨詢有限責任公司，貴州貴陽 550018）

0 引言

高速公路工程建設過程中難免會遇到山區，而山區一般環境惡劣、地質地形條件復雜，為了順利通車，需要開挖隧道。在高速公路隧道施工中，需要進行隧道監控量測，以保證施工質量和后期運營質量。隧道監控量測過程中需要科學地采用量測技術，如地質雷達技術、無損檢測技術等，以更準確地檢測隧道內部情況，提高質量控制水平，從而保證整體施工質量。為此，相關單位需要加強系統研究和分析，不斷優化監控量測技術，完善監控量測體系，以滿足隧道施工需要。

1 隧道監控量測概述

隧道監控量測是指在隧道施工過程中，對圍巖、地表、支護構造的變形、穩定狀態以及周邊環境的動態變化進行常規性的觀察與測量。此項工作的主要目的在于了解并掌握圍巖的穩定狀態以及支護構造體系的可靠性，以確保隧道施工的安全性，以及結構的長期穩定性。通過針對量測數據進行評估與分析，可以對隧道的支護結構設計進行及時的修改與調整。隧道監控量測項目主要包括檢查圍巖在初噴混凝土后是否存在裂紋和剝落現象，以及地表是否存在鼓起現象等[1]。

2 隧道監控量測的必要性和作用

2.1 必要性

我國部分高速公路工程隧道里程較長，進出口隧道里程也相對較長，因此需要通過科學的方法對隧道的具體情況進行監控和量測，以實時掌握隧道圍巖的變化情況，并據此調整、優化支護方案。一般需要對圍護周圍土體和巖石層的位移情況、拱頂下沉情況進行量測，在量測過程中需要采用全站儀等設備，以提高量測結果的精準度、可靠性。

同時，需要對隧道斷面周邊收斂情況進行量測，準確判斷斷面的收斂情況，如果在量測過程中發現拱頂有下沉情況，借助坐標系統可以及時、準確地測量拱頂點的相對下沉量。

2.2 作用

隧道監控量測是掌握隧道圍巖動力穩定性的重要手段之一，也是隧道工程設計和施工需要的重要依據。主要作用體現在以下幾個方面：

通過隧道監控量測，可以及時獲取高速公路隧道施工時圍巖的動態和具體情況。進行量測后，需要對所獲得的數據信息進行嚴謹的分析和研究，并借助無損檢測技術進行更深層次的量測，以把握現場的具體情況。在此基礎上，可以制訂有效的預防和控制措施，以確保施工質量的穩定性。

隧道施工過程會受到多方面因素的影響，利用隧道監控量測技術，可以準確地了解隧道施工各階段地層和支護結構的變化情況，從而全面掌握隧道施工的狀態和實際情況。現場監控量測結果可以對理論分析結果進行補充和修正，技術人員可以根據這些結果調整隧道施工方法，如調整支護設計參數等，從而保證隧道施工進度、提高工程質量。

3 無損檢測技術在高速公路隧道監控量測中的應用

隨著社會經濟的發展，高速公路工程也在持續發展，相關施工技術也在不斷提高。但在高速公路施工建設中，隧道施工的安全隱患較多，施工質量控制難度相對較大。通過優化施工技術方案、工藝流程、工程設計、引進先進的設備和技術能夠更有效地消除安全隱患，提高工程質量。同時，需要采用無損檢測技術進行監控量測，以進一步確保高速公路隧道施工活動順利進行。

具體應用時，要求根據施工現場的實際情況合理采用相應的無損檢測技術，獲得完整、真實、準確的施工測量數據信息，并對量測結果進行分析和評估，以進一步規范施工操作過程，確保施工過程中的質量和安全隱患得以有效解決[2]。

在高速公路隧道施工中，為保證整體施工質量，需要借助無損檢測技術，合理、高效地開展監控量測工作，并根據隧道監控量測結果進行科學的決策。隧道監控量測流程如圖1 所示。

圖1 隧道監控量測流程

3.1 地質雷達無損檢測技術

地質雷達檢測技術主要基于高頻電磁波的反射原理進行量測，在不對工程主體結構造成破壞的情況下，完成內部狀況的掃描工作。電磁波穿過地下物質，遇到介質界面時會產生反射，且反射波會被天線接收，并轉換為電信號傳輸到數據采集系統中進行處理。該技術具有非侵入性、高精度、數據顯現等優點。在高速公路隧道施工中，可以采用地質雷達無損檢測技術對一些隧道圍巖較厚、基層密度大的部位進行監控量測。

具體進行量測時，需要為現場工作人員配備地質雷達便攜式主機，并準備好信號收發天線和綜合性控制電纜，還要配置測量輪和電能儲備裝置，采集數據信息后，借助數據處理軟件完成數據信息分析和處理工作。

地質雷達便攜式主機會產生高頻電磁波脈沖，由天線發射到混凝土結構內部，隨后接收機會有效接收介質反射的電磁波。相關工作人員需要考慮電磁波在傳輸過程中由于介質自身電磁性發生變化或者介質自身幾何形態發生變化所引起的相位變化以及回波能量波形改變等因素，同時需要應用計算機軟件以及濾波程序，對反射波進行有效的采集和處理，再結合反射波的波形等數據信息，對隧道工程地下地質結構進行分析，為后續的施工決策提供支持和參考。

地質雷達檢測技術的主要應用流程如下：

第一，檢測人員需要科學利用計算機設備，明確對控制單元的相關要求。

第二，控制單元接收到指令后會發送和接收天線信號。

第三，控制單元接收指令后將指令通過高頻電磁波的形式發送到地面。

第四，如果探測部位的介質分布不均勻，則電磁波反射的電性目標和界面不同，在這種情況下一部分電磁波被反射到地面，地面天線接收到反射信號后會將其轉化成為數據信息傳送到控制單元，之后通過計算機界面進行相關操作、處理和分析。

第五，檢測人員對最終的數據信息進行分解，繪制為圖像，以此把握具體情況。

總之，具體應用地質雷達技術時需要把握技術特點和應用范圍、要求，嚴格遵循操作規程進行量測，有效發揮該技術的優勢，提高量測數據的精準性、可靠性，以準確把握隧道內部的具體情況[3]。

3.2 超聲波檢測技術

在高速公路隧道施工過程中，可以采用超聲波檢測技術對隧道施工過程中的關鍵構件、部位及隱蔽工程等進行監控量測。超聲波檢測技術主要是利用超聲波在介質中的傳播特性及聲時、聲速、波幅和主頻等聲學參數對介質特征和內部的構造與缺陷進行量測。應用超聲波檢測技術需要使用高精度的檢測儀器，可以準確判斷出各個施工環節中存在的質量問題，具有較高的準確性和適用性，能夠顯著提高監控量測結果的精準性。在高速公路隧道監控量測中，采用超聲波檢測技術便于及時發現問題并采取預防和控制措施，進而有效保證整個隧道工程的施工質量。

3.3 光纖傳感器檢測技術

光纖傳感器檢測（見圖2）技術是一種利用光纖傳輸原理對隧道斷面情況進行監測量測和分析的技術。該技術可檢測隧道中是否存在質量病害和圍護斷裂等現象，但在實際應用過程中，可能會出現光纖傳輸損耗較大的問題，因此需定期檢查并判斷光纖傳感器的運行狀況。

圖2 光纖傳感器檢測

光纖傳感器是一種靈敏度較高的傳感器，其傳感原理與電磁傳感器原理相似，但光纖傳感器主要以激光作為測量信號載體，通過光導纖維進行信號傳輸[4]。這種傳輸方式具有很多優點，如不受外部磁場干擾，適用于環境復雜的檢測工作，具有檢測效果好、操作簡單和自動化水平高等。

3.4 頻譜分析技術

在當前的隧道監控量測工作中，主要采用移動傳感器、速度傳感器、加速度傳感器等，通過這些傳感器可以實時監測高速公路隧道圍巖的動力荷載。通過檢測時獲取的區域信息，可以準確判斷隧道內部構造在荷載和外力影響下的振動頻率，全面了解隧道的實際情況。不同的傳感器有不同的頻率，因此需要采用頻譜分析法進行分析，以便準確把握隧道的整體情況。頻譜分析技術主要是通過解析頻譜的方法來處理數據信息，可根據波長、頻率和時間等數據的變動情況，對隧道內不同區域的靜態和動態特征進行分析。

3.5 圖像檢測技術

在高速公路隧道監控量測過程中也可以采用圖像檢測技術，該技術是一種非常有效的技術方法。圖像檢測技術主要分為紅外線成像技術和激光全息圖像技術。

紅外線成像技術主要是利用紅外探測器對量測對象發出紅外輻射進行探測，通過深入分析和研究隧道內的紅外線成像情況，可以及時發現隧道施工中存在的質量問題，以便于根據具體的問題制訂針對性的控制對策，有效解決問題，避免影響施工質量。在此過程中可以結合信息技術進行相應的處理，將數據信息轉換成為圖像畫面，以實時獲取隧道內部的具體情況，便于施工人員準確把握具體的施工情況，進行針對性的處理。

激光全息圖像技術主要是利用激光全息照相來檢測物體表面和內部的缺陷，采用激光全息圖像技術進行隧道質量監控量測的過程中需要結合力學原理進行針對性的計算和分析[5]。

4 結語

在我國當前社會經濟的發展態勢下，高速公路工程項目的覆蓋范圍不斷擴大。在高速公路工程建設過程中，隧道是常見的工程項目之一，為了在隧道施工中準確掌握圍巖的實際情況，有必要在施工過程中科學地運用無損檢測技術進行隧道監控量測。利用相關無損檢測技術時，必須科學布置量測點，根據相關技術的規范要求進行監控量測作業，并結合信息技術等對相關監測數據進行有效的處理與分析，進而有效調整施工參數、做好安全防護等，保證高速公路隧道工程的施工質量與施工過程的安全性。