鐵路隧道襯砌混凝土施工質(zhì)量后期檢測(cè)和評(píng)價(jià)

孫藝雄

（中鐵一局集團(tuán)第四工程有限公司，陜西咸陽 712000）

1 雷達(dá)無損檢測(cè)

1.1 檢測(cè)儀器

采用美國(guó)（GSSI）制造的SIR-4000型地質(zhì)雷達(dá)，及400MHz、900MHz屏蔽天線；中國(guó)電波傳播研究所生產(chǎn)的LTD 2000型地質(zhì)雷達(dá)，及400MHz、900MHz屏蔽天線，檢測(cè)隧道襯砌質(zhì)量。

1.2 檢測(cè)原理

地質(zhì)雷達(dá)工作原理如圖1所示。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理圖

1.3 檢測(cè)內(nèi)容

地質(zhì)雷達(dá)法主要針對(duì)襯砌背后空洞、脫空、不密實(shí)、欠厚及鋼筋和鋼拱架分布不均等缺陷進(jìn)行掃描檢測(cè)[1]。

1.4 注意事項(xiàng)

（1）現(xiàn)場(chǎng)踏勘。在檢測(cè)前，應(yīng)進(jìn)一步對(duì)隧道現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行確認(rèn)，在資料收集的基礎(chǔ)上，對(duì)待檢隧道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，主要包括查驗(yàn)收集到的資料是否真實(shí)準(zhǔn)確、檢測(cè)里程是否滿足檢測(cè)條件、記錄待檢段落內(nèi)對(duì)檢測(cè)工作有影響的環(huán)境干擾因素，為數(shù)據(jù)分析處理提供參考依據(jù)。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的踏勘資料分析，針對(duì)各種不利因素制定相應(yīng)的解決措施，將這些不利因素的影響降到最低。與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接，確定待檢隧道具體里程位置，若發(fā)現(xiàn)待檢隧道內(nèi)有妨礙檢測(cè)車通行的情況，督促現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清除障礙工作，確定待檢隧道電磁波波速標(biāo)定位置[2]。

（2）介電常數(shù)（εr）的確定。通過對(duì)已知厚度的部位（隧洞口）標(biāo)定，確定適合隧道二襯混凝土的相對(duì)介電常數(shù)εr值，εr值在8.0～9.0范圍。

1.5 檢測(cè)成果

1.5.1 混凝土厚度的檢測(cè)

混凝土與圍巖間會(huì)存在明顯的反射層，可以利用反射層探明二襯混凝土的厚度。

1.5.2 二襯缺陷及襯砌背后缺陷

在混凝土內(nèi)存在不密實(shí)以及背后存在空洞（脫空）時(shí)，根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)剖面圖上反映的信息進(jìn)行判斷。

《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測(cè)規(guī)程》（TB10223-2004）中涉及“不密實(shí)”的內(nèi)容，“襯砌混凝土背后存在不密實(shí)時(shí)地質(zhì)雷達(dá)剖面圖上的波形雜亂，同相軸呈繞射弧形，且不連續(xù)較分散”。檢測(cè)人員在實(shí)際檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，不密實(shí)分不同的類型，經(jīng)打孔、取芯驗(yàn)證，將“不密實(shí)”細(xì)分為“襯砌內(nèi)部不密實(shí)”和“襯砌背后不密實(shí)”兩類[3]。其一，襯砌內(nèi)部不密實(shí)。初期支護(hù)、二襯混凝土內(nèi)部全部充滿混凝土，但混凝土空隙率較大。混凝土內(nèi)空隙深度及直徑一般小于5cm的，即屬于不密實(shí)。其二，襯砌背后不密實(shí)。初期支護(hù)超挖回填部分全部用規(guī)定填料回填，但填料空隙率較大，空隙深度及直徑一般不大于5cm的，即屬于不密實(shí)；初期支護(hù)、防水板、二襯混凝土之間結(jié)合不緊密，空率較大，空隙深度一般不大于5cm的，即屬于不密實(shí)。

在實(shí)際檢測(cè)中存在空洞時(shí)，通過打孔驗(yàn)證。襯砌內(nèi)部或襯砌背后未回填或部分回填，造成襯砌內(nèi)部或初支背后與圍巖之間以及二襯背后與初期支護(hù)之間有明顯空隙、空腔和空洞，未回填深度及直徑一般大于10cm的，即屬于空洞。空洞可以分為襯砌背后空洞（二襯背后與初期支護(hù)之間空洞）、初支背后空洞（初支背后與圍巖之間空洞）[4]。

襯砌界面與初支界面之間空隙過大時(shí)，襯砌界面反射信號(hào)強(qiáng)，三振相明顯，雷達(dá)圖像顯示為“白-黑-白”三道間隔，定義為脫空。襯砌內(nèi)部或襯砌背后未回填或部分回填，造成襯砌內(nèi)部或初支背后與圍巖之間以及二襯背后與初期支護(hù)之間有明顯空隙、空腔和空洞，未回填深度一般大于5cm且不大于10cm的，即屬于脫空。脫空可以分為初支背后脫空（初支背后與圍巖之間脫空）、襯砌背后脫空（二襯背后與初期支護(hù)之間脫空），TB10223-2004中對(duì)“空洞”和“脫空”沒有區(qū)分。脫空雷達(dá)圖例如圖2所示，空洞雷達(dá)圖例如圖3所示。

圖2 脫空雷達(dá)圖例

圖3 空洞雷達(dá)圖例

1.5.3 雷達(dá)檢測(cè)成果表

某隧道以拱頂、拱頂偏左右50cm，左右拱腰共5條測(cè)線累計(jì)1515m，缺陷共38處，經(jīng)打孔驗(yàn)證符合35處，準(zhǔn)確率為92%，缺陷長(zhǎng)度累計(jì)197.86m，占測(cè)線的13.06%。

2 二襯、仰拱取芯檢測(cè)

2.1 取芯檢測(cè)注意事項(xiàng)

（1）結(jié)構(gòu)受力較小的部位。

（2）混凝土質(zhì)量有代表性的部位。

（3）鉆孔中心距結(jié)構(gòu)或構(gòu)件邊緣不宜小于150mm。

（4）便于鉆芯機(jī)安放與操作的部位。

（5）避開主筋、預(yù)埋件和管線的位置。

2.2 檢測(cè)內(nèi)容及成果

（1）抽檢二襯、仰拱混凝土強(qiáng)度和厚度。

（2）驗(yàn)證地質(zhì)雷達(dá)掃描結(jié)果，檢查芯樣是否密實(shí)、仰拱回填是否有夾泥、底部是否有虛渣等。

（3）取芯、測(cè)量厚度、觀察芯樣、強(qiáng)度照片。

（4）通過對(duì)二襯、仰拱抽樣取芯和地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)，及時(shí)掌握仰拱施工質(zhì)量，對(duì)強(qiáng)度和回填不合格的仰拱進(jìn)行拆除重做，避免通車后的安全隱患。

3 敲擊檢測(cè)

3.1 檢測(cè)原理

在隧道襯砌檢測(cè)中，敲擊檢測(cè)主要靠人為經(jīng)驗(yàn)，但也是有跡可循的一種檢測(cè)手段，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果，通過敲擊檢測(cè)增大檢測(cè)范圍。

3.2 檢測(cè)內(nèi)容及成果

（1）通過有經(jīng)驗(yàn)的人敲擊隧道襯砌表面的聲音，辨別襯砌內(nèi)部是否有空洞、空腔缺陷。

（2）人工觀測(cè)檢查襯砌掉塊、裂紋、滲漏水、露筋、蜂窩麻面等質(zhì)量缺陷和病害[5]。

（3）敲擊檢測(cè)和地質(zhì)雷達(dá)無損檢測(cè)統(tǒng)計(jì)對(duì)比。無損檢測(cè)和人工敲擊檢測(cè)對(duì)比表見表1。

表1 無損檢測(cè)和人工敲擊檢測(cè)對(duì)比表

（4）通過隧道襯砌人工敲擊檢查，可對(duì)隧道襯砌病害及早發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行整治，并對(duì)無損檢測(cè)資料進(jìn)行針對(duì)性驗(yàn)證，從而降低運(yùn)營(yíng)期間拱部襯砌剝落掉塊的風(fēng)險(xiǎn)[6]。

4 裂縫檢測(cè)

（1）檢測(cè)儀器：裂縫寬檢測(cè)儀、非金屬超聲檢測(cè)儀、鋼卷尺等。

（2）檢測(cè)內(nèi)容：通過目測(cè)檢查裂縫外觀形態(tài)、分布特征；采用裂縫寬檢測(cè)儀檢測(cè)裂縫寬度；采用非金屬超聲檢測(cè)儀檢測(cè)裂縫深度。

（3）注意事項(xiàng)：1）適用于單側(cè)裂縫，不適用雙面貫穿裂縫；2）裂縫不能有積水、泥漿；3）裂縫縱向深度走向與混凝土表面基本垂直；4）混凝土表面清潔平整；5）換能器（探頭）通過耦合劑與混凝土表面耦合；6）兩個(gè)換能器（探頭）的連線方向不宜與混凝土內(nèi)部的鋼筋走向平行。

（4）檢測(cè)成果：1）裂縫寬度和深度的照片資料；2）現(xiàn)場(chǎng)裂縫調(diào)查主要以觀察和利用裂縫寬檢測(cè)儀和非金屬超聲檢測(cè)儀為主，根據(jù)裂縫的形態(tài)特征分析裂縫的成因，為診斷隧道的健康狀態(tài)提供依據(jù)；3）裂縫的檢查通過現(xiàn)狀檢測(cè)和長(zhǎng)期觀測(cè)掌握和確定裂縫的變化狀態(tài)。

5 評(píng)價(jià)方法

（1）隧道襯砌缺陷分類見表2。

表2 隧道襯砌缺陷分類表

（2）根據(jù)《鐵路運(yùn)營(yíng)隧道襯砌安全等級(jí)評(píng)定暫行規(guī)定》鐵運(yùn)函[2004]174號(hào)，隧道襯砌存在缺陷時(shí)，可將缺陷劃分為輕微、較嚴(yán)重、嚴(yán)重、極嚴(yán)重4個(gè)等級(jí)。

6 結(jié)論

（1）通過研究地質(zhì)雷達(dá)對(duì)隧道襯砌缺陷的檢測(cè)，結(jié)合取芯、鉆孔對(duì)無損檢測(cè)結(jié)果的驗(yàn)證，證實(shí)了雷達(dá)無損檢測(cè)方法的應(yīng)用效果和可靠性。

（2）通過研究地質(zhì)雷達(dá)和敲擊比對(duì)檢測(cè)，顯示雷達(dá)無損檢測(cè)法的不足之處，只有5條測(cè)線，但優(yōu)點(diǎn)也很明顯，具有效率高、檢測(cè)深度大等特點(diǎn)。

（3）本次檢測(cè)研究引用構(gòu)件裂縫檢測(cè)儀檢測(cè)隧道襯砌裂縫，效果明顯，對(duì)隧道襯砌裂縫的監(jiān)測(cè)有重大意義[7]。

通過本次檢測(cè)研究學(xué)習(xí)，針對(duì)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)隧道襯砌背后缺陷問題的描述不細(xì)致問題，結(jié)合建鐵路隧道現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果，以及檢測(cè)發(fā)現(xiàn)問題是否需要進(jìn)一步處理的必要性，將襯砌背后脫空缺陷從不密實(shí)缺陷中劃分出來。將“不密實(shí)”細(xì)分為 “襯砌內(nèi)部不密實(shí)”和“襯砌背后不密實(shí)”；將“脫空”引入缺陷概念，即以空腔的長(zhǎng)度范圍區(qū)分“空洞”和“空隙”。不密實(shí)缺陷只能在以后的施工中通過改善施工工藝避免,而無需返工處理。明確缺陷的定義，便于決策者根據(jù)檢測(cè)結(jié)果選擇更加科學(xué)的隧道缺陷處理措施。