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蘇州拓測(cè)儀器設(shè)備有限公司
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GPR 探地雷達(dá)在隧道襯砌檢測(cè)中的應(yīng)用
2022-5-7 閱讀(1081)
根據(jù)《隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)技術(shù)規(guī)程(T/CSPSTC 55-2020)》、《公路隧道檢測(cè)規(guī)程(T/CECS G-J60-2020)》、《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)規(guī)程(TB10223-2004)》等標(biāo)準(zhǔn)文件的指示，在隧道建設(shè)過(guò)程中需要對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。
合格的隧道襯砌包括:
開(kāi)挖斷面達(dá)到設(shè)計(jì)要求；
初期支護(hù)數(shù)量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；
圍巖、初噴混凝土、二襯混凝土間結(jié)合緊密等。
但在實(shí)際情況中，大部分隧道襯砌總有各種各樣的問(wèn)題，如：空洞、脫空、不密實(shí)以及鋼筋缺失等，難以滿(mǎn)足上述合格標(biāo)準(zhǔn)。空洞和不密實(shí)主要出現(xiàn)在隧道各結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，脫空則主要在連接部位。
探地雷達(dá)，可以有效檢測(cè)隧道圍巖、初支、二襯以及仰拱等結(jié)構(gòu)的混凝土層厚度、鋼筋網(wǎng)分布以及內(nèi)部缺陷等問(wèn)題。
上述缺陷在雷達(dá)圖像上的主要表征有：
不密實(shí)：襯砌界面的強(qiáng)發(fā)射信號(hào)同相軸呈繞射弧形，且不連續(xù)，較分散[1]。
脫空：出現(xiàn)多次反射，電磁波同相軸呈弧形，相位與相鄰道發(fā)生錯(cuò)斷，振幅明顯增強(qiáng)[1]。
空洞：襯砌界面反射信號(hào)強(qiáng)，三振相明顯，在其下部仍有強(qiáng)反射界面信號(hào)，兩組信號(hào)時(shí)程差較大[1]。
不密實(shí)
脫空
空洞
隧道襯砌常見(jiàn)缺陷及雷達(dá)檢測(cè)圖示
圍巖
1. 光爆效果不好造成的空洞
光面爆破控制不好，導(dǎo)致超挖、欠挖現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，隧道斷面出現(xiàn)鋸齒狀的起伏。雷達(dá)圖像上部顯示脫空，空洞規(guī)模小且不連續(xù)[3]。
初支和圍巖間空洞的雷達(dá)圖[3]
2. 超挖回填造成的不密實(shí)缺陷
當(dāng)隧道的超挖尺寸過(guò)大時(shí)，若通過(guò)灌漿法或干砌法，進(jìn)行片石而非同級(jí)混凝土回填，則容易出現(xiàn)片石間空隙未被混凝土填滿(mǎn)的現(xiàn)象，最終造成不密實(shí)缺陷。下圖為片石回填不密實(shí)的雷達(dá)圖像，襯砌設(shè)計(jì)厚度55cm，檢測(cè)厚度50cm，混凝土厚度沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。背后混凝土不密實(shí)[3]。
片石回填不密實(shí)的雷達(dá)圖[3]
3. 大塌方或大溶洞形成的空洞
塌方是開(kāi)挖時(shí)出現(xiàn)較大面積坍落的現(xiàn)象，一般沿隧道中線(xiàn)方向延續(xù)長(zhǎng)度在2m以上，有時(shí)可長(zhǎng)至10米，較大溶洞的尺寸還要大于塌方[3]。下圖是拱部溶洞經(jīng)過(guò)處理后的雷達(dá)圖像，由于采用鋼筋混凝土加固，雷達(dá)信號(hào)出現(xiàn)強(qiáng)烈反射波組，檢測(cè)到襯砌混凝土后面有空洞，深度達(dá)到2.4m以上[3]。
襯砌背后溶洞的雷達(dá)圖[3]
4. 塌方回填造成的不密實(shí)缺陷
對(duì)小規(guī)模塌方(坍高1m左右)的處理要求和超挖相同-用漿砌片石填充，要求片石豎向擺放，用擠漿法施工，保證沙漿飽滿(mǎn)；禁止片石橫向擱置或用灌漿法、干砌法施工，否則片石間空隙不能填充混凝土，會(huì)造成不密實(shí)缺陷。
下圖所示是小規(guī)模塌方處回填片石的圖像。襯砌設(shè)計(jì)厚度45cm，檢測(cè)混凝土厚度55cm，混凝土厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。背后回填片石沙漿基本飽滿(mǎn)，局部片石間存在少量空隙[3]。
塌方回填片石后的雷達(dá)圖[3]
5. 小溶洞
小溶洞的處理方法和塌方類(lèi)似，雷達(dá)圖像特征基本相同。較大溶洞一般采用噴錨支護(hù)，以穩(wěn)定溶洞處的巖體，再用漿砌片石回填洞穴。如下左圖所示，是溶洞回填后的雷達(dá)圖像[3]。
隱伏溶洞指在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的溶洞。如果隧道圍巖水量豐富或有水腐蝕時(shí)，會(huì)逐漸發(fā)展成滲水、漏水等病害，在北方冬季還會(huì)形成凍害。下方右圖中，襯砌背后清晰地反映出隱伏溶洞的位置。該段襯砌混凝土設(shè)計(jì)厚度30cm,溶洞處在施工時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有溶蝕現(xiàn)象，采用了鋼拱架加固，襯砌界面反射強(qiáng)烈。檢測(cè)出溶洞長(zhǎng)度約5m,深度1.2~2.4m[3]。
溶洞回填片石雷達(dá)圖[3]
隱伏溶洞雷達(dá)圖[3]
初期支護(hù)
初期支護(hù)一般有噴射混凝土、噴射混凝土加錨桿、噴射混凝土錨桿與鋼架聯(lián)合支護(hù)等形式。
國(guó)內(nèi)某隧道現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)初支
初期支護(hù)和二襯混凝土共同承擔(dān)隧道荷載。噴射混凝土厚度一般在5~25cm左右，二襯混凝土一般在30cm以上。由于隧道襯砌檢測(cè)一般安排在二襯完成之后，如果二者之間沒(méi)有空隙，檢測(cè)的混凝土厚度是噴射混凝土和二襯混凝土的綜合厚度；如果二者之間存在空隙，檢測(cè)的混凝土厚度則是二襯混凝土的厚度。噴射混凝土的厚度可以通過(guò)分析鋼筋網(wǎng)、格柵拱架以及襯砌背后脫空等缺陷的特征來(lái)綜合判定。
準(zhǔn)確檢測(cè)噴射混凝土厚度要在二襯混凝土施工前進(jìn)行，噴射混凝土厚度一般小于25cm。V級(jí)圍巖、局部IV級(jí)圍巖或大的塌方、溶洞段，作為初期支護(hù)的鋼筋網(wǎng)或鋼拱架，需要對(duì)其數(shù)量和位置進(jìn)行檢測(cè)。
國(guó)內(nèi)某隧道現(xiàn)場(chǎng)圖像
國(guó)內(nèi)某隧道雷達(dá)圖(部分)
通過(guò)軟件，可實(shí)現(xiàn)多條探地雷達(dá)檢測(cè)路線(xiàn)的立體式成像。
GPR-slice 處理雷達(dá)數(shù)據(jù)
初支缺陷的圖像特征
如下雷達(dá)圖像，顯示出中部鋼筋網(wǎng)背后漿砌回填片石不*，存在空洞；右側(cè)鋼筋網(wǎng)缺失，襯砌背后存在空洞[3]。
初支的空洞、鋼筋網(wǎng)缺失[3]
下圖顯示出，鋼筋網(wǎng)在中間錯(cuò)斷，左側(cè)鋼筋網(wǎng)突起位置襯砌混凝土厚度15cm,鋼筋網(wǎng)背后沒(méi)有空洞，該段設(shè)計(jì)襯砌厚度42cm,屬于嚴(yán)重欠挖缺陷[3]。
初支的空洞、鋼筋網(wǎng)缺失[3]
二襯
防水層：復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)的防水層，鋪設(shè)在初支與二襯之間，包括無(wú)紡布和防水板。無(wú)紡布通常采用土工織物，起緩沖、濾水和導(dǎo)水作用；防水板通常采用高分子防水卷材，包括EVA、ECB、PE等。幅寬一般為2～4m，厚度在1.0～2.0mm。耐刺穿性、柔性、耐久性好。
國(guó)內(nèi)某隧道防水板現(xiàn)場(chǎng)圖示
二襯
在復(fù)合式襯砌中，二襯承擔(dān)少量圍巖變形荷載，是對(duì)初期支護(hù)的補(bǔ)充加強(qiáng)。二襯通常采用模筑混凝土或鋼筋混凝土，厚度范圍在30mm~60mm。
新加坡CET隧道現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)
新加坡CET隧道檢測(cè)結(jié)果(部分)
二襯常見(jiàn)缺陷問(wèn)題
1.輸送混凝土不當(dāng)，襯砌中形成空洞
在拼裝臺(tái)車(chē)襯砌的隧道中，由于人工輸送混凝土不當(dāng)，襯砌中形成空洞。空洞一般表現(xiàn)出連續(xù)性，且縱向尺寸大[3]。
下圖所示是襯砌中出現(xiàn)空洞的雷達(dá)圖像，二襯混凝土厚度30cm，最薄處混凝土厚度10cm，空洞豎向尺寸最大達(dá)到50cm[3]。
襯砌端頭空洞雷達(dá)圖像[3]
2. 擋頭模板位置處的空洞
在泵送混凝土襯砌時(shí)，兩個(gè)襯砌循環(huán)的襯砌連接處，后一循環(huán)的擋頭模板位置形成空洞[3]。如下圖空洞形成的示意圖，其雷達(dá)圖清晰地反映了分界處兩側(cè)的襯砌狀態(tài)[3]。
空洞形成示意圖[3]
擋頭模板空洞雷達(dá)圖[3]
3. 鋼筋混凝土
IV級(jí)圍巖、V圍巖、隧道洞口以及特殊段落需要設(shè)置鋼筋混凝土襯砌。下圖是鋼筋混凝土襯砌的鋼筋分布示意圖[3]。
鋼筋混凝土襯砌的鋼筋分布示意圖[3]
下圖是二襯中鋼筋網(wǎng)的雷達(dá)圖像。圖中右側(cè)襯砌混凝土中由于存在鋼筋造成強(qiáng)烈反射，信號(hào)反應(yīng)明顯。左側(cè)素混凝土襯砌設(shè)計(jì)厚度42cm，襯砌混凝土與圍巖界面清晰。兩段不同襯砌的分界面十分明顯[3]。
襯砌中鋼筋網(wǎng)分布[3]
隧道仰拱
仰拱是設(shè)置在隧道底部的反向拱形結(jié)構(gòu)，主要用于抵御底部圍巖壓力、防止襯砌沉降，與二次襯砌構(gòu)成環(huán)狀整體，增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。仰拱一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度在40-65mm。
隧道結(jié)構(gòu)示意圖
隧道仰拱鋼筋鋪設(shè)
現(xiàn)場(chǎng)雷達(dá)監(jiān)測(cè)圖
隧道監(jiān)測(cè)結(jié)果雷達(dá)圖(部分)
結(jié)果顯示，開(kāi)挖深度達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，仰拱深度偏小[3]。
隧道仰拱空洞、不密實(shí)[3]
