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隧道仰拱施工质量检测

隧道仰拱施工质量检测
2022.06.21
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作者:中钢国检
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隧道是一种穿越地层的结构,在施工期间对原有地层岩体进行扰动,周边围岩应力场发生应力重分布,隧道结构与周边围岩组成共同承受压力的共同体,而仰拱在其中发挥着十分重要的作用。

 

隧道仰拱是为了改善上部结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构,主要是将隧道上部底层压力有效传到地下,并有效抵抗隧道下部地层传来的反力,是隧道结构的重要组成部分,能够有效增加隧道结构稳定性。

 

铁路隧道

 

但隧道仰拱作为一项隐蔽工程,其施工质量不易控制,如果施工质量低下,不能满足设计要求,出现仰拱厚度不足、仰拱强度不够、仰拱底部清理不彻底等问题,在运营过程中隧道就容易出现仰拱上浮、开裂及冒水等仰拱病害,影响隧道结构安全,甚至危及行车安全。因此,加强隧道仰拱施工质量检测,用科学数据把控隧道仰拱质量安全显得十分必要。

 

检测方法

针对隧道仰拱施工质量的检测有多种方法,为避免传统有损检测方法效率低、破坏结构、偶然性大等缺点,目前工程实践中多采用具有检测速度快、不受噪音干扰等优点的地质雷达法进行隧道仰拱质量检测。

 

  • 地质雷达法

地质雷达法以电磁波反射为原理,通过发射机把高频电磁波以宽频带短脉冲的形式发射入地下介质,该脉冲在地下介质中传播,在地下介质的电特性发生变化的地方发生反射,接收机接收相应的反射信号,记录它并把它显示在计算机屏幕上。通过连续的信号采集,在计算机屏幕上形成的地质雷达波形图或者灰度图,可以形象直观地反映出隧道衬砌的信息特征。

 

雷达图

 

地质雷达图形中,仰拱的厚度由地质雷达传播至基岩界面所用的时间和电磁波在混凝土中的传播速度确定的。由于混凝土中介电常数变化范围较大,导致电磁波的传播速度波动范围较广,因此在进行检测前,应根据相关规范要求对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定。

 

除了受到仪器本身噪声的影响外,地质雷达精度还受到天线贴合度、大型机械的干扰等因素的影响,所以在检测时,应尽量保证检测天线平稳、匀速前进,保持适当的检测速度,并随时记录好可能对检测结果造成干扰的物体和位置,以防后期发生误判。

 

  • 瑞雷面波检测方法

瑞雷面波(R波)指的是一种沿介质与空气接触的分界面(即地表面或自由平面)传播的具有椭圆极化性质的柱状波,其在地表附近具有低频、低速、高信噪比以及频散等特征,对地下介质的横波速度非常敏感。

 

由于瑞雷面波方法对近地表探测方面具有较高的分辨率,随着对隧道衬砌仰拱检测精度的要求的提高,近年来瑞雷面波方法逐渐被更多地应用到国内隧道混凝土结构无损检测当中。瑞雷面波法在隧道仰拱厚度定量检测上具有较高的准确率,能够实现隧道混凝土仰拱中物性分界面的准确定位,并且该方法对仰拱结构中的钢筋不敏感,能够对仰拱及其混凝土填充层中的不密实填充位置进行高精度成像。

 

通过以往人们对瑞雷面波检测结果与钻孔验证结果对比分析,发现两者结果一致性较高,从而验证了此方法的可靠性。由于面波探测深度较浅,为了更好地保证结果的准确性,瑞雷面波法用于隧道仰拱厚度检测时,应使用可以激发和接收到高频信号成分的瑞雷面波震源-检波器接收系统。

 

隧道检测图

 

  • 其他检测方法

隧道仰拱施工质量检测与评估,除采用地质雷达法以外,还有钻芯法、声波法、瞬变电磁法、超声回弹综合法、回弹法、瑞雷波法、地震影像法及红外线探测法等。每种方法都具有其适用范围和使用条件,有其独有的特征,比如钻芯法,虽然为局部点位检测,代表性与雷达法相比较差,且钻机移动缓慢, 效率不高,但其具有测试结果误差小、直观、检测结果可靠等显著优势。钻芯法不仅能真实反映仰拱混凝土厚度和回填情况,还可以利用所钻取的芯样进一步检测仰拱混凝土的强度以及对隧道底部围岩情况进行检测。

 

注意事项

在实际检测当中,不应只局限于某一种检测方法,而应根据具体检测需求选择一种或几种较为适宜的检测方法,以保证检测结果的准确性和检测效率,如:当需要检测仰拱厚度和强度时,可采用传统地质钻机进行钻芯检测;当需要检测仰拱钢筋和钢架情况时,则可选用地质雷达法进行检测。同时,由于仰拱本身是钢筋混凝土结构,钢筋的存在会对雷达波的成像质量造成一定的影响,在对地质雷达法等检测结果和数据进行分析时要充分考虑此方面因素对结果的影响。

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