地质雷达无损检测在隧道二次衬砌中的应用

2008年 11月 第 11期(总 122) 铁 道 工 JOURNAL OF RAILWAY 程 学 报 ENGINEERING SOCIETY NOV 2008 NO．11(Ser．122) 文章编号：1006—2106(2008)11—0073—04 地质雷达无损检测在隧道二次衬砌中的应用 王红良 张运 良2 安永林2 彭立敏2 ● (1．浙江华恒交通监理咨询有限公司， 浙江 绍兴 312000； 2．中南大学， 长沙 410075) 摘要：研究目的：运营隧道二次衬砌的病害检测、维修加固对于保证隧道的行车安全和衬砌的受力安全等具有 重要的意义。本文以地质雷达检测蕉溪岭隧道群二次衬砌的病害，以直刚法研究空洞病害对二次衬砌的影 响，并分析其原因，同时针对空洞大小提出一些相应的整治措施。 研究结论：二次衬砌的病害原因主要是拱顶背后存在空洞及渗漏水。空洞的存在使得二次衬砌的受力复 杂 、不利，且拱顶和拱腰为受力的薄弱位置。拱顶背后空洞存在的主要原因是施工单位对设计意图理解不到 位，未按新奥法施工，其次是二次衬砌封顶困难等。拱顶背后空洞较多时必须进行处理，以使二衬结构处于良 限的受力状态，确保营运安全。 关键词 ：隧道 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 ；地质雷达；无损检测；二次衬砌 ；直刚法；安全评估 中图分类号：U452．1 文献标识码 ：A The Application of Nondestructive Testing Using Radar in Tunnel Lining W ANG Hong—liang ，ZHANG Yun—liang ，AN Yong—lin ，PENG Li—min (1．Zhejiang Huaheng Supervision Consultant Co．Ltd of Communication，Shaoxing，Zh~iang 3 1 2000，China； 2．Central South University，Changsha，Hunan 410075，China) Abstract~Research purposes：It is of significance to detect secondary lining~defect of tunnels as well as to repair and strengthen the secondary lining．Radar was applied to detect lining~defect in Jiaoxiling tunnels．Direct stiffness method was used to study the influence of holes on the lining mechanics． Research conclusions：Main defects of the secondary are holes lying behind the crown ， and the next is seepage．The secondary lining mechanic is showed to be very complex and unfavourable due to holes ． The weak Darts locate the cr0wn and middle of the arch．The first reason of lining defect is that construction had not adopted NATM and had not caught the key design meaning．The next reason is that it is hard to ll the crown fully and densely ． Some treatments are presented if the hole size lying behind the crown is very large to ensure the operation in safety ． Key words：tunnel engineering；ground penetrating radar；nondestructive testing；secondary lining；direct stiffness method；safety assessment 随着“五纵七横”国道主干线系统的实施和“西部 大开发”战略的深入进行，公路等级与规模日益加大， 这推动了公路隧道建设的蓬勃发展⋯。但 由于地质 条件、设计、施工和运营过程中各种因素的影响，隧道 收稿日期：2008—07—28 作者简介：王红良，1968年出生，男，高级工程师。 在长期使用过程中会出现各种不同程度的病害。例如 日本已从土建大国变成修缮大国，今后我国也面临着 十分艰巨的隧道检测维修工作 。 二次衬砌是隧道的主要部分，其病害的存在将严 74 铁 道 工 程 学 报 2008年 11月 重危及隧道的安全性能。在不影响隧道运营的前提 下，开展以地质雷达为主的快速、准确的无损检测工 作，及时发现病害的位置、规模及其性质，对确保隧道 的长期安全运营具有重要意义 j。 目前，地质雷达在隧道检测 中应用较多：杨坤 彪 等阐明过采用探地雷达和高密度地震映像的组 合方法，对隧道质量进行无损检测的方法原理和技术 要点。覃建波 等讨论过探地雷达技术在公路隧道、 引水涵洞衬砌质量及混凝土结构中钢筋铺设质量，进 行检测方面的应用效果。陈礼伟 介绍过地质雷达 探测原理及运用它对隧道衬砌质量进行检测时，在现 场数据采集及资料处理分析不同阶段应注意的问题。 冯慧民 通过对某隧道的无损检测，得知拱顶的衬砌 厚度、回填密实程度有部分不能满足设计和规范要求， 是隧道衬砌的薄弱环节。 本文主要对某实际运营隧道的二次衬砌进行无损 检测，应用直刚法探讨拱顶背后空洞病害对衬砌受 力的影响，分析病害存在的原因，并提出相应的整治 措施。 1 工程概况 国道3l9长沙至浏阳段蕉溪岭隧道群位于浏阳市 城北八仙桥至菖薄冲范围，3座隧道全长3 900 m。隧 道洞内行车道宽 7 m，两幅路面双向通行，洞内跨宽 10．7 m，净高7 m，车辆通行限高5 m，设计交通流量为 500 N／h。其中蕉溪岭Ⅱ号隧道的洞门为柱式洞门。 蕉溪岭隧道群(I～Ⅲ号隧道)自 1996年 10月 建成并正式投入运营以来，隧道多处出现裂缝与地下 水渗漏现象，虽经隧道维护所采取了一些整治措施，但 渗漏现象却越来越严重。为了全面深入了解隧道山体 围岩及其结构状况，分析隧道病害产生的原因，合理评 估隧道运行的可靠性，相关人员开展了对该隧道群进 行检测及整治 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的设计工作。 2 地质雷达原理 一 套完整的地质雷达由便携式主机、收发天线、综 合控制电缆、测量轮(可选)、12 V电瓶、数据采集和处 理软件等组成，如图1所示。其工作原理是利用高频 脉冲电磁波探测混凝土及下覆介质分布形态的一种无 损伤检测方法——由发射机通过天线向混凝土中发射 高频宽带电磁波，接收机接收来自介质的反射信号，并 考虑电磁波在介质中传播时，因介质电磁性变化或介 质几何形状改变而产生相位及回波能量、波形的变化， 所以可通过计算机使用不同的滤波程序对反射波运行 时间、回波能量分布及波形进行处理和分析，从而推断 地下地质结构，如图2所示。 图1 典型地质雷达组成示意图 图2 地质雷达工作原理 3 隧道检测实例与安全评定 3．1 检测概况 采用瑞典 RAMAC地质雷达配合 1 000 MHZ天线 对二衬厚度、密实性、空洞等情况进行检测。隧道检测 采用5条测线：D为拱顶测线，尺 和L 为拱脚测线，R 和L，为墙脚测线，如图3所示。 图3 雷达检测测线布置与现场检测示意图 3．2 检测结果 根据检测结果分析，蕉溪岭 I号隧道拱顶空洞较 少，拱顶空洞较多情况主要出现在 K 55+720～800、 K 56+300～350及 K 56+380～700段。蕉溪岭 Ⅱ号 隧道拱顶空洞稍多，主要出现在K 57+060～160、K 57