公路隧道的无损检测技术与病害的治理研究.doc

1、公路隧道的无损检测技术与病害的治理研究摘要：高速公路隧道病害是当前国内外隧道运营管理中面临的重大难题,本文针对我国目前公路隧道常见病害，对公路隧道病害检测技术、病害原因及治理方法进行了研究。 关键词：公路隧道，无损检测，病害治理 中图分类号：U45 文献标识码：A 0 前言 据交通部统计，2012 年末全国公路隧道为 10022 处、805.27 万米，比 2011 年末增加 1500 处、179.93 万米。近十年，平均每年新建 500 公里，超过前五十年建设的全国公路隧道总和。我国地域自然条件差异较大，隧道穿越山体的工程地质及水文地质条件复杂多变，隧道受设计与施工技术条件的限制，从已建成的

2、公路隧道看，渗漏水、衬砌开裂、拱背空洞、衬砌厚度不够、混凝土强度劣化、路面开裂、路面冒水等现象严重。我国目前很多公路隧道处于病害发育的亚健康状态，大量隧道已经进人到养护维修期。因此对隧道进行有计划和系统的检查、养护和维修具有重要的现实意义。 1 无损检测技术 隧道健康状态诊断通常采取现场调查和无损检测手段相结合,鉴于对隧道内拱圈进行可视检查存在不足之处,而且需要花费大量的人力和物力,世界各国,特别是德国,都在积极发展快速、方便和全面的无损检测技术,并取得了巨大的进展。无损检测不但能分析衬砌表面,而且能对衬砌内部、衬砌与围岩之间及围岩的异常、空洞和缺陷等情况进行检测。而对于隧道内路面状况、洞口周

3、边设施、洞门现状,附属设施和隧道内部装饰等检测则一般采用现场调查的方法。 1.1 大地雷达检测 大地雷达检测是利用表层上的发射器发射电磁波,当电磁波穿过媒介时,一方面由于材料的不均匀性和导电性的差异会使振幅衰减;另一方面当信号到达中断点处时,由于介电性会反射回来被接收天线接收,因此,频率、反射和导电率三种因素决定了电磁波穿透隧道结构的深度。当发射天线在表层上移动时,根据电磁波反射角和传播时间的改变,可以从传播时间曲线中分析检测出不同深度的缺陷和异常。地质雷达法可检测施工材料性质的改变、结构异常(有空隙)、衬砌厚度的变化、衬砌的组成材料(如加强钢筋、拱形衬砌等)和围岩情况(衬砌与围岩间的空隙、泉

4、眼以及组成材质的变化和异常情况),这种检测方法也已在国内外均得到了广泛的应用。 1.2 红外线现场照相术 红外线现场照相术可用来测量隧道墙体发射出的辐射热,通过红外线记录系统将墙体表面的温度分布情况显示出来,表面温度代表了热量在墙体表面的流动,它反过来又影响结构的机理或水的流动,因此,墙体表面的温度异常反映出结构里面的异常。用于隧道检测时,红外线照相机或扫描器一般安装在移动的车厢上。红外线现场照相法可以测定衬砌和围岩间水在不同温度下的流动、衬砌后面地质条件的改变以及衬砌缺陷、空洞,由于该方法依赖于温度梯度测量,因此最好在冬天温差较大时进行。 1.3 超声回弹综合法 超声回弹综合法可以检测混凝土

5、的动弹性模量、强度、厚度及缺陷等,该技术方法已经较为成熟,通常,在超声回弹法检测结果的基础上,还需采取钻孔取芯法对隧道衬砌厚度、强度进行验证。 1.4 多谱分析测量 使用六种覆盖较小频谱范围的特种滤光镜对隧道表面进行拍照,在同一位置每种滤光镜至少应拍照一次。用多谱投影机来分析所拍的胶片,以彩色背景看黑白胶片,可见到细小的灰色阴影;让不同胶片重叠,可看出细小的不同光色,从而离析出墙体表面的湿块和其他病害。在检测要求较高,需对干燥而细微的裂缝进行检测时,可采用多光谱分析法进行。可以和红外线现场照相技术兼及使用。 1.5 综合评价 以上四种方法可以较快地提供隧道衬砌检测结果,如果可能应结合使用,以便

6、相互证实和补充;如果只检测墙体表面的缺陷和细小的裂纹,则多谱分析是较好的方法。如果检测到缺陷、异常以及衬砌和围岩环境的改变,应进一步用破损性方法,如钻探和取芯等来验证或校核。以确保检测的准确性。随着技术的不断发展，无损检测将克服目前许多局限性而迅速发展。形成检测、分析一体的检测技术。 2 公路隧道的病害的分析与治理 公路隧道养护技术规范(JTGHl2-2003)给出了公路隧道检查和病害治理的基本原则,如表 1 所示。 表 1 隧道的基本性能和采取的对策 2.1 隧道病害的治理原则 隧道病害的治理原则包括：(1)病害防治应尽量不中断运营或尽量减少对运营的影响;(2)摸清病害产生的原因,根据围岩地

7、质等具体因素,选择合理的整治;(3)病害整治时宜尽量利用既有的临时设施,如便道、房屋,水池等,以降低病害整治费。 2.2 水害的成因与治理方法 隧道水害的成因是修建隧道破坏了山体原始的水系统平衡, 隧道成为所穿越山体附近地下水集聚的通道。在工程勘测设计中对其工程地质及水文地质情况了解得不够仔细,对衬砌周围地下水源、水量、流向及水质勘察不全;有时还缺乏反映防水材料性能的室内实验数据和对结构抗渗、抗腐蚀的具体要求;另外由于施工和监理中存在的问题也是形成水害的原因;目前国内许多厂家生产的防水材料质量不过关也是一个很重要的原因。隧道治水主要的处置方法有:(1)完善或者补充地表和地下截水;(2)在垭口和

8、地质不利的地方采取截留和引排使水远离隧道;(3)贯通隧道内的原有排水系统;(4)衬砌背面注浆;(5)在渗漏水的衬砌设置排水设施包括引水管、泻水管和引水渡槽;(6)在衬砌内贴防水层;(7)在施工缝和变形缝处用止水带、遇水膨胀橡胶等密封防水材料进行封堵;(8)对严重漏水的隧道应采取套拱加固。 2.3 冻害的成因与治理方法 气温变化是冻融交替的主要原因。衬砌周围冬季冻结、夏季融化范围的围岩沿衬砌周围各最大冻结深度连成的圈叫季节冻融圈。如果在设计过程中, 对围岩的岩性即冻胀性土没有考虑或考虑不周, 隧道的排水设施如埋在冻结圈内则冬季易发生冰塞。 为防治冻害而采取的治水措施主要是:(1)消灭衬砌漏水缺陷

9、,保证衬砌污工不再充水受冻;(2)加强结构层和接缝防水(所用防水材料要有一定的抗冻性);(3)对有冻害的段落,保证排水系统畅通,不允许衬砌背后积水,并防止冻结圈外的地下水向冻结圈内迁移;(4)衬砌背后空隙用砂浆回填密实;(5)保证排水设施或泄水沟应在任何季节, 任何条件下不冻结;(6) 在严寒地区可采用中心深埋泄水洞;(7)更换土壤、增加保温材料防冻、防止融坍、加强结构等措施。 2.4 衬砌裂损的成因与治理方法 引起衬砌裂损的原因很多，包括勘察资料不完全、设计时候未能考虑完全、施工中的不可预见性、材料的缺陷、人为因素等等，都会直接影响衬砌的受力和结构的稳定。 整治衬砌裂损病害,首先要消灭已有的

10、衬砌裂损对结构及运营的一切危害,并防止裂损扩大。其次是采取以稳固围岩为主,稳固岩体与加固村砌相结合的综合治理措施。稳固围岩的工程措施有:治水稳固岩体、锚干加固岩体、注浆加固岩体、支挡加固岩体、衬砌背后空洞压浆、回填和换填等。衬砌更换与加固的方法有:压浆加固、嵌补加固、喷锚加固、套拱加固、更换衬砌等。 2.5 衬砌侵蚀的成因与治理方法 环境水对混凝土和水泥砂浆的侵蚀作用主要可归纳 3 种:溶出性侵蚀(即非结晶性侵蚀)、结晶性侵蚀和复合性侵蚀(溶出性和结晶性侵蚀同时作用或交替作用)。对溶出性侵蚀,只要能解决衬砌的渗漏水问题,就能达到防蚀的目的。对于结晶性侵蚀,由于侵蚀是因水泥中的化合物与水作用后的

11、新生成物或水中盐类介质析出结晶,发生体积膨胀而导致材料破坏,而析出结晶的条件是混凝土中的干湿变化,干湿变化越频繁,侵蚀速度越快。因此对类这侵蚀,不仅要防渗漏,还要防止混凝土浸水,避免侵蚀水与混凝土发生作用。复合性侵蚀包含了上述 2 种侵蚀的特性。 对公路隧道侵蚀采取的防治措施主要有:(1)提高混凝土的密实性和衬砌的整体性;(2)外掺加料法;(3)选用耐侵蚀水泥;(4)加强衬砌外排水措施;使用密实的与混凝土不起化学反应的材料在衬砌外表面做隔离防水层;(5)采用与侵蚀性环境水不起化学反应的天然石料砌筑衬砌;(6)向衬砌背后压注防蚀浆液;(7)使用防腐蚀混凝土等。 3 结语 (1)隧道的检查和检测可

12、以发现存在的病害和不足以及病害程度,从而为养护和维修提供依据,以延长隧道的使用寿命,避免过早地进行改建和重建。使得社会资源得到更充分利用。 (2)采用新型的无损检测技术具有速度快和检测全面的优点,不仅能反映衬砌内拱圈的病害,而且能真实地反映衬砌、围岩及其之间的空洞和缺陷,从而为隧道的养护、维修和加固提供更详尽的资料。 （3)隧道病害处治方法的确定必须以原始资料和检测报告为依据,遵循经济合理,结构耐久性好,一次根治的原则,对病害处治施工过程必须实施动态控制,根据实际情况及时调整原处治方案施工细节。 参考文献： 1JTGH12- 2003,公路隧道养护技术规范 S . 2王薇,向延念.隧道的检查、养护与无损检测J.世界隧道,2000(5) 3李宏男,李东升.土木工程结构安全性评估、健康监测及诊断述评J.地震工程与工程振动,2002, 22(3):82-90. 4杨新安, 黄宏伟.隧道病害与防治 M .上海: 同济大学出版社, 2003. 5关宝树.隧道工程维修管理要点集 M .北京: 人民交通出版社, 2004.