1、1隧道断面轮廓及初期支护检测技术摘要：本文简述了公路隧道断面轮廓及初期支护的检测方法，重点阐述了隧道激光断面仪检测方法和地质雷达检测方法，并根据检测成果指导施工,预测险情,控制施工进程，确保施工安全。 关键词：隧道 断面 初期支护 激光断面仪 地质雷达 中图分类号：U45 文献标识码： A 文章编号： 1.概述 近 20 年来，随着隧道新奥法施工的推广，在软弱围岩中现场检测成为施工中一个重要内容，其中检测开挖后围岩的稳定及初期支护的变形最为关键。开挖是控制隧道施工工期和造价的关键工序，因为超挖过多，不仅因出渣量和衬砌量增多而提高工程造价，而且由于局部挖掉围岩会产生应力集中问题，影响围岩稳定性；
2、欠挖则直接影响到衬砌厚度，对工程质量和安全产生隐患，处理起来费时费物，根据各种资料显示，超欠挖对隧道的经济效益和隧道结构的可靠度有重要影响。所以必须保证开挖质量，为围岩的稳定和安全支护创造良好条件。随着隧道施工技术的不断进步，在采用新奥法修建的隧道中，国内外专家认为初期支护为主要受力结构，如果初期支护质量不过关，则会给隧道带来一系列的安全隐患。 2.工程概况 舒家湾隧道左线进出口里程为 ZK27+530ZK29+165，全长 1635 米，2右线进出口里程为 YK27+545YK29+125，全长 1580 米，设计为三心圆曲边墙断面，建筑限界净高为 5.0 米，行车道宽 7.0 米，建筑净宽
3、 8.5 米，净高 6. 7 米，开挖断面 83.2-101.5 平方米。隧道围岩主要为寒武系白云岩、断层破碎带等，区域性断层 F4 与隧道平行，多条分支断层与隧道相交，溶洞极其发育，为典型的喀斯特岩溶隧道。支护形式为锚喷初次支护，模筑砼二次衬砌。 3.隧道断面检测 3.1 隧道净空断面检测主要内容 (1)对开挖内轮廓的检测：可以通过隧道净空断面检测，了解隧道开挖是否超出或侵入设计的开挖轮廓，超欠挖的部位及超欠量，可以检查出掘进方向是否偏移；如果是钻爆法开挖，可以确认爆破方案是否需要凋整。 (2)对支护内轮廓的检测：在支护施作后进行净空断面检测，可以及时发现隧道内是否有足够的衬砌空间。 (3)
4、对衬砌内轮廓的检测：在衬砌施作后进行净空断面检测，可以检测到衬砌是否侵入相应的设计轮廓、立模方向是否正确、模板是否变形、或混凝土浇筑时是否跑模。 3.2 隧道超欠挖评介标准 （1）超挖检测评价标准：采用支架式风钻和浅眼(不超过 3 米)爆破允许超挖量规定见下表 1，采用特殊方法支护允许超挖量适当降低。 3表 1 超挖检测评价允许值 注：本表适用于炮眼深度不大于 3.Om 的隧道。炮眼深度大于3Om 时，可根据实际情况另行规定。 最大超挖值是指最大超挖处至设计开挖轮廓切线的垂直距离。 表列数值不包括测量贯通误差、施工误差。如采用预留支撑沉落量时，不应再计超挖值。 （2）欠挖检测评价标准：岩层完整
5、、岩石抗压强度大于 30MPa，确认不影响衬砌稳定和强度时允许个别岩石凸出，个别岩石凸出范围每 1m2内不大于 0.1m2，其隆起量不大于 5cm；拱脚、墙脚以上 1m 范围内禁止欠挖。 3.3 隧道断面轮廓检测 量测断面的方法包括直接观测法和非直接观测法。直接观测法是指直接量测开挖面断面的方法；非直接观测法主要包括三维近景摄影法、直角坐标法和极坐标法。舒家湾隧道的断面检测是采用隧道激光断面仪的测量方法。 3.4 隧道激光断面仪检测原理 隧道激光断面仪法的测量原理。以水平方向为起算方向，按一定间距依次测定仪器旋转中心与实际开挖轮廓线的交点之间的矢径(距离)及该矢径与水平方向的夹角，将这些矢径端
6、点依次相连即可获得实际开挖的轮廓线。通过全站仪或其它方法测量获得断面仪的定点定向数据，在4计算软件的帮助下自动完成实际开挖轮廓线与设计开挖轮廓线的空间三维匹配，可输出各测点与相应设计开挖轮廓之间的超、欠挖值(距离面积)。如果沿隧道轴向按一定间隔测量数个断面，还可算得实际开挖方量、超挖方量、欠挖方量。该方法测试速度快，每个断面测试的点数可以设定，处理数据方便简单，最终的图形成果形象易懂，而且可以方便的给出必须采取补救的地方。 3.5 隧道激光断面仪检测方法和目标 现场检测时，激光断面检测仪检测的方法是：在隧道临时支护和初次衬砌完成后，将隧道激光断面仪放在隧道设计轴线选定里程的中心桩处，按照与隧道
7、轴线垂直的方向进行测量，得到一组初期支护的断面轮廓数据资料。当隧道二次衬砌完成后，在同一里程处再次进行检测，就能得到隧道二次衬砌的断面轮廓数据资料。通过现场检测，隧道激光断面仪检测目标是： (1)对初次衬砌的检测：通过隧道净空断面检测，了解隧道开挖是否超出或侵入设计的开挖轮廓，超欠挖的部位及超欠量。在支护施作后进行净空断面检测，可以及时发现隧道内是否有足够的衬砌空间。 (2)对二次衬砌内轮廓的检测：在二次衬砌施作后进行净空断面检测，可以检测到衬砌是否侵入相应的设计轮廓。通过比较初次衬砌和二次衬砌，可以得到二次衬砌厚度。 3.6 现场检测 主要检测设备：BJSD-2E 激光断面仪。 为了解舒家湾
8、隧道的初支及二衬变形情况，本次检测采用了激光断5面仪对隧道的轮廓进行了抽检，通过与设计断面的比较，确定隧道二衬施作一段时间后是否侵限。根据检测的断面情况，发现舒家湾隧道进口段及中间段的断面都没有较大的侵限和变形，只在 ZK28+890K29+050出口段拱顶比设计的断面拱顶净空高出有 10cm，判断为施工时模板安装偏位误差，其它各点基本都能与设计断面吻合，拱顶没有较大的沉降，拱腰和拱脚也没有出现向内收敛现象。 根据断面仪所检测的参数，对比舒家湾隧道标准断面图，判断舒家湾隧道在施作二衬至今的半年期间，其隧道断面没有侵限结构尺寸没有变化，衬砌厚度满足设计要求。 4.隧道初期支护的检测 初期支护的检
9、测包括喷射混凝土厚度、钢拱架、喷射混凝土强度、初期支护与围岩接触情况的检测等等。 4.l 地质雷达检测原理 地质雷达是应用脉冲电磁波来探测隐蔽介质的分布。地质雷达的发射天线向隧道喷混凝土层发射高频宽带短脉冲电磁波。电磁波遇到具有不同介电特性的喷混凝土与围岩界面时有部分返回，接收天线接收反射波并记录反射波的旅行时间。当发射和接收天线沿物体表面逐点同步移动时，就能得到其内部介质的剖面。根据接收到波的旅行时间(双程走时)、幅度频率与波形变化资料，推断介质的内部结构以及目标体的深度、形状等特征参数。 4.2 喷射混凝土厚度的检测 一般情况下。雷达波经发射后最先到达接收天线的雷达波为空气6直达波，紧接着
10、为表面直达波，最后为喷混凝土和围岩胶结面的反射波。反射波能量与围岩和喷混凝土之间的物性差异有关：两者物性差异越大，反射波能量就越强，反之其能量就越弱。在地质雷达图像中振幅较强、同相轴比饺连续的波就是喷混凝土和围岩界面的反射信号，在该界面上读取的即为喷射混凝土厚度。检测图如图 2（张花高速楠木溪隧道检测） ，纵坐标表示时间，横坐标表示断面里程。计算公式如下所示： （1） （2） 式中：z-反射层厚度即衬砌厚度；x-收发距即接收与发射天线中心的距离，是与天线有关的定值；v-电磁波在介质中的传播速度；c-为电磁波在空气中的传播速度；-介电常数。 图 2 舒家湾隧道初期支护混凝土厚度检测图 4.3 钢
11、拱架或格栅的检测 (1)格栅。当混凝土中存在钢筋时，雷达剖面图中将产生连续点状强反射信号，当混凝土中有格栅拱架支撑时，靠得较近的两主筋将形成两个点状强反射信号，再由两个点状信号形成类似于字母 M 形状的反射信号，每一个这样的雷达波信号就对应着一榀格栅拱架支撑，由此信号总数即可统计出整个隧道纵向的格栅拱架支撑数量。 (2)型钢。当混凝土中有型钢支撑时，雷达剖面图中将出现特别强的月牙形反射信号，每一个这样的信号表示有一榀型钢拱架支撑，由此信号总数即可统计出整个隧道纵向的型钢拱架支撑数量。 74.4 喷射混凝土强度的检测 根据喷混凝土强度表面特征，宜采用气压射钉枪无损检测方法进行检测。气压射钉枪检测
12、喷混凝土强度的方法是：在恒定空气压力下将经过特殊标定的射钉打入喷混凝土内，由其射入深度推算其强度(深度与强度的关系由实验标定)。该方法具有检测结果客观可靠、操作方便、省工省时等优点，在隧道初期支护喷混凝土的强度检测中发挥了重要作用，取得了令人满意的结果。在检测中，对喷混凝土的早期强度及晚期强度进行检测，通过大量的试验建立起强度龄期成长曲线后，即可通过检测早期强度预测晚期强。 4.5 初期支护与围岩接触情况的检测 （1）接触良好 无空界面是指衬砌背后无空隙，混凝土与围岩密贴较好，此时界面清晰程度取决于混凝土与围岩粘贴紧密程度以及介电常数差异大小，反射强度不是很大，信号较弱，但通过滤波处理和同相位
13、追踪还是清晰可辨，并可通过雷达专用处理软件读出衬砌厚度。由图 2 的波形图可知，整个雷达图形中存在明显的 3 层(初期支护喷混凝土、围岩加固区及围岩未振动区)，喷混凝土与围岩接触良好。 （2）存在空洞或不密实 当喷混凝土背后回填不密实，混凝土与围岩之问有空隙时，由于空气与混凝土介电常数差别较大，电磁波在喷混凝土与空气之间将产生强反射信号。当空洞比较大时，围岩界面清晰可见，在地质雷达剖面图上主要表现为在喷射混凝土层以下出现多次反射波，同相轴呈弧形，并与8相邻道之间发生相位错位，且其能量明显增强。 5.结束语 用激光断面仪检测舒家湾隧道衬砌轮廓，经过专门软件处理后，可以清楚看出超挖量、欠挖量的大小
14、和位置，能够清楚、直观、准确地掌握断面轮廓开挖断面和二衬断面的情况。根据检测成果可对开挖质量进行监控，发现不满足要求的断面后，及时对开挖爆破参数进行了修正，指导后续施工，且有利于后序防水及二衬施工的质量，起到降造增效的功效。利用地质雷达技术检测缺陷时，根据喷混凝土厚度选用合适的频率天线，除可以检测喷混凝土的厚度之外，还能探测到喷混凝土内的格栅支撑等，同时对喷混凝土背后存在的空洞、不密实、密贴性等缺陷也能作出判别，据此找出施工存在问题，改善施工工艺，消除隧道质量隐患，确保隧道的施工质量及运营安全。 参考文献： 1王俊和.公路隧道初期支护质量的无损检测技术J.四川建筑.2009，4（29）. 2仇文革,龚伦.论高速铁路隧道支护结构质量检测技术J.铁路客运专线建设技术交流综合论文集.2004，328329. 3伍晓军.隧道断面检测技术及规程建议J.路基工程.2005,3.
