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根據(jù)《隧道襯砌質(zhì)量無損檢測技術(shù)規(guī)程(T/CSPSTC 55-2020)》、《公路隧道檢測規(guī)程(T/CECS G-J60-2020)》、《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程(TB10223-2004)》等標(biāo)準(zhǔn)文件的指示,在隧道建設(shè)過程中需要對隧道襯砌結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量進(jìn)行檢測。
合格的隧道襯砌包括:
開挖斷面達(dá)到設(shè)計要求;
初期支護(hù)數(shù)量達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn);
圍巖、初噴混凝土、二襯混凝土間結(jié)合緊密等。
但在實際情況中,大部分隧道襯砌總有各種各樣的問題,如:空洞、脫空、不密實以及鋼筋缺失等,難以滿足上述合格標(biāo)準(zhǔn)??斩春筒幻軐嵵饕霈F(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)部缺陷等問題。
上述缺陷在雷達(dá)圖像上的主要表征有:
不密實:襯砌界面的強發(fā)射信號同相軸呈繞射弧形,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)生錯斷,振幅明顯增強[1]。
空洞:襯砌界面反射信號強,三振相明顯,在其下部仍有強反射界面信號,兩組信號時程差較大[1]。
隧道襯砌常見缺陷及雷達(dá)檢測圖示
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缺陷
當(dāng)隧道的超挖尺寸過大時,若通過灌漿法或干砌法,進(jìn)行片石而非同級混凝土回填,則容易出現(xiàn)片石間空隙未被混凝土填滿的現(xiàn)象,最終造成不密實缺陷。下圖為片石回填不密實的雷達(dá)圖像,襯砌設(shè)計厚度55cm,檢測厚度50cm,混凝土厚度沒有達(dá)到設(shè)計要求。背后混凝土不密實[3]。
片石回填不密實的雷達(dá)圖[3]
3. 大塌方或大溶洞形成的空洞
塌方是開挖時出現(xiàn)較大面積坍落的現(xiàn)象,一般沿隧道中線方向延續(xù)長度在2m以上,有時可長至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)信號出現(xiàn)強烈反射波組,檢測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缺陷
對小規(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;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,會造成不密實缺陷。
下圖所示是小規(guī)模塌方處回填片石的圖像。襯砌設(shè)計厚度45cm,檢測混凝土厚度55cm,混凝土厚度達(dá)到設(shè)計要求。背后回填片石沙漿基本飽滿,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)計和施工過程中都沒有發(fā)現(xiàn)的溶洞。如果隧道圍巖水量豐富或有水腐蝕時,會逐漸發(fā)展成滲水、漏水等病害,在北方冬季還會形成凍害。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)計厚度30cm,溶洞處在施工時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有溶蝕現(xiàn)象,采用了鋼拱架加固,襯砌界面反射強烈。檢測出溶洞長度約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。
國內(nèi)某隧道現(xiàn)場檢測初支
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。由于隧道襯砌檢測一般安排在二襯完成之后,如果二者之間沒有空隙,檢測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綜合判定。
準(zhǔn)確檢測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級圍巖、局部IV級圍巖或大的塌方、溶洞段,作為初期支護(hù)的鋼筋網(wǎng)或鋼拱架,需要對其數(shù)量和位置進(jìn)行檢測。
國內(nèi)某隧道現(xiàn)場圖像
國內(nèi)某隧道雷達(dá)圖(部分)
通過軟件,可實現(xiàn)多條探地雷達(dá)檢測路線的立體式成像。
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)背后沒有空洞,該段設(shè)計襯砌厚度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,包括無紡布和防水板。無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。
國內(nèi)某隧道防水板現(xiàn)場圖示
二襯
在復(fù)合式襯砌中,二襯承擔(dān)少量圍巖變形荷載,是對初期支護(hù)的補充加強。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)場檢測
新加坡CET隧道檢測結(jié)果(部分)
二襯常見缺陷問題
1.輸送混凝土不當(dāng),襯砌中形成空洞
在拼裝臺車襯砌的隧道中,由于人工輸送混凝土不當(dāng),襯砌中形成空洞??斩匆话惚憩F(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,兩個襯砌循環(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烈反射,信號反應(yīng)明顯。左側(cè)素混凝土襯砌設(shè)計厚度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)場雷達(dá)監(jiān)測圖
隧道監(jiān)測結(jié)果雷達(dá)圖(部分)
結(jié)果顯示,開挖深度達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),仰拱深度偏小[3]。
隧道仰拱空洞、不密實[3]