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                  ARTICLE/ 技術文章
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                  GPR 探地雷達在隧道襯砌檢測中的應用

                  發布時間:2022-05-07瀏覽:393次

                  根據《隧道襯砌質量無損檢測技術規程(T/CSPSTC 55-2020)》、《公路隧道檢測規程(T/CECS G-J60-2020)》、《鐵路隧道襯砌質量無損檢測規程(TB10223-2004)》等標準文件的指示,在隧道建設過程中需要對隧道襯砌結構的施工質量進行檢測。


                  合格的隧道襯砌包括:

                  • 開挖斷面達到設計要求;

                  • 初期支護數量達到設計標準;

                  • 圍巖、初噴混凝土、二襯混凝土間結合緊密等。


                  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準??斩春筒幻軐嵵饕霈F在隧道各結構的內部,脫空則主要在連接部位。


                  探地雷達,可以有效檢測隧道圍巖、初支、二襯以及仰拱等結構的混凝土層厚度、鋼筋網分布以及內部缺陷等問題。


                  上述缺陷在雷達圖像上的主要表征有:

                  • 不密實:襯砌界面的強發射信號同相軸呈繞射弧形,且不連續,較分散[1]。

                  • 脫空:出現多次反射,電磁波同相軸呈弧形,相位與相鄰道發生錯斷,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,兩組信號時程較大[1]。

                  圖片

                  不密實

                  圖片

                  脫空

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                  空洞

                  隧道襯砌常見缺陷及雷達檢測圖示


                  圍巖


                  1. 光爆效果不好造成的空洞


                  光面爆破控制不好,導致超挖、欠挖現象頻繁出現,隧道斷面出現鋸齒狀的起伏。雷達圖像上部顯示脫空,空洞規模小且不連續[3]。

                  圖片

                  初支和圍巖間空洞的雷達圖[3]


                  2. 超挖回填造成的不密實缺陷


                  當隧道的超挖尺寸過大時,若通過灌漿法或干砌法,進行片石而非同級混凝土回填,則容易出現片石間空隙未被混凝土填滿的現象,最終造成不密實缺陷。下圖為片石回填不密實的雷達圖像,襯砌設計厚度55cm,檢測厚度50cm,混凝土厚度沒有達到設計要求。背后混凝土不密實[3]。

                  圖片

                  片石回填不密實的雷達圖[3]


                  3. 大塌方或大溶洞形成的空洞


                  塌方是開挖時出現較大面積坍落的現象,一般沿隧道中線方向延續長度在2m以上,有時可長至10米,較大溶洞的尺寸還要大于塌方[3]。下圖是拱部溶洞經過處理后的雷達圖像,由于采用鋼筋混凝土加固,雷達信號出現強烈反射波組,檢測到襯砌混凝土后面有空洞,深度達到2.4m以上[3]。

                  圖片

                  襯砌背后溶洞的雷達圖[3]


                  4. 塌方回填造成的不密實缺陷


                  對小規模塌方(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。


                  下圖所示是小規模塌方處回填片石的圖像。襯砌設計厚度45cm,檢測混凝土厚度55cm,混凝土厚度達到設計要求。背后回填片石沙漿基本飽滿,局部片石間存在少量空隙[3]。

                  圖片

                  塌方回填片石后的雷達圖[3]


                  5. 小溶洞


                  小溶洞的處理方法和塌方類似,雷達圖像特征基本相同。較大溶洞一般采用噴錨支護,以穩定溶洞處的巖體,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圖像[3]。


                  隱伏溶洞指在設計和施工過程中都沒有發現的溶洞。如果隧道圍巖水量豐富或有水腐蝕時,會逐漸發展成滲水、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。該段襯砌混凝土設計厚度30cm,溶洞處在施工時已經發現有溶蝕現象,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]。

                  圖片

                  溶洞回填片石雷達圖[3] 

                  圖片

                  隱伏溶洞雷達圖[3]


                  初期支護


                  初期支護一般有噴射混凝土、噴射混凝土加錨桿、噴射混凝土錨桿與鋼架聯合支護等形式。 

                  圖片

                                         國內某隧道現場檢測初支


                  初期支護和二襯混凝土共同承擔隧道荷載。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、格柵拱架以及襯砌背后脫空等缺陷的特征來綜合判定。


                  準確檢測噴射混凝土厚度要在二襯混凝土施工前進行,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,作為初期支護的鋼筋網或鋼拱架,需要對其數量和位置進行檢測。          

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                  國內某隧道現場圖像

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                  國內某隧道雷達圖(部分)


                  通過軟件,可實現多條探地雷達檢測路線的立體式成像。

                  圖片

                  GPR-slice 處理雷達數據


                  初支缺陷的圖像特征


                  如下雷達圖像,顯示出中部鋼筋網背后漿砌回填片石不徹底,存在空洞;右側鋼筋網缺失,襯砌背后存在空洞[3]。

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                  初支的空洞、鋼筋網缺失[3]


                  下圖顯示出,鋼筋網在中間錯斷,左側鋼筋網突起位置襯砌混凝土厚度15cm,鋼筋網背后沒有空洞,該段設計襯砌厚度42cm,屬于嚴重欠挖缺陷[3]。

                  圖片

                  初支的空洞、鋼筋網缺失[3]


                  二襯


                  防水層:復合式襯砌結構的防水層,鋪設在初支與二襯之間,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。


                  圖片

                  國內某隧道防水板現場圖示


                  二襯


                  在復合式襯砌中,二襯承擔少量圍巖變形荷載,是對初期支護的補充加強。二襯通常采用模筑混凝土或鋼筋混凝土,厚度范圍在30mm~60mm。

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                  新加坡CET隧道現場檢測

                  圖片

                  新加坡CET隧道檢測結果(部分)


                  二襯常見缺陷問題


                  1.輸送混凝土不當,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,襯砌中形成空洞??斩匆话惚憩F出連續性,且縱向尺寸大[3]。


                  下圖所示是襯砌中出現空洞的雷達圖像,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到50cm[3]。

                  圖片

                  襯砌端頭空洞雷達圖像[3]


                  2. 擋頭模板位置處的空洞

                  在泵送混凝土襯砌時,兩個襯砌循環的襯砌連接處,后一循環的擋頭模板位置形成空洞[3]。如下空洞形成的示意圖,其雷達圖清晰地反映了分界處兩側的襯砌狀態[3]。


                  圖片

                  空洞形成示意圖[3]

                  圖片

                  擋頭模板空洞雷達圖[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]。

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                  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的雷達圖像。圖中右側襯砌混凝土中由于存在鋼筋造成強烈反射,信號反應明顯。左側素混凝土襯砌設計厚度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]。

                  圖片

                  襯砌中鋼筋網分布[3]


                  隧道仰拱

                  仰拱是設置在隧道底部的反向拱形結構,主要用于抵御底部圍巖壓力、防止襯砌沉降,與二次襯砌構成環狀整體,增加結構穩定性。仰拱一般為鋼筋混凝土結構,厚度在40-65mm。

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                  隧道結構示意圖

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                  隧道仰拱鋼筋鋪設

                  圖片

                  現場雷達監測圖

                  圖片

                  隧道監測結果雷達圖(部分)

                  結果顯示,開挖深度達不到設計標準,仰拱深度偏小[3]。

                  圖片

                  隧道仰拱空洞、不密實[3]




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