這篇工程管理論文發(fā)表了隧道仰拱施工質(zhì)量檢測(cè)方法，論文根據(jù)多年的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比分析了隧道仰拱施工質(zhì)量現(xiàn)有主要檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并就隧道仰拱施工質(zhì)量檢測(cè)方法的選取提出了合理建議，以期達(dá)到為今后隧道仰拱施工質(zhì)量檢測(cè)提供借鑒的目的。

　　關(guān)鍵詞:工程管理論文,隧道仰拱,質(zhì)量檢測(cè),地質(zhì)雷達(dá),傳統(tǒng)地質(zhì)鉆機(jī)

　　引言

　　伴隨著國(guó)家中長(zhǎng)期鐵路規(guī)劃的逐步實(shí)施，西部路網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。在多山的西部地區(qū)修建鐵路“逢山鑿洞，遇河架橋”，隧道工程所占的比例越來(lái)越大。仰拱作為隧道襯砌結(jié)構(gòu)的重要組成部分，能改善襯砌結(jié)構(gòu)的受力形式，調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)的軸力和彎矩分布，在提高隧道襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力、安全度和耐久性，抑制圍巖內(nèi)塑性區(qū)的擴(kuò)展，約束隧道洞周位移發(fā)展等方面有重要作用[1-2]。盡管隧道仰拱對(duì)于隧道襯砌結(jié)構(gòu)極其重要，但在仰拱實(shí)際施工過(guò)程中，施工質(zhì)量控制卻困難重重，主要原因:一方面是隧道仰拱屬于隱蔽性工程，有效監(jiān)管困難;另一方面是受仰拱與掌子面距離限制和上臺(tái)階施工干擾，為了保證施工進(jìn)度，施工單位經(jīng)常將仰拱與仰拱填充一次澆筑。因此，選取合適的檢測(cè)方法對(duì)隧道仰拱施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)意義重大。

　　1隧道仰拱常見(jiàn)施工質(zhì)量問(wèn)題及現(xiàn)有的主要檢測(cè)方法

　　在以往的檢測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)仰拱施工主要存在的質(zhì)量問(wèn)題有仰拱厚度不足、仰拱強(qiáng)度不夠、仰拱填充回填片石或洞渣、仰拱底部清理不徹底，有虛渣、仰拱鋼筋或鋼架間距超標(biāo)甚至缺失等[3]。這些質(zhì)量問(wèn)題的存在，將會(huì)導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)整體承載能力的降低，出現(xiàn)仰拱隆起、翻漿冒泥、拱墻開(kāi)裂，甚至隧道整體失去穩(wěn)定等一系列影響運(yùn)營(yíng)安全的事故發(fā)生。隧道仰拱施工質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)估的方法，主要有地質(zhì)雷達(dá)法、鉆芯法、聲波法、瞬變電磁法、超聲回彈綜合法、回彈法、瑞雷波法、地震影像法及紅外線探測(cè)法等。檢測(cè)方法雖然很多，但如何保證隧道仰拱施工質(zhì)量檢測(cè)的準(zhǔn)確可靠卻一直困擾著檢測(cè)工作者們。在實(shí)際工程檢測(cè)工作中，最常用到的檢測(cè)方法有地質(zhì)雷達(dá)法和鉆芯取樣法。

　　2隧道仰拱施工質(zhì)量常用檢測(cè)方法評(píng)述

　　2.1地質(zhì)雷達(dá)法

　　2.1.1地質(zhì)雷達(dá)法檢測(cè)工作原理[4]地質(zhì)雷達(dá)是采用無(wú)線電磁波檢測(cè)地下介質(zhì)分布和對(duì)不可見(jiàn)目標(biāo)體或地下界面進(jìn)行掃描，以確定其內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)或位置的電磁技術(shù)。其工作原理為:高頻電磁波以寬頻帶脈沖形式通過(guò)發(fā)射天線發(fā)射，經(jīng)目標(biāo)體反射或透射后，由接受天線接收。高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度和波形將隨所通過(guò)介質(zhì)的介電特性及匯集形態(tài)不同而變化，并由此通過(guò)對(duì)時(shí)域波形的采集、后處理和分析，從而確定地下界面或目標(biāo)體的空間位置或結(jié)構(gòu)形態(tài)。地質(zhì)雷達(dá)具有分辨率高、無(wú)損傷、效率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)采用剖面法，即發(fā)射天線(T)和接收天線(R)以固定的間距沿測(cè)線同步移動(dòng)的量測(cè)方式，量測(cè)結(jié)果可用地質(zhì)雷達(dá)時(shí)間剖面圖表示，其中橫坐標(biāo)記錄天線在測(cè)線上的位置，縱坐標(biāo)為反射波雙程走時(shí)，表示雷達(dá)波從發(fā)射天線出發(fā)經(jīng)介質(zhì)界面反射再回到接收天線所需的總時(shí)間。這種記錄能準(zhǔn)確描述測(cè)線下方各反射界面的狀態(tài)。雷達(dá)工作原理，見(jiàn)圖1。

　　為確保時(shí)間剖面上各測(cè)點(diǎn)的里程位置與實(shí)際檢測(cè)里程位置相一致，在隧道左右邊墻上每5m作一個(gè)標(biāo)記，方便標(biāo)注里程時(shí)核對(duì)。在數(shù)據(jù)后處理過(guò)程中，根據(jù)標(biāo)記和記錄的起始里程進(jìn)行分析處理。襯砌界面的判釋:襯砌混凝土、噴射混凝土與圍巖(或其間脫空區(qū)域中的空氣)存在明顯的介電特性差異，因此在時(shí)間剖面圖上，混凝土襯砌底面與巖石之間有明顯的分界面。襯砌混凝土與噴射混凝土之間的介電特性也存在差別，利用介電特性的差別來(lái)判定不同介質(zhì)之間的界面。數(shù)據(jù)處理及資料解釋流程，見(jiàn)圖2。原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，得到深度與時(shí)間剖面，見(jiàn)圖3。然后，對(duì)比設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析并得出檢測(cè)結(jié)果。

　　2.1.2地質(zhì)雷達(dá)法優(yōu)缺點(diǎn)地質(zhì)雷達(dá)法檢測(cè)隧道仰拱，其優(yōu)點(diǎn)是儀器輕便，無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)速度快，能連續(xù)檢測(cè)一條測(cè)線，檢測(cè)結(jié)果代表性較高。但由雷達(dá)天線頻率決定的探測(cè)深度與分辨率是互相制約的，高頻電磁波分辨率高，而淺部損耗嚴(yán)重，探測(cè)深度小;低頻電磁波穿透深度大，但分辨率較低[5]。在應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)隧道仰拱進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，對(duì)仰拱厚度的判斷多數(shù)基于仰拱上層鋼筋的雷達(dá)波反射信號(hào)，僅能大致推測(cè)仰拱的厚度，誤差較大，并且地質(zhì)雷達(dá)在檢測(cè)仰拱鋼筋或鋼架時(shí)，也難以定量，僅能對(duì)鋼筋或鋼架的有無(wú)進(jìn)行定性判斷。

　　隧道仰拱實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，常用的天線頻率有400，200(270)MHz。270MHz天線檢測(cè)某隧道仰拱時(shí)的典型雷達(dá)圖譜，見(jiàn)圖4、圖5。圖4基本看不到仰拱底部的反射面，且此段落仰拱無(wú)鋼筋;圖5中因仰拱有鋼筋而可以清晰看到鋼筋反射界面，鋼筋反射界面呈一條白色反射帶，鋼筋間距無(wú)法量化，且仰拱底部仍然無(wú)法看到。圖4、圖5由于雷達(dá)天線頻率較低，故分辨率也很低。400MHz天線檢測(cè)某隧道仰拱時(shí)的典型雷達(dá)圖譜，見(jiàn)圖6、圖7。圖6中，由于仰拱無(wú)鋼筋而看不到清晰的反射界面;圖7中由于仰拱有鋼筋，雷達(dá)圖像能清晰看到鋼筋層反射界面，但仰拱底部反射界面仍無(wú)法看到，相比較于圖5中鋼筋層反射界面，圖7中鋼筋層反射界面要清晰很多，但鋼筋的間距仍難以量化。

　　2.2傳統(tǒng)鉆芯法檢測(cè)隧道仰拱施工質(zhì)量

　　2.2.1傳統(tǒng)鉆芯法檢測(cè)原理傳統(tǒng)鉆芯法采用地質(zhì)鉆機(jī)在擬取芯部位進(jìn)行鉆孔取芯檢測(cè)，通過(guò)量測(cè)芯樣長(zhǎng)度來(lái)檢測(cè)隧道仰拱厚度;芯樣經(jīng)過(guò)切割加工后進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，檢測(cè)仰拱混凝土強(qiáng)度;通過(guò)取芯過(guò)程中的芯樣描述對(duì)仰拱填充進(jìn)行評(píng)價(jià);通過(guò)隧底芯樣對(duì)隧道底部圍巖情況進(jìn)行檢測(cè)，判斷隧底清理是否徹底、是否有虛渣以及隧底圍巖情況。

　　2.2.2傳統(tǒng)鉆芯法優(yōu)缺點(diǎn)傳統(tǒng)鉆芯法檢測(cè)，其缺點(diǎn)為破損檢測(cè)，且為局部點(diǎn)位檢測(cè)，代表性較雷達(dá)法較差，鉆機(jī)移動(dòng)緩慢，效率不高。但鉆芯法檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)突出，具有測(cè)試結(jié)果誤差小、直觀，檢測(cè)結(jié)果可靠，不僅能真實(shí)反映仰拱混凝土厚度和回填情況，還可以進(jìn)一步檢測(cè)仰拱混凝土的強(qiáng)度以及對(duì)隧道底部圍巖情況進(jìn)行檢測(cè)，見(jiàn)圖8。2.2.3傳統(tǒng)鉆芯法改進(jìn)方法為了克服鉆機(jī)移動(dòng)緩慢，鉆芯效率不高這一問(wèn)題，實(shí)際工作中可以考慮將地質(zhì)鉆機(jī)安設(shè)到小型貨車上，由此可以加快移動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)速度，提高工作效率，見(jiàn)圖9。對(duì)取芯代表性較差這一問(wèn)題，還可考慮取芯時(shí)加大取芯密度，甚至可以考慮在每板施工的仰拱上隨機(jī)進(jìn)行至少一處鉆芯檢測(cè)，以增強(qiáng)鉆芯檢測(cè)的代表性。

　　2.2.4傳統(tǒng)鉆芯法檢測(cè)隧道仰拱質(zhì)量注意事項(xiàng)(1)鉆芯部位應(yīng)根據(jù)需要合理布置，如無(wú)特殊需求，一般將取芯部位選在隧道中心水溝，既降低了對(duì)隧道施工的干擾，又方便鉆芯過(guò)程中冷卻水的循環(huán)利用。(2)鉆孔深度應(yīng)鉆至隧底。(3)鉆頭內(nèi)徑要滿足芯樣抗壓要求;鉆頭材質(zhì)最好采用金剛石，并采用濕式鉆芯，利用水循環(huán)降低鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭的溫度，且每次鉆進(jìn)深度不宜超過(guò)50cm，以提高芯樣鉆取質(zhì)量。(4)鉆芯前要平整場(chǎng)地，使地質(zhì)鉆機(jī)安放平穩(wěn)，并準(zhǔn)確獲取取芯位置處的實(shí)際標(biāo)高、隧道底部的設(shè)計(jì)標(biāo)高和鉆芯取樣結(jié)束后的孔底標(biāo)高。(5)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速根據(jù)地層軟硬進(jìn)行選擇，一般情況下使用慢速或中速，每鉆進(jìn)50～70cm倒換一次鉆桿夾持器。(6)做好鉆芯過(guò)程記錄，芯樣存放在芯樣盒內(nèi)，按鉆取先后順序存放，并做好芯樣存放記錄，記錄好混凝土芯樣里程部位、芯樣深度范圍等。

　　(7)對(duì)取芯過(guò)程做好影像資料留存，對(duì)芯樣進(jìn)行封存。(8)鉆芯取樣結(jié)束后，及時(shí)對(duì)鉆孔進(jìn)行注漿恢復(fù)，注漿材料建議用微膨脹混凝土進(jìn)行充填，并振搗密實(shí)，以免因鉆芯引起仰拱結(jié)構(gòu)水壞隱患。2.3便攜式地質(zhì)鉆機(jī)鉆芯法檢測(cè)仰拱質(zhì)量便攜式地質(zhì)鉆機(jī)也稱背包式地質(zhì)鉆機(jī)，便攜式地質(zhì)鉆機(jī)鉆芯檢測(cè)方法是最近才發(fā)展起來(lái)的一種新型檢測(cè)方法，也是非常具有發(fā)展前景的一種鉆芯檢測(cè)方法。其檢測(cè)原理與傳統(tǒng)鉆芯法的檢測(cè)原理基本一致，但相比于傳統(tǒng)鉆芯檢測(cè)方法，便攜式地質(zhì)鉆機(jī)攜帶方便，操作靈活、鉆孔快捷，且自帶汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)需接入外部電源，供水系統(tǒng)有壓力瓶或小型水泵。由于便攜式地質(zhì)鉆機(jī)取出的芯樣直徑目前多數(shù)情況下只有2～3cm，按現(xiàn)行規(guī)范不能進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，因此便攜式地質(zhì)鉆機(jī)取芯僅能檢測(cè)仰拱的厚度和仰拱填充情況。便攜式地質(zhì)鉆機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)取芯工作，見(jiàn)圖10。取出的芯樣，見(jiàn)圖11。

　　3結(jié)語(yǔ)

　　隧道仰拱施工質(zhì)量檢測(cè)方法，應(yīng)根據(jù)檢測(cè)目的選擇一種或幾種:(1)當(dāng)僅需檢測(cè)仰拱厚度時(shí)，可以考慮選取便攜式地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆芯檢測(cè)。(2)當(dāng)需要檢測(cè)仰拱厚度和強(qiáng)度時(shí)，則需要采用傳統(tǒng)地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆芯檢測(cè)。(3)當(dāng)需要檢測(cè)仰拱鋼筋和鋼架情況時(shí)，則需用地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行檢測(cè);不過(guò)地質(zhì)雷達(dá)法在檢測(cè)仰拱鋼筋或鋼架時(shí)，也僅僅能定性判斷出隧道仰拱中鋼筋或鋼架的有無(wú)或大致判斷出鋼筋鋼架的間距，而鋼筋或鋼架的準(zhǔn)確間距由于雷達(dá)分辨率與檢測(cè)深度的這一不可調(diào)和的矛盾難以確定。在應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)隧道仰拱進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，測(cè)線應(yīng)盡量靠近邊墻位置，此位置仰拱填充較薄，可提高檢測(cè)質(zhì)量。(4)仰拱施工質(zhì)量最理想的檢測(cè)方法，應(yīng)該是在仰拱填充之前采用地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行檢測(cè)，這樣不僅可以檢測(cè)仰拱厚度，還可以準(zhǔn)確檢測(cè)仰拱鋼筋、鋼架的間距，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處置，把問(wèn)題解決在下一道工序之前，減少返工帶來(lái)的損失。

　　作者：申付全 單位：四川省大件公路管理處

　　推薦閱讀：《土木建筑工程信息技術(shù)》(季刊)創(chuàng)刊于2009年，是經(jīng)國(guó)家新聞出版總署批準(zhǔn)登記注冊(cè)，由中國(guó)科協(xié)主管、中國(guó)工程圖學(xué)學(xué)會(huì)主辦的國(guó)家一級(jí)刊物，面向國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行。