激光断面仪在隧道初衬质量检测中的应用

彭 飞

0 引言

随着高速公路建设的快速发展,新建公路隧道的规模、数量逐年递增,同时在运营过程中暴露出来的隧道病害也急剧增加。隧道初衬作为隧道的主要受力结构,对隧道的安全运营起非常重要的作用,而隧道施工受诸多因素影响,初衬开挖轮廓欠挖导致限界受侵等工程质量问题,为及时发现初支开挖轮廓的质量问题,需采用一种全面快速的无损检测方法来解决。因传统的检测方法已无法满足实际工程的需要,隧道激光断面仪作为一种新的无损检测方法,以操作简便、准确率高、图像直观在近年来的隧道质量检测中得到了广泛的应用。

1 检测原理

隧道激光断面仪的测量原理:以某物理方向(如水平方向)为起算方向,按一定间距(角度或距离)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,将这些矢径端点依次相连即可获得实际开挖的轮廓线。通过洞内的施工控制导线可以获得断面仪的定点定向数据,在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,最后形成如图1所示的输出图形,并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)[1]。其主要技术指标:自动检测2 min～3 min一个断面。测距精度优于±1.0 mm;测角精度优于0.1°,可连续测量前后方断面。隧道激光断面仪工作原理见图2。

2 应用实例

2.1 检测及评价的标准和规范

隧道允许超挖值见表1。

表1 隧道允许超挖值 mm

根据JTG F80/1-2004公路工程质量检验评定标准的规定:当石质坚硬完整且岩石抗压强度大于30 MPa并确认不影响衬砌结构稳定和强度时,允许岩石个别凸出部分(每 1 m2不大于0.1 m2);凸入衬砌断面,锚喷支护时凸入不大于30 mm,衬砌时不大于50 mm,拱脚、墙脚以上1 m内严禁欠挖[3]。

2.2 检测实例

采用BJSD-3型隧道激光断面仪对杨眉堡隧道左线(ZK15+551～ZK15+260)及右线(YK15+680～YK15+860)段进行初支轮廓检测,进而了解隧道开挖及初支轮廓情况。左线开挖揭露围岩主要为泥质粉砂岩夹泥岩,岩体较破碎,中薄层状结构,隧道自稳性较差,易发生松动变形,易塌方,围岩级别为Ⅳ级;右线开挖揭露围岩主要为泥质粉砂岩,岩体较完整,围岩级别为Ⅲ级。

2.3 检测结果及分析

杨眉堡隧道初支轮廓线尺寸检测成果见表2。

表2 杨眉堡隧道初支轮廓线尺寸检测成果表

通过以上分析,可以得到隧道的开挖情况:

1)ZK15+515断面墙腰部位局部欠挖较严重外其余地方均无超、欠挖;YK15+840断面拱部超挖较严重外其余地方均无超、欠挖。

2)隧道开挖断面整体向右有少许偏移。

3)通过标准断面(隧道设计净空)与扫描隧道净空断面对比,可以得出隧道净空是否符合设计要求,对不满足设计要求的在施工中加以调整,这样为将来隧道净空验收提供有力的质量保障。

4)对隧道初支轮廓扫描图、隧道净空轮廓扫描图进行对比,综合研究分析,可以得出隧道实际开挖方量、衬砌厚度,为隧道每道工序施工质量提供依据。

3 结语

对于检测出质量存在问题的地方,在贵阳市环城高速南环线总监办的严格管理下,基于“发现一处,处理一处”的原则,均进行修复处理,并对处理后的不合格部位进行复检,确保了贵阳环城高速公路南环线隧道施工质量。通过以上分析,得到如下结论:

1)开挖是隧道施工工期和造价的关键工序,超挖不仅因为出碴量及衬砌量增多而提高工程造价,还因为局部超挖产生应力集中问题而直接影响围岩稳定性。欠挖则直接影响衬砌厚度,对于工程质量和安全产生隐患。研究表明,超欠挖控制对隧道结构的可靠度及经济效益有着重要的影响。

2)隧道初衬是新奥法修建隧道的主要承重结构,对其进行施工质量检测十分重要,利用隧道激光断面仪对隧道初衬检测是能够实现的。

3)隧道激光断面仪在施工过程中能够快速而直接地反映隧道开挖断面和支护断面,真实体现隧道超、欠挖情况,并分析其原因,在施工中及时调整施工加以处理。

4)熟练掌握和利用隧道激光断面仪可以节约施工成本和提高施工质量,是现代隧道施工中重要的检测工具,值得推广。

[1]陈建勋.公路工程试验检测人员考试用书——隧道[M].北京:人民交通出版社,2010:5.

[2]张仁瑜.建筑工程质量检测新技术[M].北京:中国计划出版社,2001:1.

[3]JTG F80/1-2004,公路工程质量检验评定标准[S].

[4]王 超,仵 涛,韩 剑.激光断面仪在隧道开挖与初期支护中的应用[J].山西建筑,2008,34(5):313-314.