浅谈公路隧道监测项目和测点的选择

2014-03-07刘本富

黑龙江交通科技 2014年4期

关键词：测区测点断面

刘本富

(贵州桥梁岩土工程有限公司)

浅谈公路隧道监测项目和测点的选择

刘本富

(贵州桥梁岩土工程有限公司)

隧道监测是隧道施工的重要内容之一，是隧道施工的一个必不可少的重要环节。快速、准确地进行现场监控测量和反馈，是隧道施工的关键。隧道质量监测，是在隧道施工的各个阶段，采用相应的监测设备和技术手段对隧道施工的各种参数进行监测，以便及早发现存在的问题和缺陷。保证工程质量是建设者们的基本责任，因此监测技术作为质量管理的重要手段越来越为人们所重视。主要阐述了思剑公路五星岭Ⅰ号隧道监测项目以及测点的选择。

隧道;监测;二次衬砌;雷达;测点

1 工程概况

思剑公路五星岭Ⅰ号隧道为双洞单向交通隧道，左右洞测设线间距13.6～21.6 m，剑河段属分离式隧道。隧道里程桩号为ZK110+654～ZK111+490，全长836 m，YK110+655 ～YK111+480，全长825 m，建筑限界净宽10.25 m，限界高度5 m，设计速度为80 km/h，荷载等级:公路－Ⅰ级，地震设防烈度小于Ⅵ度。本工程主要对思剑公路五星岭Ⅰ号隧道二衬施工质量监测。

2 监测方法及精度要求

(1)二次衬砌混凝土内部缺陷分布及与初期支护接触情况监测:采用电磁波法(地质雷达)进行监测，主要对拱顶、拱腰和边墙布置5条测线进行监测，误差小于5 cm。

(2)二次衬砌混凝土厚度监测:采用电磁波法(地质雷达)进行监测，主要对拱顶、拱腰和边墙布置5条测线进行监测，监测精度1 mm。

(3)隧道二衬混凝土强度监测:采用超声回弹综合法监测，对拱顶、拱腰、边墙五个部位进行监测，每10 m一个断面，每10 m为一强度评定段，每段10个测区，误差小于0.5 MPa。

(4)隧道超欠挖断面监测:每个断面布置15个测点，量测时激光断面仪器架设于隧道中线，采用等角测量，各测点间距一致，每20 m一个断面。

3 测线、测点分布及现场技术

监测依据“系统检查、重点突出”的原则进行。系统监测是在隧道的四周布置与隧道轴线平行或垂直的测线或断面，对涉及隧道监测的内容进行系统检查。雷达测试时重点监测了拱顶、拱腰和边墙位置;超声回弹综合法则尽量离散布点，使监测数据更具代表性;各方法测线及测点布置见表1。

表1 监测项目、方法、仪器及测线点布置

4 监测方法及技术

4.1地质雷达监测

所谓雷达地质监测技术指的是对高频电磁波进行利用，并且以宽频带短脉冲的形式，从地面，并且以天线为传输手段将电磁波传输到地下，再经过地下物体的反射传送到地面，被另外一个天线接受的技术。此时，可以将脉冲波传输的时间用T进行表示。如果一直地下反射物体的脉冲波的速度，那么就可以根据T来对反射体的深度进行计算和确定。雷达系统的基本部分如图1。

图1 雷达系统的基本部分

雷达在进行监测的过程中，如果遇到物体的地质条件比较好的话，那么就可以将雷达监测到的情况进行清晰的记录，同时记录的情况也很容易进行解释。但是如果遇到的物体地质条件比较恶劣，那么雷达在接受的信号中，不仅存在有效信号，也存在其他信号的干扰，干扰的信号主要包括一些金属物体、电缆等，通常来说，产生的干扰的信号波都是呈现比较特殊的形状，所以在记录下来的波中能够很容易的将其辨认出来。

在本次雷达监测工程中，采用的天线为800 MHz屏蔽天线，以此天线来对隧道二次衬砌的内部的情况以及初期支护的情况进行有效的检测。

在雷达对混凝土缺陷的相关情况进行监测时，根据反射波初始相位判断反射面特性。当反射波与入射波反相位，且反射信号能量较强，可判断为混凝土存在空洞，如果能量相对较弱，可判断为混凝土胶结不密实;当反射波与入射波同相位，且信号较弱，可判断为混凝土无缺陷。该部分功能由雷达软件的褶积和反褶积处理来进行。

4.2 二次衬砌混凝土强度监测

4.2.1 超声回弹综合法监测混凝土强度

超声回弹综合法监测混凝土强度是我国目前使用较广的一种混凝土强度非破损监测方法。采用测区回弹值和声波波速综合确定混凝土抗压强度，它较之单一的超声和回弹非破损监测方法具有精度高，适用范围广的优点。

本次采用的声波仪是中科院武汉岩土研究所研制RSMSY5NV2型数值超声监测仪，回弹仪采用的是瑞士 DIGI2000型数值回弹仪。

监测时采用声波仪和回弹仪，对隧道拱顶、拱腰、边墙不同部位进行监测，每20 m为一强度评定段。监测时，回弹测点在所监测段内均匀分布，相邻两测点的净距不小于30 mm，每测区采取16个回弹值，从该测区的16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，然后将余下的10个回弹值按以下公式计算

式中:Rm为测区平均回弹值，计算至0.1;Ri为第i测点的回弹值。

在每个测试断面回弹有五个测区(每个测区规格20 cm×20 cm)，测区布置在拱墙上端，监测时回弹仪处于水平状态的测区只进行测试面修正，处于非水平状态的先进行角度修正后，再进行测试面修正，超声监测采用平测法，在相应的回弹测区中布置3个测点。固定发射换能器，接收换能器移动，点距为10 cm、20 cm、30 cm。另外，在隧道中声波测试不具备对测与平测的对比条件，所以选取具有代表性的部位，以测距 L=200 mm、250 mm、300 mm、350 mm、400 mm、450 mm、500 mm，逐点测读相应的声时值t，用回归分析方法求出直线方程l=a+bt。以回归系数b代替对测声速vd，求取修正系数λ(λ=vd/vp，vp为平测声速)对平测声速进行修正。平测时，修正后的混凝土中声速代表值应按下列公式计算

式中:Va为修正后平测时混凝土中声速代表值，(km/s);Li为平测第i个测点的超声测距，mm;ti为平测第i个测点的声时读数，us;λ为平测声速修正系数。

4.3 隧道二衬轮廓断面的超、欠挖监测

隧道超欠挖断面监测时，每个断面布置15个测点，量测时激光断面仪器架设于隧道中线，采用等角测量，各测点间距一致。本次测量为二衬后隧道净空断面。

5 监测成果

5.1 隧道混凝土二衬内部缺陷分布及与初期支护接触情况监测

所检隧道640 m(左洞320 m、右洞320 m)衬砌段内，未发现衬砌或围岩缺陷。

5.2 隧道衬砌混凝土强度监测

5.2.1 超声回弹综合法监测混凝土强度

现场监测时，所检段内采用了超声回弹综合法。为使监测数据更具代表性，监测时，在所检段内，尽量离散布置测点。在所检400个测区中，推定抗压强度最大值为31.1 MPa，达到设计强度C25的124.4%，最小值为 25.0 MPa，达到设计强度 C25的100%。

5.3 隧道初期支护喷射混凝土厚度监测

结果表明:各段各测线厚度最小值在0.337～0.614 m，平均厚度值在 0.387 ～0.712 m，均方差在 0.009 ～0.074 m范围内，所检段五条测线二次模筑混凝土平均厚度基本上均满足或接近设计厚度，说明所检段二次模筑混凝土平均厚度基本上达到设计要求。但局部区域存在厚度不足之问题，系原状围岩开挖断面控制较差所致。