隧道结构检测现状及发展

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)

隧道结构检测现状及发展

张竞奇

(重庆交通大学土木工程学院重庆400074)

隧道结构安全是隧道的运营安全的前提，我国要实现从“交通大国”到“交通强国”的发展，离不开结构检测技术的提高与发展，本文介绍了交通运营隧道目前应用的主要检测技术及评价方法，分析了工作中存在的问题，梳理了今后的隧道结构检测的发展方向。

隧道；结构检测技术；发展方向

一、引言

随着越来越多的隧道的建设和运营，截至2014年，我国已建成12404座/10756.7公里公路隧道；又据国家规划预测，未来其规模仍将持续增加。因此，我国公路隧道将面临长期、繁重、艰巨的养护任务。近年来，虽然我国发布了最新的公路隧道养护技术规范，公路隧道养护工程技术和管理技术也取得了长足进步，但交通的安全性和舒适性也需要相应的检测来提供可靠的支撑和保障。因此对隧道结构的检测和维护工作也将大大增加。

二、隧道结构检测评定方法

如何对运营隧道衬砌结构技术状况进行系统评定，全方位评价隧道结构的健康状态，绝不能仅仅停留在经验法之上，国内外许多专家都对此进行了研究。如，S.W.Park提出了缺陷指标法，将隧道衬砌结构技术评定划分为5级；国内罗鑫等也有建立模糊综合评价模型评价隧道衬砌质量的方法，杨建国等通过物元理论、信息熵理论等建立的熵权元评估模型，刘鹏举等利用遗传算法和BP神经网络相结合的方法，建立隧道结构安全评估模型[1]。我国铁道部门对既有隧道先后制定了《铁路桥隧建筑物劣化评定标准》、《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》和《铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定》，等针对铁路隧道病害进行了分类与分级，给出了病害劣化标准、等级评定方法和判定标准。交通运输部也发布了《公路隧道养护技术规范》JTGH12-2015，对土建结构技术状况评定，养护分级方法做了具体科学的评定。

三、隧道结构检测技术

目前运营隧道结构的检测，从总体上讲，不外乎是人工目测和通过检测仪器两种。目前来看，在我国隧道检测领域人工目测、人工记录对于隧道外观(裂缝及渗漏水)等方面检测还属于主要方法。通过仪器检测又可以分为接触式和非接触式两种，主要依据是否接触检测对象来分类。

根据隧道结构的特点可以分为衬砌裂缝、衬砌背后缺陷、衬砌厚度、衬砌强度、钢筋锈蚀、保护层厚度、衬砌变位、衬砌起层剥落及渗漏水等9项指标。

1.衬砌强度、钢筋锈蚀、保护层厚度等通过回弹仪、超声脉冲等方法已经比较成熟。2.衬砌背后缺陷、衬砌厚度等物理性混凝土缺陷，在实际操作中包括地探雷达扫描、红外线热成像检测等。其中，地质雷达扫描目前属于实际应用中的主要方法，其可靠性与便捷性被广大检测从业人员认可，关于其科研工作也属于当下热点。3.对于衬砌变位的检测，主要有水准检测、全站仪检测和传感器检测3种方法。4.隧道内轮廓变形检测方法包括激光扫描、近景摄影检测、全站仪检测、传感器检测等。其中，全站仪检测法为传统方法方便使用；断面仪渐渐在市场中成为主流方法；近景摄影检测法和激光扫描检测法的检测发展速度迅猛，其中激光扫描检测已经可以做到实时扫描，实时建模，实时分析，在内轮廓检测方面优势明显。5.隧道结构表观检测主要包括裂缝、混凝土破损、渗漏水、衬砌起层剥落和接头张开等。主要通过人工目测、激光扫描、近景摄影检测等；对于渗漏水的检测，除上述结构表观病害常用的手段外，又有红外线热成像检测和智能摄像检测，红外线热成像可以快速检测隧道，智能摄像检测可以针对重点病害长期检测。[2]

但我国大部分地区一直以来以人工检测为隧道结构检测的主要方法。但随着隧道运营里程的发展，人工检测方法已不能满足隧道的检测要求，存在效率低，可靠性不足，检测人员存在安全风险，影响交通通行等诸多问题。在实际工作中，通过激光扫描车20分钟采集的表观裂缝数据，人工需要2-3个工日才能完成。因此为了适应隧道的建设和发展，非常需要研制快速高效的隧道病害检测系统，实现隧道病害检测的高效、准确。

四、隧道结构检测工作需求

1.检测混凝土材料强度，能够确定不同部位的强度指标，并对不同部位材料强度与结构稳定性、安全性的关系进行识别判断。

2.检测混凝土缺陷，能够确定空洞、断层(桩)、裂缝、结合面不密实等不同缺陷的类型及其位置。其中，重点推动隧道建设与养护智慧化技术的发展，收集记录大量建设及检测数据，建立数据库，进行大数据分析，从而促进隧道建设技术的发展；重点推动隧道快速无损检测技术，应用和发展不(少)妨碍隧道交通的病害快速检测技术或新型检测技术。目前国内隧道衬砌地质雷达检测仍处于人工手持地质雷达天线密贴衬砌表面的接触式检测阶段，检测速度较低，一般为3～5km/h。关于非接触式地质雷达检测的科研工作在快速发展，国内外已经有厂商和高校公布了相关成果，但是目前市面上，隧道衬砌的地质雷达非接触式还未应用。

3.对重点隐患或重大病害地段开展长期检测自动化技术研究与示范推广，重视隧道自动化监测技术研究，对重点区段进行实时长期监测，进而为实时智能预警和主动安全防控提供支撑。

4.对于隧道表观病害检测，整合国内技术资源，加强国产化检测车研发力度，满足国内隧道检测需求，并追踪国际先进研究领域，在条件许可的情况下，进行现场试验。

5.针对隧道多发渗水问题，在传统“防、堵、截”水技术的基础上，加强富水地层准确定位及快速处治关键技术。

6.发展服役于隧道智能养护系统的隧道日常巡查装备技术，针对目前隧道长期维护人员巡检不方便，巡检工作形式化等特点，适时发展服役于隧道智能养护系统的隧道日常巡查装备技术，提高检测手段的机械化，减少人力投入。

在不断提高隧道裂缝和渗漏水等结构表观病害或缺陷的检测技术的基础上，还应积极开展对隧道内潜在掉块、路面缺陷、照明质量以及衬砌厚度不足、衬砌背后空洞等影响隧道运营安全的多维度集成检测技术研发与应用。

还应大力推行和实施机械化、快速化以及无损的养护和检测手段，例如日本上世纪80年代就已开发并使用能自动清洗衬砌外表和灯具等的多功能车，我国率先引进的基于红外和激光的多功能隧道三维扫描车也系引自德国。

五、结语

我国应推动技术资源的整合，开展对隧道内潜在掉块、路面缺陷、照明质量以及衬砌厚度不足、衬砌背后空洞等影响隧道运营安全的多维度集成检测技术研发与应用。开展隧道结构健康状态长期监测技术的研究，利用摄像技术、计算机技术以及网络技术的发展，实现重点区段的智能监控，云端处理，全天候保障。发展和完善隧道建设与养护智慧化技术，利用计算机大数据技术，掌握庞大建设及检测的数据信息，并且对这些含有意义的数据进行专业化处理，从而反向优化设计，提高隧道建设水平，从源头上减少后期养护消耗。发展服役于隧道智能养护系统的隧道日常巡查装备技术，针对目前隧道长期维护人员巡检不方便，巡检工作形式化等特点，适时发展服役于隧道智能养护系统的隧道日常巡查装备技术，提高检测手段的机械化，减少人力投入。

[1]张素磊.运营隧道衬砌结构技术状况的评定方法研究[J].北京交通大学学报，2013，37(4):20-23.

[2]王婷.上海轨交隧道结构检测技术探析[J].地下工程与隧道,2014，1:17-19

张竞奇(1992-)，男，河南安阳人，在读研究生，研究方向隧道及地下工程健康诊断。