公路隧道衬砌裂缝快速检测描述及运用探讨

李汶洋

（四川川高工程技术咨询有限责任公司，四川 成都 610000）

0 引言

随着我国经济的发展，隧道的数量逐年增加。隧道的数量越多，隧道的运营管理责任越大。由于公路建设技术的提升，隧道运营及养护水平与现在的交通技术较为匹配。隧道的数量增多，隧道的检测技术要求也在提高，但现阶段的隧道检测，还是主要以人为为主，配合一些检测设备仪器，而检测设备及工具、检测结果描述不能够满足检测需求。同时人为检测时间较长，对运营管理的隧道交通压力较大，隧道检测过程的规范急需建立［1-2］。

图像技术的发展，各种隧道病害的识别算法运用如：小波能量谱、压缩感知理论算法［3］进行隧道病害检测评估，三维激光扫描技术用于地铁隧道渗漏水检测［4］，多尺度算法检测隧道裂缝渗漏水的运用［5］，以及采用分层综合评定与隧道单项控制指标相结合的方法建立了 公路隧道技术状况评定方法［6］等。JTG H12－2015《公路隧道养护技术规范》中隧道病害的描述多限于范围，无较为准确的量性标准。隧道的裂缝描述尤为突出，导致不同机构及不同人员对隧道的检测数据认识结果不一致，限制检测数据的运用及隧道的管理品质提升。

1 传统检测裂缝特点

1.1 检测条件限制隧道检测的全面性

隧道结构是个条状半圆形结构，2 车道高度达 7 m，就需要采用其他设备进行配合检测。例如，高空作业车、脚手架、照明手电等。由于手电照明的范围有限，人为的检测速度缓慢，检测的结果无法整体覆盖隧道衬砌病害与位置；同时，由于隧道处于运营状态，不可能进行过长时间的封道；各方面综合结果下，隧道的检测结果更多的是边墙的体现，检测覆盖不够全面，直接影响隧道结构安全评价。

1.2 检测结果描述不一致

JTG H12－2015《公路隧道养护技术规范》是公路隧道检测依据的规范和详细的作业指导书。但其所谓的“详细”主要体现在：检测分项（土建、机电、其他）、检测的内容、经验因素的分值评价体系。

规范在附录中对一些指标进行了定量评价，但还是存在明显的不足，例如：裂缝仅有水平方向的裂缝或剪断方向裂缝，或横向裂缝，不能够完全定性进行裂缝描述——斜向，网状，或枝丫形的裂缝，这在实际检测中描述出现了困难。同时公路水运工程试验检测综合甲级或桥隧专项机构对各种病害的描述不一致，不同公司之间存在技术壁垒。如表 1～ 3 所示是某机构的检测结果描述。

不同机构隧道的描述不一致，导致隧道运营管理者在数据的运用上存在选择的困难，不利于数据的综合运用。

表 1 《规范》上隧道病害描述

表2 某检测机构隧道病害描述

1.3 运营公司对隧道的管理

隧道运营管理公司在选择检测公司对根据不同阶段会有不同要求，因此选择的隧道检测的公司也会不同；隧道运营公司会根据隧道壁表面风化程度，对隧道进行装饰，装饰后的隧道一些病害会被隐藏，影响之后的检测结果与判断。

1.4 检测结果的运用

检测的目的是陈述事实，并在事实的基础上进行判断。而现阶段的检测是以人为检测为主，陈述的事实过程存在人为的描述与判断。而影响人为判断的因素有三个方面：第一，人的知识；第二，人的经验与认识；第三，对作业指导规范的理解。检测结果不同人的理解会存在差异性：比如，边墙高度、拱腰位置，纵向裂缝是水平直线，渗漏水状态等等，这些参数都将影响到隧道结构安全的整体判断。

隧道检测结果可信度的因素：检测机构、运营管理、人为因素。即便是这些因素不考虑，检测结果运用也需要考虑检测结果的准确性。只有具备将各个因素的影响降低到最小，检测结果的价值才能发挥最大。

表3 某检测机构隧道病害描述

2 检测的项目及其参数

JTG H12－2015《公路隧道养护技术规范》中规定的检测项目分为三大块及占比：土建 60 %、机电35 %、其他 5 %，因此隧道基本检测主要是以土建结构检测为主。

土建结构检测分为 9 部分及比例：洞口 15 %、洞门5 %、衬砌（衬砌破损及渗漏水）40 %、检修道 2 %、排水设施 6 %、路面 15 %、内装饰 2 %、交通标志 5 %、吊顶及预埋件 10 %。隧道检测以衬砌对结构安全影响较大。而隧道衬砌检测中破损检测对隧道安全影响比较直接。因此如何在检测过程中真实准确地描述隧道的破损显得尤为重要。

隧道衬砌的破损描述主要是描述隧道的衬砌裂缝。从各个检测单位的检测报告中可看出裂缝的描述主要采用两个参数：裂缝长度及宽度，而裂缝深度在现阶段的实际工作中不易进行操作。

3 隧道裂缝快速检测及描述数字模型

3.1 快速检测概述

隧道的快速检测发展比较成熟，国外的德国 TS 3 和日本 MIMM 隧道检测车，国内的北京雷德华澳、武汉卓越科技 TFS 等，在裂缝检测方面各具有特点。但基本原理是：采用高速高清摄像机对隧道衬砌表面进行照相，通过图像拼接技术拼接完整隧道衬砌，然后采用图像识别技术，识别裂缝、衬渗漏水等隧道病害。

通过上面的描述，如果裂缝的描述无法确定其准确的位置，无法描述隧道裂缝的准确形态，将导致检测数据使用存在不足。因此，裂缝描述需要建立一种统一的描述方式。

3.2 快速检测的裂缝描述

对高速公路二车道隧道衬砌内轮廓线的初步分析，隧道的内轮廓线长度约为 20 m，因此将隧道内轮廓线在隧道轴线方向上展开，形成坐标系以方便隧道裂缝描述。

3.2.1 坐标系定义及特点

1）隧道洞口拱顶与轴线相交位置定义为零点或原点；

2）隧道的轴向定义为 X 轴，车辆行驶方向为正方向；

3）垂直于 X 轴为 Y 轴，以面对隧道行车方向，垂直于左手为正向，反之为负向；

4）隧道裂缝长度、宽度：L、W。

3.2.2 注意事项

1）隧道的台车模板长度一般为 10 m 长度，施工缝间断为 10 m；

2）隧道的单条裂缝长度：纵向裂缝长度不超过 10 m、环向裂缝长度不超过 20 m；

3）隧道的裂缝宽度值 W 表示该条缝宽度最大值：0～Wmax；

有限元理论：将曲线形的裂缝划分成有限的线段，采用有限元理论，进行裂缝统计。

3.3 实例介绍

以某隧道为例，形成坐标系进行数据表示（见图 1）。

图1 隧道衬砌及裂缝展布图

3.3.1 裂缝描述

a.裂缝 1——环向裂缝 L（A0A1）=（X0，Y0；X1，Y1），其中 X0=X1；

通过坐标系转换为长度：

简单描述：桩号 Kxx+00XA0，长度 L（A0A1）=|Y0-Y1|，裂缝宽度为 WA，与轴线夹角 90°；

b.裂缝 3——纵向裂缝 L（D0D1）=（X0，Y0；X1，Y1），其中 Y0=Y1；

通过坐标系转换为长度：

简单描述：桩号 Kxx+00XD0～Kxx+00XD1，长度 L（D0D1）=|X0-X1|，裂缝宽度为 WD，与轴线夹角 0°；

c.裂缝 2——斜向裂缝 L（B0B1）=（X0，Y0；X1，Y1）；

通过坐标系转换为长度：

3.3.2 裂缝统计

将裂缝统计如表 4 所示。

3.3.3 数据的运用

隧道裂缝的准确描述，其运用可从以下方面考虑：

1）建立检测数据库：隧道裂缝的位置准确的描述，可运用到检测数据库的建立，在数据库中对比隧道裂缝随时间的发展情况，指导养护决策及工作开展；

2）规范养护工作：可验证检测机构的数据结果，积累的检测数据，可在大数据下进行数据归类形成养护规范，规范养护工作；

表4 裂缝统计表

3）指导在建或规划隧道工作：检测数据的积累，通过对比设计施工过程，反馈其中的不足，从而优化规划、设计、在建隧道的管理工作；

4）通过坐标形式表示裂缝长度，将长度分解到 X（隧道行车方向）、Y（垂直于行车方向，隧道环向）方向，通过裂缝宽度、分解的长度，按照段落进行病害评定。

4 结语

按照规范的要求，运营隧道的检测工作几乎每年都有一次，通过将数据的准确描述，可将隧道的部分检测工作弱化，或者加强某方面的检测工作。同时将检测数据的效益最大化，指导隧道的运营管理，减少检测对交通的干扰，减少结构安全对交通的影响，规范化管理、数字化管理，实现交通安全运营。