公路隧道健康状态综合检测技术的分析

彭传甫

(安徽省高速公路试验检测科研中心有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引 言

近几年，公路状态检测工作在行业中已经引起了更多的重视，其隧道健康影响着公路建设价值的发挥。但是由于该项工程的特殊性质，会导致施工期间或是运营期出现一些健康问题。因此，需要相关人员及时针对实际情况，运用有效的检测技术将其影响范围缩小甚至避免，从而保证公路隧道处于健康状态。

1 公路隧道健康检测的目的

隧道在运营过程中，由于受到地质条件恶化，材料退化、地震、火灾、人为因素等影响会发生隧道主体结构的损坏、劣化和失稳等造成事故，严重威胁着隧道的正常运营。若不及时检测和维护，将会导致很大的破坏和坍塌，带来巨大的损失。所以对运营的隧道进行实时的健康检测，经常检查、应急检查、专项检查、定期检测，采集隧道运营管理和养护的数据信息，及时高效地保证隧道主体结构的安全和安全运营必要性。

2 公路隧道结构破损类型

2.1 衬砌裂缝

隧道初支是喷射混凝土，二次衬砌是防水混凝土。在营运隧道的长期使用中，自然风化因素会导致单混凝土出现衬砌裂缝，工作人员应对裂缝产生的原因、裂缝的位置、长度、宽度、深度等因素进行判断。同时工作人员需要特别注意裂缝的延伸性，但是不论凭借哪一项指标来作为判定基础依据，而是要结合实际情况，将这几种重要的指标整合起来进行综合判断。另外，通常情况下，对隧道裂缝问题可以通过探地雷达查找与检测，有利于确定衬砌裂缝情况，通过检测初支、二次衬砌等基本情况达到检测目的[1]。例如，脱空识别、剥落识别等，在公路建设领域应用较广。

2.2 衬砌变形

衬砌变形问题可通过变形量与变形速度进行判断。公路隧道在长期重载负荷下，自身形态会逐渐发生变形的问题，并且衬砌变形面积会越来越大。在高温环境下出现衬砌变形主要原因则很有可能是其稳定性不足的原因导致的。例如，夏季出现衬砌变形，常常是土质发生软化造成的。该问题的检测可通过图像检测法，具有直观准确等多种优势。

2.3 沉降

如果其隧道结构内部的结构材料质量不达标，极容易导致隧道在长期的运营中出现沉降问题，自然风化、水分入侵等因素会加快隧道的老化，并使隧道逐步呈现出沉降的现象。另一方面，隧道结构与地基下陷不能发挥支撑作用，使隧道抓紧下陷。需要注意的，沉降类型的问题相对严重，需要在根本上解决隐患，利用高分辨率相机开展检测工作更加有效。

2.4 其他问题

其他的问题类型通常是衬砌表观的问题，如蜂窝、麻面等。但是这类问题一般对公路隧道的健康没有明显的影响。主要成因是混凝土的强度没有达到标准要求以及渗漏水引发的pH失衡造成的。对于这样的问题，相关工作人员可以通过高密度电阻率的技术完成检测工作，不仅能够保证效率，数据的准确性也较高，能够将隧道的各种问题具体的反映出来。

3 公路隧道结构破损类型

3.1 图像检测

图像检测分为红外成像与激光全息图像两种。红外成像的原理是施工材料之间导热性的不同，通过波长为2.0-1000微米电磁波，结合热敏传感器将各个组成材料的温度以及热传导进行检测，并且通过图像呈现，能够帮助工作人员更好地明确其架构组织。激光全息图像的检测技术重点应放在全息图上，通过将各种有效信息整合与处理，能够得到比较准确的结果。例如，日本株式会社的裂缝检测系统中的线阵CCD可见光成像技术在公路隧道病害的检测工作中发挥了重要的作用，其分辨率可达1 600×1 200，满井电子容量能够保持在40.00e-，而噪声仅在0.1e-/p/s，可以帮助工作人员更好地了解到隧道实际平整度以及裂痕等健康问题，并通过图像的形式生动的反映出来，使得健康检测工作可以更加快捷、准确地完成，以免检测工作影响隧道的正常运营。

3.2 激光检测

运营隧道的检测工作需要尽量减少对隧道结构本身以及交通的影响，而激光检测技术能够很好地满足上述的需求。就目前来看，亚洲地区检测设备的精度可以达到2 073 600像素，检测速度为10～80 km/h。需要注意的是，工作人员需要在开始检测前，充分了解其间的关系，才能保证各种检测方法的顺利运用。例如，德国某公司通过激光成像的技术，进一步地掌握了公路隧道的断面的位置。同时激光成像技术能够反映隧道结构变形、渗漏水、脱落等情况，并且能够在使用的过程中实时将隧道的里程记录下来，在其中配套数据管理系统的辅助下，还能够提出科学的检测措施，从而有效的提升该公司的检测质量与效率。

3.3 地质雷达检测

公路运营隧道规模较大、长度较长，地质雷达检测的应用能够确保大规模检测活动的高效落实，因此在营运隧道的检测工作中被广泛应用。为了了解隧道的破坏情况，可以利用地质雷达检测法，设备结构如图1所示。人们利用广谱1 MHz～2.5 GHz电磁波的反射、折射物理性质，根据电磁波的传播规律，计算所接收电磁波的波形、双程走时等参数，来构建图像剖面，以此帮助工作人员进一步了解隧道结构的实际情况。一般来说，雷达以20～30 m/s的速度发射脉冲，天线行走速度为1 m/s，就需每米设置20～30个检测点，若行走速度为1.5 m/s，则需每米设置15～22个监测点。当隧道结构被破坏时，相应界面中会显示电性出电性差别与反射波[2]。

图1 地质雷达设备图

3.4 超声波检测

在营运隧道中，由于车辆通行的原因，人工检测往往会造成交通障碍，影响隧道运营，而超声波检测主要依靠传感器发挥作用，降低了人为操作对隧道运营的影响，在此过程中，人们需要借助传感器，来收集超声波在传播过程中显示的参数，然后基于此来分析解隧道架构是否受到破坏。例如，通过向公路隧道发出20 000 Hz以上的声波，然后检测声音的变化，能够帮助工作人员判断其脱层等问题，从而有针对性地制定养护措施，保证隧道作用的正常发挥。同时通过传输传播的时间可以判断实际速率，并借此掌握材料的基本性能与内部受损情况。超声波检测具有成本低、操作简单等多种优势，因此使用的范围也较广。

3.5 频谱分析检测

隧道出现沉陷的可能性后在检测之前需要注意以下几点。第一，正式处理前要明确其损害范围以及深度，做到纵横开槽能够和路线中点呈垂直关系。第二，开槽的深度需要根据标注严格遵守。第三，坑槽的清理工作，同时要做到保证其干燥性。第四，在工作进行之前，相关工作人员需要在内壁与底部涂抹粘层油，注意用量不能过多，防止发生分层现象。

根据物理学原理，光波在不同的介质中传播的频率有着较大的差异。由于在隧道中常常会出现一定的冲击构成冲击波，能够借助地面不断地向四周传播，逐渐形成瑞雷面波。当冲击方式以及力度出现转变的情况时，频率随之变化，工作人员则可以利用传感器进行频谱分析检测。一般来说，通过该方式分析得出的结果，频率精度优于0.01 Hz，振幅精度在0.007%以上，而噪声仅为0.2μV。

3.6 其他检测技术

传统的隧道病害检测以人工作业为主，检测速度慢，劳动强度大，危险系数高，不能满足大规模隧道普查的需要。因此，隧道的健康检测运用新的检测技术，提高对病害检测全面性，提高检测效率及精度，对隧道的健康检测数据的采集进行综合分析。因此，还是要在新技术的研发方面加大重视程度，从而进一步提升我国公路工程建设的质量，并为其今后的发展打下良好的基础。

4 结 论

综上所述，公路隧道的健康状态对于保证公路建设的质量，隧道的正常运营状态安全检测，运营隧道的技术状态评定，为隧道的养护工程提供技术资料，运营隧道的数据采集，建立数据库。对隧道的整体性进行综合分析，为今后运营隧道的时间段提供分析的技术资料。因此，相关工作人员要加强重视程度，并且在此基础上根据隧道问题的类型以及检测方法，了解其成因，在需要的时候运用有效的养护措施将问题及时处理，从而为公路建设事业的进一步发展提供保障。