公路隧道二衬厚度检测方法探讨

杨 焜，黄 洋

(中交国通公路工程技术有限公司，河南 南阳 473000)

1 隧道二衬厚度检测的重要性

按照公路工程质量检验评定标准相关规定，全部隧道工程必须在交工验收合格的情况下才能通车运营，隧道二衬厚度为强制指标，且厚度整体合格率超过90%的条件下才能通过验收。目前，在隧道二衬厚度检测中，常用的检测方法包括钻孔法、激光断面仪法、地质雷达法等，钻孔取芯、开挖取样等传统的施工质量检测法具有一定破坏性，对于防水要求较为严格的隧道工程而言影响较大。

地质雷达检测是一种无损、高效、便捷的检测方法，将其用于隧道二衬厚度检测，检测效果比较理想，可达到指导施工的目的。但是隧道二衬混凝土布设双层钢筋网结构的情况下，势必会影响地质雷达检测的准确率。由于钢筋自身具有较大电导率，将会屏蔽掉雷达接受天线获得深层电磁波的反射信号，覆盖住二衬的层位信息。因此，当隧道配置双层钢筋网时，可结合实际情况，采用地质雷达法与钻孔法结合的方法进行检测，从而根据各检测合格率准确计算出隧道整体的二衬厚度。

2 地质雷达法的基本原理

公路探地雷达系统主要组成部分包括主机、天线及配套的软件等。在地质雷达检测中，通过天线发射高频宽带脉冲电磁波，依据电磁波的传播特点，当其接触到不同介点属性的分界面时，将会发生反射，同时，伴随所通过介质的介电特性、几何形态等反射波的路径、电磁场强度等均会随之改变，而接收天线将全部接收这些反射波的变化。随后利用A/D转换卡转换脉冲电磁波信号，转成数字信号并向雷达主机传送，经电脑采集软件向硬盘内保存相关数据信息。最后利用数据处理软件，将反射回波的双程走时、波速、幅度等信息进行处理，获取直观、形象的连续雷达灰度剖面图。按照同相轴或等灰线等，对反射界面的位置、结构物厚度、空洞部位等进行准确判断。

在检测隧道二衬厚度过程中，在混凝土表面粘贴雷达天线并拖动，经天线发射的高频脉冲电磁波进入混凝土内，当电磁波与混凝土内钢筋或脱空部位相遇后，基于材料介电常数的不同，电磁波会发生反射作用，并由天线完全接收，经天线定位系统确定反射体的准确位置。一般来讲，在雷达图上脱空缺陷部位可由反射系数的变换表现出来，不同交界面之间的反射系数可由下公式计算：

其中，交界面之间不同介质的介电常数可由ε1、ε2表示。

若二衬混凝土内存有脱空部位，不管是水或空气，均会和成型后的混凝土介电常数存在较大差异，将大幅增加分界面处的反射波强度，进而可直接在雷达图上找出脱空位置，并获取脱空深度、范围等信息。

3 钻孔法的基本原理

作为一种传统的检测方法，钻孔法适应性强。检测时可在指定位置通过普通冲击钻在与隧道二衬垂直的表面进行钻孔施工，待钻深达到规定要求后，通过高清内窥镜进行孔位内部情况观测，详细检查二衬是否被钻穿，随后用卷尺进而二衬厚度、脱空厚度测定，当二衬孔位底部均匀、整齐，则表明为钻穿；当二衬孔位底部存有松散碎石等情况，则表明已将二衬钻穿。因此，在钻进时，必须合理控制钻孔深度，当接近设计厚度时，应减缓钻进速度，要在保证钻穿二衬混凝土的基础上，还要防止防水板被打穿。

4 工程概况

4.1 案例分析

某隧道工程位于低山地貌区域，隧道出口坡度为40°～50°，为分离式隧道形式，左右线隧道测设线间距约30 m。隧道S-Va、S-Vc、S-Cd级围岩二衬混凝土设有双层钢筋网，526 m为二衬混凝土段落长度，918 m为素混凝土段落长度。在整个长度中，二衬混凝土配有钢筋网段落占总长度的33%左右，纯混凝土二衬段落占66%。基于钢筋网属于导电体，将会对雷达电磁波产生屏蔽左右，因此，若单一采用地质雷达法进行隧道二衬厚度检测，在雷达图像上二衬混凝土内部情况将无法真实显现，基于此，决定采用钻孔法+地质雷达法进行隧道二衬厚度测定。具体施工方案为：按钻孔量测结果统计二衬混凝土段落的厚度，按雷达检测数据统计素混凝土段落厚度。此隧道二衬设计参数如表1所示。

表1 隧道二衬设计参数表

4.2 检测结果分析

当隧道围岩一般，且隧道进出口及其他段落均配置有双层钢筋，在隧道总长度中，配筋总量大于30%，可通过钻孔法检测所有配筋段落。对于未配筋段落，则可采用雷达法检测，随后结合两种方法获取的合格率，利用加权平均法进行计算，公式如下：

其中，隧道二衬厚度总合格率由P表示；雷达检测厚度合格率由P1表示；钻孔检测厚度合格率由P2表示；雷达检测长度由L1表示；钻孔检测代表长度由L2表示。

本隧道工程左右洞配置有钢筋网的二衬混凝土段落为526 m，可按钻孔量测结果统计此段落二衬混凝土的厚度；素混凝土段落为918 m，可按雷达检测数据统计此段落二衬混凝土厚度。结合相关设计标准此隧道配筋二衬厚度实际检测结果如表2所示。

表2 隧道二衬雷达检测厚度统计表

在隧道二衬雷达检测厚度统计当中，左、右洞共设测点550个，合格点数为501个，合格率达到91.1%。具体情况如下。

1)左洞测点共291个，拱顶设97个检测点，合格点数为86个，合格率为88.7%；左拱腰处设97个测点，合格点数为92个，合格率为94.8%；右拱腰处设97个测点，合格点数为90个，合格率为92.8%，整体左洞合格点数为268个，合格率为92.1%。

2)洞测点共259个，其中拱顶设87个检测点，合格点数为71个，合格率为81.6%；左拱腰处设85个测点，合格点数为80个，合格率为94.1%；右拱腰处设87个测点，合格点数为82个，合格率为94.3%，整体右洞合格点数为233个，合格率为90.0%。

根据检测规定，本工程二衬钻孔抽检测区为22个，拱顶实测厚度(h)≥0.85d，不合格测区为0，表明此隧道配筋二衬厚度合格率为100%。

根据上述加权平均法进行计算，可得出隧道二衬混凝土厚度的整体合格率如下：

(526×100%+918×91.1%)/(526+918)=94.3%

最终可得，隧道二衬混凝土厚度检测合格率为94.3%。

5 结语

结合工程实例，阐述了隧道工程二衬厚度检测的主要方法，地质雷达法是一种高效、快速、便捷的检测方式，但在隧道二衬配置双层钢筋网结构的情况下，势必会影响地质雷达检测的准确率。因此，本文综合多种因素考虑，提出针对隧道不同段落实际情况，采用不同的检测方法，即隧道工程左右洞配置有钢筋网的二衬混凝土段落按钻孔量测结果统计分析，素混凝土段落按雷达检测数据统计分析。最后根据两种检测合格率最终计算出隧道二衬厚度整体合格率。经研究发现，这种检测方法更高效、快速、准确。