无损检测技术在隧道工程测量施工中的应用

2020-11-25赵佳楠

中国设备工程 2020年22期

赵佳楠

（中铁一局集团有限公司广州分公司，广东广州 511492）

隧道的结构状况及其耐久性能直接反应隧道施工技术状况，由于隧道工程工序复杂，隧道结构的耐久性能会受到多种不确定因素影响，出于对隧道工程的质量保障，在隧道工程施工完成后需要利用技术和方法对其进行检测，目前，隧道施工质量测量已经成为隧道工程施工过程中一项重要测量程序。隧道工程测量主要是对隧道外观、结构强度以及裂缝状况等检测，当随后测量项目均达到检测标准后，说明隧道工程施工质量达标，如果发现任何一个测量项目不符合标准，则需要重新施工或者采取一些补救措施。检测技术在隧道工程测量施工中应用虽然可以保证隧道施工质量，但是，检测技术在应用过程中也会对原本隧道结构造成一定的损伤，不能最大程度保证隧道施工质量，因此，隧道工程测量施工成为公路隧道建筑行业继续解决的难题。2004年，H.J.Gim、Roddins等人在对不同种类的隧道工程测量施工中应用了电磁波无损检测技术，测量结果与传统测量技术相比精度大致相同，但是，在测量施工过程中没有对隧道结构产生任何伤害，之后无损检测技术逐渐被广泛应用到隧道工程测量施工中。无损检测技术的应用能够保证隧道质量，为此提出无损检测技术在隧道工程测量施工中的应用。

1 无损检测技术在隧道工程测量施工中的应用

1．1 无损检测技术在隧道裂缝测量施工中的应用

将电磁波发射器作为电磁波信号源，利用波导杆将电磁波信号传递到隧道裂缝测量区域，以无线传感器作为信号接收装置，采集到隧道裂缝电磁波信号。根据隧道施工环境以及被测电磁波发射源频率范围选择一款合适的无线传感器，由于隧道裂缝扩展产生的电磁波信号主要能力集中在168～223kHz频段范围内，电磁波信号的峰值频率基本在210kHz左右，因此以型号为DIBO-FO上引线传感器作为电磁波信号接收装置，其工作参数设置如表1所示。

无线传感器安装完后还要选择一个合适的波导杆，波导杆的选取需要考虑隧道工程测量施工环境，目前，用于隧道工程测量施工的波导杆直径为41.5mm，钢材厚度为10.55mm的16号圆钢作为波导杆的母材，波导杆的长度还需要结合具体测量施工需求，通常在300～500mm。利用固定装置将传感器与波导杆固定在测量范围内，然后，电磁波发射器开关对隧道裂纹信号进行采集。

表1 隧道裂缝信号采集参数表

在电磁波信号采集过程中，如果周围存在电缆、高压电线等其它金属介质，会干扰信号采集，使采集的电磁波信号为连续性发生信号，此时，采集到的发射参数对裂纹检验没有任何意义，因此，需要对采集到的电磁波信号进行处理，将无用信号进行删除。采用转换法对无线传感器采集到的电磁波信号进行处理，首先，将采集到的电磁波信号进行分解，分解成各个频段的信号，得到各个频段的电磁波能量，然后，选取一定频段信号进行信号重组，重组后的信号噪声值较小。将处理后的电磁波信号以相同长度分成两份，将信号长度设定为2t，假设前半部分电磁波信号为a，后半部分电磁波信号为b，从而得到相关系数ρ，其计算公式如下所示:

式中，n为采集的电磁波信号总数量；ν为前半部分电磁波信号数量；υ为后半部分电磁波信号数量。如果计算的相关系数ρ值大于0，说明隧道该区域存在裂缝；如果计算的相关系数ρ值小于0，说明隧道该区域不存在裂缝，以此实现无损检测技术在隧道裂缝测量施工中的应用。

1．2 无损检测技术在隧道支护结构测量施工中的应用

无损检测技术在隧道支护结构测量施工中的应用主要是检测锚杆的力学状态。在测量施工前，要对锚杆端头磨平，利用隧道工程锚杆无损检测仪器以激振的方式向锚杆发射应力波，在待测锚杆端头安装一个检波器来接收锚杆体系内反射回来的反射波，激振装置和接受装置如图1所示。

检波器接收反射波的频率宽度设置为500Hz～12kHz，为了提高施工进度，采用插入分析法利用六个通道同时进行信号采集，差插入分析法可以有效抑制外界交流干扰，可以节省信号处理程序。通过识别到的应力波信号计算出隧道锚杆自由段的长度，其计算公式如下：

图1 激振装置与接收装置外观图

式中，L为隧道锚杆自由段长度；K为隧道锚固段上界面反射波信号所旅行的时间；S为应力波在自由锚杆中传播速度。利用上述公式计算出锚杆自由段长度，如果得到的锚杆自由段长度超过锚杆整体长度的1/3，则说明隧道该锚杆将不会起到支护作用，需要重新进行支护施工；如果得到的锚杆自由段长度小于锚杆整体长度的1/3，说明隧道该锚杆施工质量达标。通过以上无损检测技术对隧道裂纹以及支护结构的检测分析，实现无损检测技术在隧道工程测量施工中的应用研究。