隧道施工中的地質(zhì)、水文情況復(fù)雜，不可預(yù)見因素較多，且其主體部分為隱蔽工程，工程質(zhì)量檢測(cè)較為困難。襯砌施工質(zhì)量的檢測(cè)是隧道工程質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。襯砌施工完成后，以常規(guī)手段無(wú)法進(jìn)行檢驗(yàn)，開挖檢測(cè)又會(huì)對(duì)防水、支護(hù)系統(tǒng)造成損傷。探地雷達(dá)可以透視隧道襯砌與巖層，測(cè)出施工質(zhì)量檢驗(yàn)所需的數(shù)據(jù)。目前，該項(xiàng)技術(shù)在一些隧道工程中進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，取得了較為理想的效果。
一、隧道襯砌施工中最為常見的質(zhì)量缺陷
１．空洞。一是在開挖中，由于發(fā)生超挖、洞頂洞壁塌落等問(wèn)題，造成圍巖表面的凹陷。按規(guī)定應(yīng)以混凝土進(jìn)行回填，但有時(shí)施工單位為了節(jié)省材料和人工，用片石、竹片等填塞，表面再噴以噴射混凝土，由于回填不密實(shí)而形成空洞。二是在二次襯砌模筑混凝土施工時(shí)，由于初襯表面凸凹不平和防水板不密貼的影響，會(huì)形成空洞。尤其在拱頂部位，由于混凝土在澆筑中振搗坍落，往往容易出現(xiàn)空洞?？斩吹某霈F(xiàn)會(huì)造成襯砌結(jié)構(gòu)不能有效密貼圍巖形成共同承載的結(jié)構(gòu)，從而加大襯砌結(jié)構(gòu)的荷載。在地下水發(fā)育的地區(qū)，空洞中存水還會(huì)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)形成侵蝕，在寒冷地區(qū)會(huì)造成凍害。
２．錨桿、鋼拱架缺失。由于施工人員疏忽或?yàn)榻档驮靸r(jià)擅自減少錨桿、鋼拱架的用量。其危害是降低了支護(hù)、襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力，容易發(fā)生塌方等事故，并且給業(yè)主造成經(jīng)濟(jì)損失。
３．襯砌厚度不足。由于開挖施工中存在欠挖現(xiàn)象，或圍巖松動(dòng)變形較大，超過(guò)了預(yù)留量，將造成隧道斷面尺寸減小。為保證隧道襯砌完工后的凈空，施工單位往往會(huì)減小襯砌的厚度。襯砌厚度不足會(huì)影響其承載能力，并且導(dǎo)致防滲水、抗凍能力的降低。
４．模筑混凝土質(zhì)量缺陷。包括混凝土拌和、運(yùn)輸及澆筑振搗施工不當(dāng)造成的蜂窩、離析、混凝土不密實(shí)|來(lái)源|考試|大|等質(zhì)量缺陷。還有由于圍巖松動(dòng)變形等原因造成的襯砌裂縫等。這些質(zhì)量缺陷會(huì)降低襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力，并且引發(fā)鋼筋銹蝕、漏水等病害。
上述襯砌施工質(zhì)量缺陷如果不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理，都會(huì)給隧道的運(yùn)營(yíng)埋下安全隱患，產(chǎn)生病害，增加養(yǎng)護(hù)工作困難，降低隧道的使用性能，減少使用壽命。因此，我們需要采用雷達(dá)探測(cè)技術(shù)這一有效的檢測(cè)措施，及早發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量缺陷，并進(jìn)行處理，以保證隧道的施工質(zhì)量達(dá)到要求。
二、雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的原理
雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)由發(fā)射天線、接收天線和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成。發(fā)射天線將脈沖雷達(dá)波送入被測(cè)物體中雷達(dá)波能夠在不同介質(zhì)的層面發(fā)生反射與折射，接收天線接收不同介質(zhì)的界面反射的雷達(dá)波，雷達(dá)波在不同的介質(zhì)中有不同的波速，通過(guò)測(cè)取反射雷達(dá)波的波速即可區(qū)分不同的介質(zhì)，判定介質(zhì)界面的情況。據(jù)此，可進(jìn)行隧道襯砌內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探測(cè)，檢測(cè)空洞、混凝土厚度及施工質(zhì)量、錨桿拱架數(shù)量等項(xiàng)目。具體應(yīng)用如下：
在進(jìn)行隧道襯砌的檢測(cè)時(shí)，將雷達(dá)的發(fā)射天線和接收天線均密貼在襯砌的表面，天線的發(fā)射的雷達(dá)波進(jìn)入襯砌層，能夠穿透混凝土、防水板、圍巖等各類介質(zhì)，并在襯砌混凝土與鋼筋、鋼拱架、防水板、及圍巖表面的分界面以及不同襯砌層的分界面和襯砌裂縫開裂面、襯砌背后空洞界面上產(chǎn)生反射。反射波被接收天線接收，將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)，測(cè)出雷達(dá)波的入射、反射雙向走時(shí)，并計(jì)算出發(fā)射波行走路程長(zhǎng)度，即可得到反射面的距離。由此，可判定出各介質(zhì)的分界面的存在及其位置。
三、隧道襯砌雷達(dá)檢測(cè)的具體技術(shù)方法
１．布置測(cè)線。在隧道襯砌檢察的重要部位布置測(cè)線，雷達(dá)天線沿著測(cè)線滑動(dòng)檢測(cè)。如檢測(cè)襯砌背后空洞，可在最容易出現(xiàn)空洞的拱頂布置測(cè)線。如檢測(cè)襯砌混凝土質(zhì)量，可選在內(nèi)力彎矩的部位，如拱腳等處。
２．儀器參數(shù)選擇和標(biāo)定。不同波長(zhǎng)和頻率的雷達(dá)波的穿透深度和分辨率不一樣。高頻天線可發(fā)射高頻雷達(dá)波，其分辨率高，但穿透深度小。低頻天線發(fā)射的雷達(dá)波頻率低，分辨率低，但是穿透深度大。因此，要根據(jù)檢測(cè)目的選取對(duì)應(yīng)不同頻率雷達(dá)波的天線。對(duì)于二襯的檢測(cè)可采用低頻的雷達(dá)波，對(duì)于初次襯砌及圍巖狀態(tài)的檢測(cè)要選擇頻率稍高些的雷達(dá)波。
選定頻率后，要對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定。在現(xiàn)場(chǎng)狀況下測(cè)取雷達(dá)波在各種主要介質(zhì)如混凝土、圍巖中的波速、介電常數(shù)。
３．現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。在檢測(cè)時(shí)，應(yīng)將雷達(dá)的發(fā)射、接收天線與隧道襯砌的表面密貼，并沿著測(cè)線勻速滑動(dòng)。可選用隧道施工的車輛或可沿軌道滑動(dòng)的工作平臺(tái)作為儀器的支架，將天線舉起密貼在襯砌上，沿著測(cè)線勻速滑動(dòng)。
４．?dāng)?shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析需要專業(yè)人員進(jìn)行操作。對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，制成雷達(dá)時(shí)|來(lái)源|考試|大|間剖面圖，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的記錄，標(biāo)示隧道名稱、測(cè)線、里程樁號(hào)；再參考設(shè)計(jì)圖紙和地質(zhì)資料在雷達(dá)時(shí)間剖面圖上判釋出襯砌界面、空洞、鋼拱架、圍巖等信息；最后出具雷達(dá)檢測(cè)報(bào)告，對(duì)發(fā)現(xiàn)的異常情況進(jìn)行描述。
總之，襯砌的雷達(dá)檢測(cè)是保證隧道施工質(zhì)量的有效質(zhì)量控制檢測(cè)方法。建議在初次襯砌、二次襯砌完工后分別進(jìn)行一次檢測(cè)，以保證檢測(cè)的精度，而且便于盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行處理。
一、隧道襯砌施工中最為常見的質(zhì)量缺陷
１．空洞。一是在開挖中，由于發(fā)生超挖、洞頂洞壁塌落等問(wèn)題，造成圍巖表面的凹陷。按規(guī)定應(yīng)以混凝土進(jìn)行回填，但有時(shí)施工單位為了節(jié)省材料和人工，用片石、竹片等填塞，表面再噴以噴射混凝土，由于回填不密實(shí)而形成空洞。二是在二次襯砌模筑混凝土施工時(shí)，由于初襯表面凸凹不平和防水板不密貼的影響，會(huì)形成空洞。尤其在拱頂部位，由于混凝土在澆筑中振搗坍落，往往容易出現(xiàn)空洞?？斩吹某霈F(xiàn)會(huì)造成襯砌結(jié)構(gòu)不能有效密貼圍巖形成共同承載的結(jié)構(gòu)，從而加大襯砌結(jié)構(gòu)的荷載。在地下水發(fā)育的地區(qū)，空洞中存水還會(huì)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)形成侵蝕，在寒冷地區(qū)會(huì)造成凍害。
２．錨桿、鋼拱架缺失。由于施工人員疏忽或?yàn)榻档驮靸r(jià)擅自減少錨桿、鋼拱架的用量。其危害是降低了支護(hù)、襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力，容易發(fā)生塌方等事故，并且給業(yè)主造成經(jīng)濟(jì)損失。
３．襯砌厚度不足。由于開挖施工中存在欠挖現(xiàn)象，或圍巖松動(dòng)變形較大，超過(guò)了預(yù)留量，將造成隧道斷面尺寸減小。為保證隧道襯砌完工后的凈空，施工單位往往會(huì)減小襯砌的厚度。襯砌厚度不足會(huì)影響其承載能力，并且導(dǎo)致防滲水、抗凍能力的降低。
４．模筑混凝土質(zhì)量缺陷。包括混凝土拌和、運(yùn)輸及澆筑振搗施工不當(dāng)造成的蜂窩、離析、混凝土不密實(shí)|來(lái)源|考試|大|等質(zhì)量缺陷。還有由于圍巖松動(dòng)變形等原因造成的襯砌裂縫等。這些質(zhì)量缺陷會(huì)降低襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力，并且引發(fā)鋼筋銹蝕、漏水等病害。
上述襯砌施工質(zhì)量缺陷如果不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理，都會(huì)給隧道的運(yùn)營(yíng)埋下安全隱患，產(chǎn)生病害，增加養(yǎng)護(hù)工作困難，降低隧道的使用性能，減少使用壽命。因此，我們需要采用雷達(dá)探測(cè)技術(shù)這一有效的檢測(cè)措施，及早發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量缺陷，并進(jìn)行處理，以保證隧道的施工質(zhì)量達(dá)到要求。
二、雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的原理
雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)由發(fā)射天線、接收天線和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成。發(fā)射天線將脈沖雷達(dá)波送入被測(cè)物體中雷達(dá)波能夠在不同介質(zhì)的層面發(fā)生反射與折射，接收天線接收不同介質(zhì)的界面反射的雷達(dá)波，雷達(dá)波在不同的介質(zhì)中有不同的波速，通過(guò)測(cè)取反射雷達(dá)波的波速即可區(qū)分不同的介質(zhì)，判定介質(zhì)界面的情況。據(jù)此，可進(jìn)行隧道襯砌內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探測(cè)，檢測(cè)空洞、混凝土厚度及施工質(zhì)量、錨桿拱架數(shù)量等項(xiàng)目。具體應(yīng)用如下：
在進(jìn)行隧道襯砌的檢測(cè)時(shí)，將雷達(dá)的發(fā)射天線和接收天線均密貼在襯砌的表面，天線的發(fā)射的雷達(dá)波進(jìn)入襯砌層，能夠穿透混凝土、防水板、圍巖等各類介質(zhì)，并在襯砌混凝土與鋼筋、鋼拱架、防水板、及圍巖表面的分界面以及不同襯砌層的分界面和襯砌裂縫開裂面、襯砌背后空洞界面上產(chǎn)生反射。反射波被接收天線接收，將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)，測(cè)出雷達(dá)波的入射、反射雙向走時(shí)，并計(jì)算出發(fā)射波行走路程長(zhǎng)度，即可得到反射面的距離。由此，可判定出各介質(zhì)的分界面的存在及其位置。
三、隧道襯砌雷達(dá)檢測(cè)的具體技術(shù)方法
１．布置測(cè)線。在隧道襯砌檢察的重要部位布置測(cè)線，雷達(dá)天線沿著測(cè)線滑動(dòng)檢測(cè)。如檢測(cè)襯砌背后空洞，可在最容易出現(xiàn)空洞的拱頂布置測(cè)線。如檢測(cè)襯砌混凝土質(zhì)量，可選在內(nèi)力彎矩的部位，如拱腳等處。
２．儀器參數(shù)選擇和標(biāo)定。不同波長(zhǎng)和頻率的雷達(dá)波的穿透深度和分辨率不一樣。高頻天線可發(fā)射高頻雷達(dá)波，其分辨率高，但穿透深度小。低頻天線發(fā)射的雷達(dá)波頻率低，分辨率低，但是穿透深度大。因此，要根據(jù)檢測(cè)目的選取對(duì)應(yīng)不同頻率雷達(dá)波的天線。對(duì)于二襯的檢測(cè)可采用低頻的雷達(dá)波，對(duì)于初次襯砌及圍巖狀態(tài)的檢測(cè)要選擇頻率稍高些的雷達(dá)波。
選定頻率后，要對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定。在現(xiàn)場(chǎng)狀況下測(cè)取雷達(dá)波在各種主要介質(zhì)如混凝土、圍巖中的波速、介電常數(shù)。
３．現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。在檢測(cè)時(shí)，應(yīng)將雷達(dá)的發(fā)射、接收天線與隧道襯砌的表面密貼，并沿著測(cè)線勻速滑動(dòng)。可選用隧道施工的車輛或可沿軌道滑動(dòng)的工作平臺(tái)作為儀器的支架，將天線舉起密貼在襯砌上，沿著測(cè)線勻速滑動(dòng)。
４．?dāng)?shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析需要專業(yè)人員進(jìn)行操作。對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，制成雷達(dá)時(shí)|來(lái)源|考試|大|間剖面圖，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的記錄，標(biāo)示隧道名稱、測(cè)線、里程樁號(hào)；再參考設(shè)計(jì)圖紙和地質(zhì)資料在雷達(dá)時(shí)間剖面圖上判釋出襯砌界面、空洞、鋼拱架、圍巖等信息；最后出具雷達(dá)檢測(cè)報(bào)告，對(duì)發(fā)現(xiàn)的異常情況進(jìn)行描述。
總之，襯砌的雷達(dá)檢測(cè)是保證隧道施工質(zhì)量的有效質(zhì)量控制檢測(cè)方法。建議在初次襯砌、二次襯砌完工后分別進(jìn)行一次檢測(cè)，以保證檢測(cè)的精度，而且便于盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行處理。