基于隧道结构检测的安全评价研究.pdf

99.Res;tion江西建材2023年5月质量控制与检测基于隧道结构检测的安全评价研究陈蔚重庆轨道交通（集团）有限公司，重庆401120摘要：文中以重庆某地铁隧道病害为例，介绍了衬砌外观检测、混凝土强度检测、净空断面检测、隧道衬砌地质雷达检测的实际应用效果，结合安全评价肯定了该检测方式的系统科学性。关键词：运营地铁隧道；隧道检测；安全评价；地质雷达检测中图分类号：U231+.94文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 5-0 0 9 9-0 2search on Safety Evaluation Based on Tunnel Structure DetecChen WeiChongqing Rail Transit(Group)Co.Ltd.,Chongqing 401120Abstract:Taking a subway tunnel disease in Chongqing as an example,this paper introduces the practical application effects of liningappearance detection,concrete strength detection,clearance section detection,tunnel lining GPR detection,confirms the systematic scientificityof this detection method in combination with safety evaluation.Key words:Operating of metro tunnel;Tunnel detection;Safety evaluation;GPR detection0引言随着地铁、轻轨运营里程的不断增长，轨道交通隧道结构安全状态评估已成为国内外前沿研究方向，隧道衬砌空洞、钢筋间距不足等施工质量病害已成为各城市地铁运营公司的安全隐患1。本文以重庆某地铁运营隧道为例，利用激光隧道断面检测仪、红外热像仪、混凝土超声波检测仪、一体式数显回弹仪等设备，全面检测隧道结构，并对根据检测数据综合评估运营隧道安全状态的方法进行了可行性研究。1工程简介重庆某地铁隧道为复合式衬砌暗挖结构，采用钻爆法施工为主，隧道断面形式包含单洞单线、单洞双线，二次衬砌拱、墙均采用C30防水钢筋混凝土，因隧道先后出现顶板纵向裂缝，顶板渗水泛碱，拱腰纵向裂缝、斜向裂缝，拱腰破损露筋，拱腰水痕泛碱，车站轨行区顶板涂层开裂等病害，运营单位对整体隧道结构进行了外观病害、衬砌混凝土强度、隧道净空断面、隧道衬砌（钢筋间距、空洞）的全面检测，以评估该隧道结构的安全状态。2衬砌外观检测衬砌外观检测主要检查隧道衬砌的裂损及渗漏水情况，包括裂缝、蜂窝麻面、混凝土剥落、涂料脱落、渗漏等，通过衬砌裂缝及渗漏水的位置、分布状态的检测情况，分析判断裂缝及渗漏水的性质及对结构的影响。衬砌混凝土蜂窝麻面、混凝土剥落、涂料脱落以目测为主，并以量尺、锤、放大镜、照相机等器具辅助进行2 。开展隧道检查作业时，按照衬砌外表面各部位依次贴靠表面检查，重点检查病害的异常及变化情况。隧道衬砌裂损包括衬砌荷载裂缝、混凝土收缩缝、衬错台及各种施工缝发展而成的衬砌缝隙。隧道衬砌裂损一般采用混凝土超声波检测仪与数显游标卡尺作者简介：陈蔚（19 9 1-），男，重庆人，硕士，工程师，主要研究方向为桥梁与隧道工程。搭配检测。衬砌裂缝产生有施工、地质两方面原因。首先，施工过程中，混凝土搅拌、振捣不充分，养护不到位，混凝土衬砌可能会产生干缩裂缝；其次，该隧道运营时间较长，围岩外的地质变化、外部环境的变化、控制保护区的施工扰动，会造成衬砌发生局部应力集中而产生裂缝。隧道发生渗水时，由于内部填充水分，导致热容量增幅较大，温度降低，在热成像图上将呈现“冷斑”。当衬砌内部含水时，其温度要比无水的衬砌低，在红外热像仪上呈现温度差异的图像，可在红外热像仪显示屏上观察并记录渗漏水的位置、大小等情况3。同时，渗漏水的检查应结合目测检查方式，检查渗漏水位置是否会阻碍车辆行驶和妨碍隧道内各种设备的功能。不规则暴露层表面湿润的渗漏水表明结构材质不良或存在裂缝，并对这些缺陷产生作用。隧道裂缝检测完毕后，需要根据渗漏水是否具有腐蚀性以及渗漏水的水量大小，评判渗漏水对隧道衬砌结果的安全性及洞内行车安全的影响，从而确定是否需要进行相应的病害处治。渗漏水常规检查也可采用目测的方法来确定渗漏水的位置、数量、浑浊以及原有防（排）水设施的状况，以填表、拍照或摄像等方式，记录观测到的信息，并及时整理调查。3衬砌混凝土强度检测采用回弹仪测量回弹值时，仪器与混凝土衬砌检测面应保持垂直4。检测时，应划分测区，单个测区内各测点分布均匀，相邻间距不超过2 0 mm，共测10 个点位。选取点位时，应避开轨行区金属物、外露钢筋等干扰，保持不小于30 mm的距离，同时测点的选点面应平整、无气孔或凸起石子。区间隧道及车站衬砌混凝土强度等级为C30，结合该隧道实际情况，衬砌混凝土强度检测以50 m为一个测区，同一区域内，测区不少于10 个。为使检测结果更加准确，在衬砌开裂严重、病害较多的地方，适当加密测区。该检测区间衬砌混凝土回弹共检测区域2 9 个，超声回弹100：2023年5月江西建材质量控制与检测综合法检测混凝土强度结果：抽检构件的混凝土强度推定值在33.1 36.3MPa，其混凝土强度满足设计强度要求。T/CECS02一2 0 2 0 超声回弹综合法检测混凝土抗压强度技术规程中规定，超声回弹综合法适用于混凝土龄期为7 2 0 0 0 d，而本次检测隧道衬砌混凝土龄期已经超出了规范要求，故上述衬砌混凝土回弹测试值仅供参考。4隧道净空断面检测隧道衬砌限界检查主要检测隧道几何尺寸，包括隧道轮廓、净空、净宽，以评价隧道结构变形及施工质量的控制情况。利用断面仪扫描隧道二衬，根据断面仪的定点定向数据，利用计算软件实现实际二衬轮廊线与设计二衬轮廓线的空间三维匹配5-6 。检测时，根据现场实际情况，针对单洞单线隧道、有中隔墙的单洞双线隧道，均采用轨道检测小车搭载断面检测仪进行限界检查；对没有中隔墙的单洞双线隧道采用普通三脚架架设断面仪进行限界检查。现场检测时，需特别注意记录轨道中各检测断面附属的设备与障碍，如隧道内部两侧拱腰与边墙处的电缆支架、设备箱盒、消防水管、隧道拱顶的接触网等设施的详细情况，包括设备与障碍在隧道的左侧或右侧，其距离轨面的高度，距离隧道中心线的水平距离等，便于数据处理后，结合现场实际情况对检测结果进行分析。依据GB501572013地铁设计规范中B2型车辆限界，对实测断面进行限界对比，该地铁隧道均未发现超过限界情况5隧道衬砌地质雷达检测隧道衬砌地质雷达检测包含二次衬砌配筋情况及初衬和岩石层之间、初衬和二衬之间空洞或空隙。根据现场实际情况，采用9 0 0 MHz的天线对隧道二次衬砌8 0 cm范围内的配筋情况、配筋间距及初衬和岩石层之间、初衬和二衬之间空洞或空隙进行检测。依据GB/T50299一2 0 18 地下铁道工程施工质量验收规范，结合现场情况，在隧道拱顶、左右边墙各布置1条测线，顺向延大里程方向布设测线。探测深度与分辨率主要受工作频率的影响，工作频率越高，分辨率越高，探测距离越短；反之亦然。根据使用领域的要求，本次测试的天线频率范围为40 0 MHz与9 0 0 MHz屏蔽天线。探地雷达不同频率天线的测深能力不同，频率越低，探测深度越大，但是分辨率会降低；频率越高，探测深度越浅，分辨率会提高。经检测发现，该隧道衬砌后部隧道衬砌与初支之间的界面结合质量较好，衬砌与初支的分解面并不是特别明显，局部存在不密实情况，参照铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定，以缺陷等级为1的衬砌不密实问题为主，同时局部钢筋存在间距偏大等问题6隧道结构价及处置方式隧道技术状况评价的范围包括主体结构、接缝结构、隧底结构和附属设施四类。隧道技术状况的评价应采用计权重的多项指标综合评价和单项指标评定相结合的方法。隧道技术状况评价时，当隧道结构分项标度值达到3或4时，应对隧道技术状况直接评定为4类或5类。有下列情况之一时，评价单元的技术状况评价等级应评定为5类。（1）隧道拱部衬砌出现大范围交错开裂、结构性裂缝贯穿衬砌混凝土。（2）隧道衬砌结构发生明显变形，且有危及结构安全和行车安全的趋势。（3）地下水大规模涌流、喷射，出现涌泥、涌砂或严重积水，威胁运营安全。（4）隧道道床发生明显隆起、错台、断裂现象，影响行车安全。（5）外部施工导致隧道击穿。（6）出现影响行车安全的其他情况。根据检测数据，该运营隧道整体技术状况评价SI在8090，技术状况评价等级为2 类，隧道状态较好，病害程度轻微，发展趋势稳定。具体病害处置方式如下。（1）全面检查处治隧道裂缝、破损露筋及渗水病害，维修洞顶的排水系统，切断裂隙水下渗的通道。（2）针对衬砌无渗漏水的裂缝，可采用注浆的方式整治。首先利用丙酮、清水或者酒精等清理衬砌外表面，同时调配粘结剂，利用粘结剂沿裂缝的走向粘贴注浆嘴，注浆嘴以2050cm间距为宜，再采用环氧树脂等材料将裂缝封闭，防止注浆材料跑浆。注浆材料可选用环氧树脂等，注浆压力控制在0.30.5MPa。（3）渗漏水的整治以排、堵相结合的方式综合治理，并同步治理渗漏水及衬砌外表面裂缝。因隧道拱顶接触网等设备较多，宜采用注浆堵漏方式整治，施工缝及拱脚位置的渗漏水以引排方式整治，引排位置较高时，可开凿埋设塑料半圆管，将水引排至隧道侧排水沟内。隧道环向施工缝错台较为普遍，是渗漏水的主要通道，建议针对此类衬砌渗水现象，应本着堵排结合、多道设防、适应变形的原则，采用排水止水方法，对涌流裂缝进行排水处理，将裂隙水合理地排人到排水沟内，既能防止衬砌劣化，又可恢复排水，减小水压。（4）为防止隧道后期运营因其他外部作业施工扰动对隧道衬砌结构产生不利影响，对配筋异常段落可采用钢拱架内套方式进行加固整治。（5）针对衬砌混凝土不密实或背后空洞等病害，应查明空洞具体位置，采用注浆填充等方式治理。（6）加强日后对隧道的日常检查，坚持预防为主，早发现、早维护，发现病害问题并尽早采取处理措施。（7）加强对既有隧道的病害监测，掌握病害发展变化情况，对既有隧道的安全影响进行有效控制。7结语综上所述，利用雷达检测仪等设备对隧道衬砌外观病害、衬砌混凝土强度、隧道净空断面、隧道衬砌（钢筋间距、混凝土厚度）进行全面检测，依据检测数据综合评定隧道安全状态，是一种全面系统、科学有效的轨道交通运营隧道检查、维保手段，从实际应用看，检测成果对后期施工整治提供了数据支撑，对于全面掌握运营隧道安全状态具有指导作用。参考文献【1刘小龙.基于车载非接触式雷达的公路隧道检测技术研究【D。重庆：重庆交通大学，2 0 19.2 杨伟.地下隧道三维激光扫描病害检测技术研究【D.成都：西南交通大学，2 0 2 1.3王勇，安哲立，马伟斌，等.中日韩运营铁路隧道检测技术现状及发展趋势J.隧道建设（中英文），2 0 2 2，42（7）：1135-1145.4秦海洋，苏宁，汤永净.隧道安全评估的可靠度分析与工程应用J】.重庆交通大学学报（自然科学版），2 0 2 2，41（3）：53-57.【5李娴，王思瑶，张标，等.双孔隧道的地表沉降预测及其可靠度分析J】.地下空间与工程学报，2 0 19，15（S1）：42 8-435.6 李李翔.隧道工程稳定可靠度计算分析方法研究【D】.长沙：湖南大学，2 0 12.