中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
隧道檢測(cè)方法之隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)方法
1、現(xiàn)場(chǎng)鉆孔法
2、襯砌混凝土強(qiáng)度檢測(cè)回彈法
混凝土是隧道工程建設(shè)使用最為廣泛的建筑材料?；炷临|(zhì)量的優(yōu)劣影響到隧道襯砌結(jié)構(gòu)的適用性、安全性和耐久性,并直接制約著隧道工程經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的發(fā)揮。混凝土襯砌的質(zhì)量檢控中,強(qiáng)度保證是基本要求。但是混凝土作為多相、多組分的復(fù)雜材料體系,在制造過程中,其強(qiáng)度易受到配料、攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)等多種工藝環(huán)節(jié)的影響,如技術(shù)疏忽或管理不嚴(yán),便極易造成質(zhì)量隱患,甚至釀成工程事故。因此在建隧道的施工質(zhì)量檢控和已建隧道襯砌的健康診斷中,混凝土的強(qiáng)度檢測(cè)十分必要。
然而傳統(tǒng)的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法,無論是利用與現(xiàn)場(chǎng)同條件制作、養(yǎng)護(hù)的預(yù)留試塊進(jìn)行隧道襯砌的混凝土強(qiáng)度檢測(cè),還是現(xiàn)場(chǎng)鉆孔取芯進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè),對(duì)于隧道工程而言,弊端皆十分明顯,兩者的應(yīng)用前景都不甚廣闊。迄今為止,隧道襯砌強(qiáng)度檢測(cè)的適宜方法,國(guó)內(nèi)外也鮮有報(bào)道。隨著我國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)的迅速發(fā)展,公路隧道的數(shù)量和規(guī)模日益增加。所以,針對(duì)隧道工程的特點(diǎn),尋求安全、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便有效的混凝土襯砌的強(qiáng)度檢測(cè)方法以應(yīng)工程之需,具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。本文嘗試著將回彈法、超聲—回彈綜合法引入某公路隧道襯砌的強(qiáng)度檢測(cè),以期從無損檢測(cè)這一角度對(duì)這些方法進(jìn)行比較研究。
（1）隧道襯砌的特點(diǎn)與檢測(cè)方法的建立
回彈法和超聲回彈綜合法對(duì)房屋和橋梁等建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度檢測(cè),國(guó)家及有關(guān)部門已經(jīng)頒布有相關(guān)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn),使強(qiáng)度檢測(cè)的精度和可靠性有了科學(xué)的程序和公認(rèn)的檢測(cè)方法。而這些程序和方法都是在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的安全和可靠性評(píng)估方法、結(jié)構(gòu)和材料的檢測(cè)技術(shù)、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算分析模型進(jìn)行全面深入的研究基礎(chǔ)上制定的。公路隧道與這些建筑結(jié)構(gòu)在材料、功能、力學(xué)性能和設(shè)計(jì)方法上有許多的共同點(diǎn),因此回彈法和超聲回彈綜合法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)的程序、方法、和分析計(jì)算的基本原理可以有選擇應(yīng)用到公路隧道的強(qiáng)度檢測(cè)當(dāng)中。但是,與常規(guī)的建筑結(jié)構(gòu)相比,公路隧道還具有一些自身獨(dú)有的特點(diǎn)。公路隧道屬于地下半隱蔽工程,跨度大,穿越的地質(zhì)條件復(fù)雜多變,襯砌形式種類多。由于隧道結(jié)構(gòu)和圍巖之間復(fù)雜的相互作用,襯砌的荷載分布至今都是一個(gè)在理論上遠(yuǎn)未解決的問題。對(duì)于公路隧道而言,圍巖類別和襯砌形式不同的地段,襯砌內(nèi)部的應(yīng)力分布不同。即使在同一地段,巖層產(chǎn)狀和巖性的差異,也可導(dǎo)致隧道的不同部位如拱頂、拱腰和拱腳等,其應(yīng)力分布和變形特點(diǎn)發(fā)生變化。實(shí)際上,公路隧道經(jīng)常處于一定的地下水環(huán)境中,水往往是混凝土襯砌劣化的主要因素。已有的回彈法和超聲回彈綜合法都是通過制備各種標(biāo)號(hào)的混凝土試件,分別進(jìn)行大量的回彈、超聲和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),建立回彈值、聲速和強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系,得到回彈測(cè)強(qiáng)基準(zhǔn)曲線和超聲回彈測(cè)強(qiáng)基準(zhǔn)曲線,進(jìn)而間接推定混凝土強(qiáng)度的。實(shí)際上,在試驗(yàn)室進(jìn)行回彈和聲速測(cè)試時(shí),都是在試件含水量可控制的范圍內(nèi)和零應(yīng)力狀態(tài)下測(cè)試的,而公路隧道卻相反,它總是處于一定的應(yīng)力狀態(tài)和含有一定的地下水。由于這些基礎(chǔ)條件的差異,在隧道混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中,鉆芯法必不可少,它的結(jié)果直觀、準(zhǔn)確、代表性強(qiáng),可用來對(duì)回彈法和綜合法結(jié)果進(jìn)行校正,以提高檢測(cè)的可靠性。但是,鉆芯法屬于半破損檢測(cè)方法,隧道襯砌是隧道工程主要的承重結(jié)構(gòu)和最后的防水措施。對(duì)襯砌鉆孔,必然造成結(jié)構(gòu)的局部損傷,可影響到襯砌的整體性和剛度,也影響著隧道的美觀,且造價(jià)昂貴。故鉆孔數(shù)量不能太多,難以用來對(duì)整條隧道進(jìn)行綜合評(píng)判和推定,只能用于對(duì)回彈法和綜合法進(jìn)行強(qiáng)度校核,對(duì)混凝土的強(qiáng)度檢測(cè)起著以點(diǎn)控面的作用。
由于公路隧道只有一個(gè)面暴露在外,其內(nèi)部缺陷和潮濕程度等無法觀察,回彈法和綜合法測(cè)試時(shí)只能采取沿面測(cè)試方法,這也加大了測(cè)試工作的難度。在橫斷
面上,公路隧道襯砌按同一模板長(zhǎng)度澆注成型,在整個(gè)橫斷面上形成完整的拱圈。所以,拱圈是隧道襯砌的基本結(jié)構(gòu),在公路隧道混凝土襯砌的強(qiáng)度檢測(cè)中,以同一橫斷面上的拱圈為檢測(cè)單元,是回彈法和綜合法的首選方式。對(duì)于隧道而言,拱頂、拱腰和拱腳是關(guān)鍵的受力部位,其強(qiáng)度的滿足與否,直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的變形大小與穩(wěn)定性,故橫斷面的強(qiáng)度檢測(cè)中,應(yīng)分別將它們作為獨(dú)立的測(cè)區(qū),進(jìn)行單獨(dú)評(píng)價(jià)。
回彈法是混凝土強(qiáng)度無損檢測(cè)的一種基本方法。它是通過回彈值測(cè)試混凝土表層硬度(主要是砂漿部分的強(qiáng)度)來由表及里地間接推定混凝土強(qiáng)度的。它操作簡(jiǎn)便,重復(fù)性強(qiáng),價(jià)格便宜,對(duì)襯砌質(zhì)量不產(chǎn)生破壞,在檢測(cè)混凝土的勻質(zhì)性方面優(yōu)勢(shì)明顯。但是,回彈法也有其不足之處,如低強(qiáng)度混凝土,受力時(shí)易產(chǎn)生塑性變形,表面彈性不足,對(duì)回彈法測(cè)強(qiáng)不敏感。對(duì)于內(nèi)外質(zhì)量不一的混凝土,回彈法測(cè)強(qiáng)結(jié)果只能代表襯砌表層一定深度范圍內(nèi)的混凝土。不同型號(hào)的回彈儀,測(cè)試厚度不一,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí),必須根據(jù)襯砌厚度靈活選用合適的回彈儀。
超聲回彈綜合法是利用低頻超聲波儀和回彈儀對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件同一測(cè)區(qū)進(jìn)行原位聲速和回彈測(cè)試,利用已建立起來的全國(guó)統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線,推算該測(cè)區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度的一種方法。較之于單一的回彈法和超聲法,綜合測(cè)強(qiáng)法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。襯砌混凝土的齡期和含水率都對(duì)回彈值和聲速有著明顯的影響,但在綜合測(cè)強(qiáng)方法中,齡期、含水率兩個(gè)因素對(duì)回彈值和聲速的影響卻能在相當(dāng)程度上相互抵消,從而能較大地提高強(qiáng)度測(cè)試的準(zhǔn)確性與可靠性。如上所述,回彈法對(duì)低強(qiáng)度混凝土測(cè)試不敏感,單純的聲速法卻對(duì)高強(qiáng)度混凝土反映不靈敏,而將兩者結(jié)合起來的超聲-回彈綜合法,既能將混凝土內(nèi)外質(zhì)量檢測(cè)結(jié)合起來,又能在較低或較高強(qiáng)度區(qū)彌補(bǔ)各自的不足,所以,綜合測(cè)試能較全面地反映混凝土襯砌的整體質(zhì)量,提高無損檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的精度。
(2) 工程應(yīng)用及結(jié)果分析
某隧道全長(zhǎng)656m,于1992年底建成通車。隧道設(shè)計(jì)為雙向四車道,進(jìn)出口洞門均采用翼墻形式,洞身支護(hù)形式為曲墻式。隧道襯砌采用模板澆注,插入式振搗器振搗,設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C20。該隧道襯砌表面蜂窩、麻面較為常見;隧道輪廓異形現(xiàn)象比較多,內(nèi)凹或外凸較為明顯;多數(shù)地段的橫斷面輪廓也不甚平整光滑,模板縱橫縫間的錯(cuò)位較嚴(yán)重;在整個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi),隧道混凝土襯砌的開裂和滲漏水等病害較為發(fā)育,局部區(qū)段比較嚴(yán)重,主要集中在隧洞進(jìn)出口部位和隧道右側(cè),有的地段兩者較之于鉆芯法結(jié)果,其波動(dòng)幅度分別為6.3%和0.4%。鉆芯法和回彈、綜合法的結(jié)果相一致表明,回彈法和超聲回彈綜合法的正確應(yīng)用,是可以用來檢測(cè)隧道混凝土襯砌的強(qiáng)度的,并且可以保證其精度和可靠性。
根據(jù)設(shè)計(jì)資料,該隧道襯砌混凝土為200號(hào)防滲混凝土,相當(dāng)于新規(guī)范C18的混凝土。因此,如果各測(cè)點(diǎn)由回彈法、綜合法或鉆芯法獲得的推定抗壓強(qiáng)度或混凝土強(qiáng)度代表值大于或等于18MPa,即可判定該處混凝土強(qiáng)度為合格。由強(qiáng)度分布圖可以看出:從判定混凝土強(qiáng)度是否合格這一角度來看,三種方法的檢測(cè)結(jié)果是完全一致的,回彈法和綜合法評(píng)價(jià)結(jié)果與相應(yīng)的鉆芯法并沒有差別。就整體而言,不同檢測(cè)方法的測(cè)試結(jié)果都表明,隧道襯砌的強(qiáng)度大都滿足設(shè)計(jì)要求,達(dá)到了18MPa。但局部地段的強(qiáng)度明顯不夠,最小的僅有10MPa,遠(yuǎn)未達(dá)標(biāo)。如里程360m~500m范圍內(nèi)的左拱腳、左拱腰部位和440m處的右拱腰部分,三種方法所
得的強(qiáng)度都遠(yuǎn)小于18MPa,判定結(jié)果為該處襯砌強(qiáng)度不合格,三者結(jié)論全部一致。同時(shí),對(duì)該隧道的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、地質(zhì)雷達(dá)和斷面輪廓測(cè)試資料的研究表明:隧道襯砌強(qiáng)度的檢測(cè)結(jié)果,其分布規(guī)律同變形形式、裂縫的分布情況和襯砌滲漏水特點(diǎn)是比較一致的。這一結(jié)論,從另一方面,也反證了回彈法和超聲回彈綜合法在襯砌強(qiáng)度檢測(cè)方面應(yīng)用的可靠性和精度。
(3) 回彈法操作要點(diǎn)
1）檢測(cè)時(shí)回彈儀軸線始終垂直于測(cè)區(qū)所在區(qū)；
2）測(cè)區(qū)范圍0.2*0.2m2，測(cè)點(diǎn)均勻布置；
3）每測(cè)區(qū)取16個(gè)回彈值，每個(gè)讀數(shù)精確到1；
4）回彈值的確定：16個(gè)值中，剔除3個(gè)最大值、3個(gè)最小值，求其平均值；
5）在有代表性的測(cè)區(qū)進(jìn)行碳化深度測(cè)定，一般不少于30%的測(cè)區(qū)；
6）碳化深度試驗(yàn)所用的溶液為1%的酚酞灑精溶液；
7）對(duì)回彈值影響最大的因素是碳化和齡期；
8）回彈值的率定值為80±2
