激光斷面儀在隧道初襯質量檢測中的應用

彭 飛

0 引言

隨著高速公路建設的快速發展,新建公路隧道的規模、數量逐年遞增,同時在運營過程中暴露出來的隧道病害也急劇增加。隧道初襯作為隧道的主要受力結構,對隧道的安全運營起非常重要的作用,而隧道施工受諸多因素影響,初襯開挖輪廓欠挖導致限界受侵等工程質量問題,為及時發現初支開挖輪廓的質量問題,需采用一種全面快速的無損檢測方法來解決。因傳統的檢測方法已無法滿足實際工程的需要,隧道激光斷面儀作為一種新的無損檢測方法,以操作簡便、準確率高、圖像直觀在近年來的隧道質量檢測中得到了廣泛的應用。

1 檢測原理

隧道激光斷面儀的測量原理:以某物理方向(如水平方向)為起算方向,按一定間距(角度或距離)依次測定儀器旋轉中心與實際開挖輪廓線的交點之間的矢徑(距離)及該矢徑與水平方向的夾角,將這些矢徑端點依次相連即可獲得實際開挖的輪廓線。通過洞內的施工控制導線可以獲得斷面儀的定點定向數據,在計算軟件的幫助下自動完成實際開挖輪廓線與設計開挖輪廓線的空間三維匹配,最后形成如圖1所示的輸出圖形,并可輸出各測點與相應設計開挖輪廓之間的超、欠挖值(距離、面積)[1]。其主要技術指標:自動檢測2 min～3 min一個斷面。測距精度優于±1.0 mm;測角精度優于0.1°,可連續測量前后方斷面。隧道激光斷面儀工作原理見圖2。

2 應用實例

2.1 檢測及評價的標準和規范

隧道允許超挖值見表1。

表1 隧道允許超挖值 mm

根據JTG F80/1-2004公路工程質量檢驗評定標準的規定:當石質堅硬完整且巖石抗壓強度大于30 MPa并確認不影響襯砌結構穩定和強度時,允許巖石個別凸出部分(每 1 m2不大于0.1 m2);凸入襯砌斷面,錨噴支護時凸入不大于30 mm,襯砌時不大于50 mm,拱腳、墻腳以上1 m內嚴禁欠挖[3]。

2.2 檢測實例

采用BJSD-3型隧道激光斷面儀對楊眉堡隧道左線(ZK15+551～ZK15+260)及右線(YK15+680～YK15+860)段進行初支輪廓檢測,進而了解隧道開挖及初支輪廓情況。左線開挖揭露圍巖主要為泥質粉砂巖夾泥巖,巖體較破碎,中薄層狀結構,隧道自穩性較差,易發生松動變形,易塌方,圍巖級別為Ⅳ級;右線開挖揭露圍巖主要為泥質粉砂巖,巖體較完整,圍巖級別為Ⅲ級。

2.3 檢測結果及分析

楊眉堡隧道初支輪廓線尺寸檢測成果見表2。

表2 楊眉堡隧道初支輪廓線尺寸檢測成果表

通過以上分析,可以得到隧道的開挖情況:

1)ZK15+515斷面墻腰部位局部欠挖較嚴重外其余地方均無超、欠挖;YK15+840斷面拱部超挖較嚴重外其余地方均無超、欠挖。

2)隧道開挖斷面整體向右有少許偏移。

3)通過標準斷面(隧道設計凈空)與掃描隧道凈空斷面對比,可以得出隧道凈空是否符合設計要求,對不滿足設計要求的在施工中加以調整,這樣為將來隧道凈空驗收提供有力的質量保障。

4)對隧道初支輪廓掃描圖、隧道凈空輪廓掃描圖進行對比,綜合研究分析,可以得出隧道實際開挖方量、襯砌厚度,為隧道每道工序施工質量提供依據。

3 結語

對于檢測出質量存在問題的地方,在貴陽市環城高速南環線總監辦的嚴格管理下,基于“發現一處,處理一處”的原則,均進行修復處理,并對處理后的不合格部位進行復檢,確保了貴陽環城高速公路南環線隧道施工質量。通過以上分析,得到如下結論:

1)開挖是隧道施工工期和造價的關鍵工序,超挖不僅因為出碴量及襯砌量增多而提高工程造價,還因為局部超挖產生應力集中問題而直接影響圍巖穩定性。欠挖則直接影響襯砌厚度,對于工程質量和安全產生隱患。研究表明,超欠挖控制對隧道結構的可靠度及經濟效益有著重要的影響。

2)隧道初襯是新奧法修建隧道的主要承重結構,對其進行施工質量檢測十分重要,利用隧道激光斷面儀對隧道初襯檢測是能夠實現的。

3)隧道激光斷面儀在施工過程中能夠快速而直接地反映隧道開挖斷面和支護斷面,真實體現隧道超、欠挖情況,并分析其原因,在施工中及時調整施工加以處理。

4)熟練掌握和利用隧道激光斷面儀可以節約施工成本和提高施工質量,是現代隧道施工中重要的檢測工具,值得推廣。

[1]陳建勛.公路工程試驗檢測人員考試用書——隧道[M].北京:人民交通出版社,2010:5.

[2]張仁瑜.建筑工程質量檢測新技術[M].北京:中國計劃出版社,2001:1.

[3]JTG F80/1-2004,公路工程質量檢驗評定標準[S].

[4]王 超,仵 濤,韓 劍.激光斷面儀在隧道開挖與初期支護中的應用[J].山西建筑,2008,34(5):313-314.