公路隧道病害綜合檢測(cè)技術(shù)探討★

張 雷 劉 拓 閻一瀾 朱愛璽

(1.安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088； 2.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092；3.上海同巖土木工程科技股份有限公司，上海 200092)

1 概述

隧道工程是隱蔽工程的一種。地質(zhì)狀態(tài)的復(fù)雜多變和施工條件的限制會(huì)使公路隧道產(chǎn)生各種病害。病害的發(fā)展將會(huì)對(duì)隧道的正常利用和結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生不良作用。因此，及時(shí)檢測(cè)和發(fā)現(xiàn)隧道病害是非常重要的。隧道病害的傳統(tǒng)檢測(cè)方式大部分是依靠人眼和人工儀器進(jìn)行檢測(cè)，該種方式對(duì)檢查人員要求高，檢查記錄結(jié)果具有較大的主觀性，并且對(duì)環(huán)境要求高，難以保證檢查結(jié)果的完整性與準(zhǔn)確性。隨著檢測(cè)工作量的不斷增大，這種半自動(dòng)的方式越來(lái)越難以滿足檢測(cè)需求。針對(duì)常用隧道檢測(cè)方法的不足，國(guó)內(nèi)外相繼引進(jìn)和發(fā)展了一系新技術(shù)。程姝菲和黃宏偉[1]依據(jù)滲漏水后管片物理特征的變化，提出了溫度梯度法和電導(dǎo)率法；胡傳鵬、朱合華、李曉軍[2]結(jié)合泄漏強(qiáng)度特征的分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，提出了隧道漏水檢測(cè)和識(shí)別的新方法；謝雄耀、盧曉智等[3]選用激光掃描的技術(shù)測(cè)量了隧道的全斷面變形，解決了數(shù)據(jù)的采集及處理問(wèn)題；上海同巖公司研制了手持式的隧道病害數(shù)據(jù)記錄儀[4]。目前，在已有研究成果的基礎(chǔ)上，還需繼續(xù)攻克的難點(diǎn)可以歸結(jié)為高速移動(dòng)狀態(tài)下對(duì)公路隧道多種病害的高精度快速檢測(cè)和數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析。

2 隧道檢測(cè)車設(shè)備及其病害檢測(cè)原理

隧道檢測(cè)車一般采用圖像處理和激光掃描結(jié)合的方式進(jìn)行隧道的結(jié)構(gòu)表觀病害快速檢測(cè)及行車環(huán)境檢測(cè)。車輛在隧道中行駛時(shí)，通過(guò)車載設(shè)備定期對(duì)隧道表面進(jìn)行連續(xù)掃描，同時(shí)對(duì)隧道表面進(jìn)行全方位圖像采集，結(jié)合掃描系統(tǒng)的橫向定位和檢測(cè)車的縱向定位系統(tǒng)，獲得全面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)，通過(guò)相應(yīng)的軟件進(jìn)行分析。在圖像采集過(guò)程中，利用PLC對(duì)隧道檢測(cè)車的實(shí)時(shí)速度和位置信息進(jìn)行測(cè)量，把最新采集的圖像信息與標(biāo)準(zhǔn)隧道邊界進(jìn)行比較，如果在對(duì)比過(guò)程中發(fā)現(xiàn)所測(cè)的隧道界限與標(biāo)準(zhǔn)隧道界限有交叉，說(shuō)明此處有病害出現(xiàn)，需要及時(shí)進(jìn)行維護(hù)[5]。目前國(guó)際上已有的若干隧道檢測(cè)系統(tǒng)如表1所示。

3 隧道綜合檢測(cè)系統(tǒng)在試刀山項(xiàng)目中的應(yīng)用

3.1 實(shí)施過(guò)程

試刀山老隧道自1996年建成并投入使用以來(lái)，病害主要表現(xiàn)為襯砌裂縫和滲漏水。近年來(lái)，由于交通量增加迅猛，安徽省交通控股集團(tuán)啟動(dòng)并完成了該隧道的擴(kuò)建工程。該工程選用兩側(cè)分離加寬的方案，在原有的兩座隧道外側(cè)再各建一座雙車道的隧道，使原雙洞四車道變?yōu)樗亩窗塑嚨繹6]。在擴(kuò)建過(guò)程中，該工程采用了爆破施工法，對(duì)既有隧道有一定的影響。基于以上狀況，并考慮到不能影響隧道的正常運(yùn)行，用檢測(cè)車進(jìn)行隧道的病害檢測(cè)是十分必要的。

表1 若干隧道檢測(cè)系統(tǒng)

試刀山工程使用了上海同巖公司研發(fā)的隧道檢測(cè)車(具體參數(shù)指標(biāo)見表2)，該車主要包含采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理及分析系統(tǒng)以及WEB展示系統(tǒng)三大部分，檢查內(nèi)容為隧道內(nèi)襯砌表觀病害和隧道環(huán)境數(shù)據(jù)。檢查工作在正常交通狀況下進(jìn)行。駕駛隧道檢測(cè)車在隧道內(nèi)以40 km/h～60 km/h的速度通行一次，進(jìn)行快速、無(wú)損、自動(dòng)的數(shù)據(jù)采集，并把數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)，通過(guò)相應(yīng)的軟件進(jìn)行分析處理，接著對(duì)原始圖像進(jìn)行病害篩查與核查，生成展布圖，然后與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，生成最終報(bào)告。

3.2 檢測(cè)結(jié)果

裂隙的部分檢查結(jié)果如表3所示。圖1，圖2是某些里程處的隧道輪廓檢測(cè)結(jié)果和其他項(xiàng)目的部分檢測(cè)結(jié)果。

表2 同巖病害檢測(cè)車參數(shù)指標(biāo)

表3 襯砌檢查記錄表(裂縫)

通過(guò)定期檢查，可統(tǒng)計(jì)出試刀山隧道左洞共有54條襯砌裂縫，16處滲漏水和61處剝落；隧道右洞共有28條襯砌裂縫，9處滲漏水和27處剝落。整個(gè)隧道土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)分按式(1)[7]計(jì)算：

(1)

其中，wi為分項(xiàng)權(quán)重；JGCIi為分項(xiàng)狀況值，域值0～4。

基于已有檢測(cè)數(shù)據(jù)，試刀山隧道左洞土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)定為1類；試刀山隧道右洞土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)定為2類。針對(duì)全線隧道的定期檢查結(jié)果，提出如下養(yǎng)護(hù)和處治建議：1)開展隧道日常巡查和清潔養(yǎng)護(hù)工作，并記錄、整理、觀察隧道病害現(xiàn)象；2)對(duì)寬度小于0.3 mm的裂縫使用環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行封閉，對(duì)寬度大于0.3 mm的裂縫使用壓注環(huán)氧樹脂灌縫膠的方式進(jìn)行充填和粘合；3)整治襯砌滲漏水病害。觀察隧道襯砌滲漏水病害狀態(tài)，根據(jù)不同形態(tài)采取有針對(duì)性的措施。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)公路隧道病害綜合檢測(cè)技術(shù)的原理、數(shù)據(jù)采集和處理方法的研究，以及在試刀山隧道中病害檢測(cè)的實(shí)施，得出以下結(jié)論：1)通過(guò)對(duì)隧道養(yǎng)護(hù)工作的數(shù)字化管理，隧道檢測(cè)車實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)護(hù)工作數(shù)據(jù)的有效采集、維護(hù)和跟蹤以及投資效益的輔助決策，可有效提高隧道養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)的工作效率與監(jiān)管水平；2)綜合檢測(cè)體系是全方位、高效率、低人力的一種檢測(cè)理念。利用檢測(cè)儀器的創(chuàng)新與集成，可實(shí)現(xiàn)一次檢測(cè)多種病害的效果。

與其他檢測(cè)技術(shù)一樣，隧道檢測(cè)車作為隧道病害檢測(cè)設(shè)備還存在一些不足，如：1)沒(méi)有隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)，隧道變形無(wú)法計(jì)算；2)采集的大量檢測(cè)數(shù)據(jù)需要專門人員分析處理，而目前檢測(cè)數(shù)據(jù)的綜合分析處理并沒(méi)有形成很好的體系，針對(duì)綜合檢測(cè)技術(shù)和檢測(cè)工具的信息處理系統(tǒng)還有待開發(fā)和完善。筆者相信，這些不足會(huì)隨著檢測(cè)硬件的發(fā)展和檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合運(yùn)用技術(shù)的完善而得到改善，在不久的將來(lái)，隧道綜合檢測(cè)系統(tǒng)的新技術(shù)將出現(xiàn)在公路隧道的日常維護(hù)中。

[1] 程姝菲,黃宏偉.盾構(gòu)隧道長(zhǎng)期滲漏水檢測(cè)新方法[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2014,10(3):733-738.

[2] Hu Chuanpeng,Zhu Hehua,Li Xiaojun.Detection of tunnel water leakage based on image processing[A].Proceedings of the 1st International Conference of Information Technology in Geo-Engineering[C].2010:254-262.

[3] 謝雄耀,盧曉智,田海洋,等.基于地面三維激光掃描技術(shù)的隧道全斷面變形測(cè)量方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2013,32(11):2214-2224.

[4] 上海同巖土木工程科技有限公司.手持式地鐵隧道結(jié)構(gòu)病害調(diào)查數(shù)據(jù)記錄儀及記錄方法:CN201210297912.0[P].

[5] Sonka M,Hlavac V,Boyle R.Image processing,analysis,and machine vision[M].Cengage Learning,2014.

[6] 王重陽(yáng).蕪合高速試刀山隧道擴(kuò)建應(yīng)急工程探討[J].工程與建設(shè),2017,31(1):58-60.

[7] JTG H12—2003,公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].