公路隧道健康狀態綜合檢測技術的分析

彭傳甫

(安徽省高速公路試驗檢測科研中心有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引 言

近幾年，公路狀態檢測工作在行業中已經引起了更多的重視，其隧道健康影響著公路建設價值的發揮。但是由于該項工程的特殊性質，會導致施工期間或是運營期出現一些健康問題。因此，需要相關人員及時針對實際情況，運用有效的檢測技術將其影響范圍縮小甚至避免，從而保證公路隧道處于健康狀態。

1 公路隧道健康檢測的目的

隧道在運營過程中，由于受到地質條件惡化，材料退化、地震、火災、人為因素等影響會發生隧道主體結構的損壞、劣化和失穩等造成事故，嚴重威脅著隧道的正常運營。若不及時檢測和維護，將會導致很大的破壞和坍塌，帶來巨大的損失。所以對運營的隧道進行實時的健康檢測，經常檢查、應急檢查、專項檢查、定期檢測，采集隧道運營管理和養護的數據信息，及時高效地保證隧道主體結構的安全和安全運營必要性。

2 公路隧道結構破損類型

2.1 襯砌裂縫

隧道初支是噴射混凝土，二次襯砌是防水混凝土。在營運隧道的長期使用中，自然風化因素會導致單混凝土出現襯砌裂縫，工作人員應對裂縫產生的原因、裂縫的位置、長度、寬度、深度等因素進行判斷。同時工作人員需要特別注意裂縫的延伸性，但是不論憑借哪一項指標來作為判定基礎依據，而是要結合實際情況，將這幾種重要的指標整合起來進行綜合判斷。另外，通常情況下，對隧道裂縫問題可以通過探地雷達查找與檢測，有利于確定襯砌裂縫情況，通過檢測初支、二次襯砌等基本情況達到檢測目的[1]。例如，脫空識別、剝落識別等，在公路建設領域應用較廣。

2.2 襯砌變形

襯砌變形問題可通過變形量與變形速度進行判斷。公路隧道在長期重載負荷下，自身形態會逐漸發生變形的問題，并且襯砌變形面積會越來越大。在高溫環境下出現襯砌變形主要原因則很有可能是其穩定性不足的原因導致的。例如，夏季出現襯砌變形，常常是土質發生軟化造成的。該問題的檢測可通過圖像檢測法，具有直觀準確等多種優勢。

2.3 沉降

如果其隧道結構內部的結構材料質量不達標，極容易導致隧道在長期的運營中出現沉降問題，自然風化、水分入侵等因素會加快隧道的老化，并使隧道逐步呈現出沉降的現象。另一方面，隧道結構與地基下陷不能發揮支撐作用，使隧道抓緊下陷。需要注意的，沉降類型的問題相對嚴重，需要在根本上解決隱患，利用高分辨率相機開展檢測工作更加有效。

2.4 其他問題

其他的問題類型通常是襯砌表觀的問題，如蜂窩、麻面等。但是這類問題一般對公路隧道的健康沒有明顯的影響。主要成因是混凝土的強度沒有達到標準要求以及滲漏水引發的pH失衡造成的。對于這樣的問題，相關工作人員可以通過高密度電阻率的技術完成檢測工作，不僅能夠保證效率，數據的準確性也較高，能夠將隧道的各種問題具體的反映出來。

3 公路隧道結構破損類型

3.1 圖像檢測

圖像檢測分為紅外成像與激光全息圖像兩種。紅外成像的原理是施工材料之間導熱性的不同，通過波長為2.0-1000微米電磁波，結合熱敏傳感器將各個組成材料的溫度以及熱傳導進行檢測，并且通過圖像呈現，能夠幫助工作人員更好地明確其架構組織。激光全息圖像的檢測技術重點應放在全息圖上，通過將各種有效信息整合與處理，能夠得到比較準確的結果。例如，日本株式會社的裂縫檢測系統中的線陣CCD可見光成像技術在公路隧道病害的檢測工作中發揮了重要的作用，其分辨率可達1 600×1 200，滿井電子容量能夠保持在40.00e-，而噪聲僅在0.1e-/p/s，可以幫助工作人員更好地了解到隧道實際平整度以及裂痕等健康問題，并通過圖像的形式生動的反映出來，使得健康檢測工作可以更加快捷、準確地完成，以免檢測工作影響隧道的正常運營。

3.2 激光檢測

運營隧道的檢測工作需要盡量減少對隧道結構本身以及交通的影響，而激光檢測技術能夠很好地滿足上述的需求。就目前來看，亞洲地區檢測設備的精度可以達到2 073 600像素，檢測速度為10～80 km/h。需要注意的是，工作人員需要在開始檢測前，充分了解其間的關系，才能保證各種檢測方法的順利運用。例如，德國某公司通過激光成像的技術，進一步地掌握了公路隧道的斷面的位置。同時激光成像技術能夠反映隧道結構變形、滲漏水、脫落等情況，并且能夠在使用的過程中實時將隧道的里程記錄下來，在其中配套數據管理系統的輔助下，還能夠提出科學的檢測措施，從而有效的提升該公司的檢測質量與效率。

3.3 地質雷達檢測

公路運營隧道規模較大、長度較長，地質雷達檢測的應用能夠確保大規模檢測活動的高效落實，因此在營運隧道的檢測工作中被廣泛應用。為了了解隧道的破壞情況，可以利用地質雷達檢測法，設備結構如圖1所示。人們利用廣譜1 MHz～2.5 GHz電磁波的反射、折射物理性質，根據電磁波的傳播規律，計算所接收電磁波的波形、雙程走時等參數，來構建圖像剖面，以此幫助工作人員進一步了解隧道結構的實際情況。一般來說，雷達以20～30 m/s的速度發射脈沖，天線行走速度為1 m/s，就需每米設置20～30個檢測點，若行走速度為1.5 m/s，則需每米設置15～22個監測點。當隧道結構被破壞時，相應界面中會顯示電性出電性差別與反射波[2]。

圖1 地質雷達設備圖

3.4 超聲波檢測

在營運隧道中，由于車輛通行的原因，人工檢測往往會造成交通障礙，影響隧道運營，而超聲波檢測主要依靠傳感器發揮作用，降低了人為操作對隧道運營的影響，在此過程中，人們需要借助傳感器，來收集超聲波在傳播過程中顯示的參數，然后基于此來分析解隧道架構是否受到破壞。例如，通過向公路隧道發出20 000 Hz以上的聲波，然后檢測聲音的變化，能夠幫助工作人員判斷其脫層等問題，從而有針對性地制定養護措施，保證隧道作用的正常發揮。同時通過傳輸傳播的時間可以判斷實際速率，并借此掌握材料的基本性能與內部受損情況。超聲波檢測具有成本低、操作簡單等多種優勢，因此使用的范圍也較廣。

3.5 頻譜分析檢測

隧道出現沉陷的可能性后在檢測之前需要注意以下幾點。第一，正式處理前要明確其損害范圍以及深度，做到縱橫開槽能夠和路線中點呈垂直關系。第二，開槽的深度需要根據標注嚴格遵守。第三，坑槽的清理工作，同時要做到保證其干燥性。第四，在工作進行之前，相關工作人員需要在內壁與底部涂抹粘層油，注意用量不能過多，防止發生分層現象。

根據物理學原理，光波在不同的介質中傳播的頻率有著較大的差異。由于在隧道中常常會出現一定的沖擊構成沖擊波，能夠借助地面不斷地向四周傳播，逐漸形成瑞雷面波。當沖擊方式以及力度出現轉變的情況時，頻率隨之變化，工作人員則可以利用傳感器進行頻譜分析檢測。一般來說，通過該方式分析得出的結果，頻率精度優于0.01 Hz，振幅精度在0.007%以上，而噪聲僅為0.2μV。

3.6 其他檢測技術

傳統的隧道病害檢測以人工作業為主，檢測速度慢，勞動強度大，危險系數高，不能滿足大規模隧道普查的需要。因此，隧道的健康檢測運用新的檢測技術，提高對病害檢測全面性，提高檢測效率及精度，對隧道的健康檢測數據的采集進行綜合分析。因此，還是要在新技術的研發方面加大重視程度，從而進一步提升我國公路工程建設的質量，并為其今后的發展打下良好的基礎。

4 結 論

綜上所述，公路隧道的健康狀態對于保證公路建設的質量，隧道的正常運營狀態安全檢測，運營隧道的技術狀態評定，為隧道的養護工程提供技術資料，運營隧道的數據采集，建立數據庫。對隧道的整體性進行綜合分析，為今后運營隧道的時間段提供分析的技術資料。因此，相關工作人員要加強重視程度，并且在此基礎上根據隧道問題的類型以及檢測方法，了解其成因，在需要的時候運用有效的養護措施將問題及時處理，從而為公路建設事業的進一步發展提供保障。