無損檢測技術在隧道工程測量施工中的應用

趙佳楠

（中鐵一局集團有限公司廣州分公司，廣東 廣州 511492）

隧道的結構狀況及其耐久性能直接反應隧道施工技術狀況，由于隧道工程工序復雜，隧道結構的耐久性能會受到多種不確定因素影響，出于對隧道工程的質量保障，在隧道工程施工完成后需要利用技術和方法對其進行檢測，目前，隧道施工質量測量已經成為隧道工程施工過程中一項重要測量程序。隧道工程測量主要是對隧道外觀、結構強度以及裂縫狀況等檢測，當隨后測量項目均達到檢測標準后，說明隧道工程施工質量達標，如果發現任何一個測量項目不符合標準，則需要重新施工或者采取一些補救措施。檢測技術在隧道工程測量施工中應用雖然可以保證隧道施工質量，但是，檢測技術在應用過程中也會對原本隧道結構造成一定的損傷，不能最大程度保證隧道施工質量，因此，隧道工程測量施工成為公路隧道建筑行業繼續解決的難題。2004年，H.J.Gim、Roddins等人在對不同種類的隧道工程測量施工中應用了電磁波無損檢測技術，測量結果與傳統測量技術相比精度大致相同，但是，在測量施工過程中沒有對隧道結構產生任何傷害，之后無損檢測技術逐漸被廣泛應用到隧道工程測量施工中。無損檢測技術的應用能夠保證隧道質量，為此提出無損檢測技術在隧道工程測量施工中的應用。

1 無損檢測技術在隧道工程測量施工中的應用

1．1 無損檢測技術在隧道裂縫測量施工中的應用

將電磁波發射器作為電磁波信號源，利用波導桿將電磁波信號傳遞到隧道裂縫測量區域，以無線傳感器作為信號接收裝置，采集到隧道裂縫電磁波信號。根據隧道施工環境以及被測電磁波發射源頻率范圍選擇一款合適的無線傳感器，由于隧道裂縫擴展產生的電磁波信號主要能力集中在168～223kHz頻段范圍內，電磁波信號的峰值頻率基本在210kHz左右，因此以型號為DIBO-FO上引線傳感器作為電磁波信號接收裝置，其工作參數設置如表1所示。

無線傳感器安裝完后還要選擇一個合適的波導桿，波導桿的選取需要考慮隧道工程測量施工環境，目前，用于隧道工程測量施工的波導桿直徑為41.5mm，鋼材厚度為10.55mm的16號圓鋼作為波導桿的母材，波導桿的長度還需要結合具體測量施工需求，通常在300～500mm。利用固定裝置將傳感器與波導桿固定在測量范圍內，然后，電磁波發射器開關對隧道裂紋信號進行采集。

表1 隧道裂縫信號采集參數表

在電磁波信號采集過程中，如果周圍存在電纜、高壓電線等其它金屬介質，會干擾信號采集，使采集的電磁波信號為連續性發生信號，此時，采集到的發射參數對裂紋檢驗沒有任何意義，因此，需要對采集到的電磁波信號進行處理，將無用信號進行刪除。采用轉換法對無線傳感器采集到的電磁波信號進行處理，首先，將采集到的電磁波信號進行分解，分解成各個頻段的信號，得到各個頻段的電磁波能量，然后，選取一定頻段信號進行信號重組，重組后的信號噪聲值較小。將處理后的電磁波信號以相同長度分成兩份，將信號長度設定為2t，假設前半部分電磁波信號為a，后半部分電磁波信號為b，從而得到相關系數ρ，其計算公式如下所示:

式中，n為采集的電磁波信號總數量；ν為前半部分電磁波信號數量；υ為后半部分電磁波信號數量。如果計算的相關系數ρ值大于0，說明隧道該區域存在裂縫；如果計算的相關系數ρ值小于0，說明隧道該區域不存在裂縫，以此實現無損檢測技術在隧道裂縫測量施工中的應用。

1．2 無損檢測技術在隧道支護結構測量施工中的應用

無損檢測技術在隧道支護結構測量施工中的應用主要是檢測錨桿的力學狀態。在測量施工前，要對錨桿端頭磨平，利用隧道工程錨桿無損檢測儀器以激振的方式向錨桿發射應力波，在待測錨桿端頭安裝一個檢波器來接收錨桿體系內反射回來的反射波，激振裝置和接受裝置如圖1所示。

檢波器接收反射波的頻率寬度設置為500Hz～12kHz，為了提高施工進度，采用插入分析法利用六個通道同時進行信號采集，差插入分析法可以有效抑制外界交流干擾，可以節省信號處理程序。通過識別到的應力波信號計算出隧道錨桿自由段的長度，其計算公式如下：

圖1 激振裝置與接收裝置外觀圖

式中，L為隧道錨桿自由段長度；K為隧道錨固段上界面反射波信號所旅行的時間；S為應力波在自由錨桿中傳播速度。利用上述公式計算出錨桿自由段長度，如果得到的錨桿自由段長度超過錨桿整體長度的1/3，則說明隧道該錨桿將不會起到支護作用，需要重新進行支護施工；如果得到的錨桿自由段長度小于錨桿整體長度的1/3，說明隧道該錨桿施工質量達標。通過以上無損檢測技術對隧道裂紋以及支護結構的檢測分析，實現無損檢測技術在隧道工程測量施工中的應用研究。

2 結語

此次結合相關文獻資料，對無損檢測技術在隧道工程測量施工中的應用進行了研究，有利于提高隧道工程施工質量，以及工程效率，對推廣無損檢測技術在隧道工程施工的應用具有重要意義。由于此次研究時間有限，雖然在該方面取得了一定的研究成果，但在研究內容上還存在一些不足之處，今后仍會對此次研究課題進行進一步研究。