運營隧道襯砌病害檢測技術研究現狀分析

周仲 張愛茹

摘 要：在開展隧道二次襯砌施工建設的過程中，其施工過程往往會受到多種因素的影響和干擾，導致運營隧道襯砌病害問題層出不窮，為后續工程項目建設埋下了諸多安全隱患，傳統的人工檢測技術整體效率較低，并且需要現場技術人員根據自身經驗對病害問題進行主觀判斷，導致整體判斷水平和判斷結果差強人意。現代化的隧道襯砌檢測技術已逐步應用高效精準快速的無損檢測技術，相關技術團隊對運營隧道襯砌的常見病害和專業檢測方法進行了系統性的研究，并根據隧道的實際建設表現和內部整體狀態，全面分析了現代化隧道無損檢測技術應用現狀，開創了新型的隧道檢測裝備，推動我國隧道檢測技術的持續良性發展。

關鍵詞：襯砌病害;無損檢測;快速檢測裝備

中圖分類號：U456;U457.2 文獻標識碼：A

0 引言

在我國社會經濟發展過程中，基礎設施建設日趨完善，公路行業發展迅速。它已成為世界上隧道里程和數量最多的國家。中國幅員遼闊。在公路工程項目的施工過程中，施工質量很容易受到氣候、地質災害等因素的影響。隧道在施工和運營過程中，容易出現各種形式的病害，其中襯砌開裂、漏水等問題最為嚴重。本研究分析了國內外隧道無損檢測技術和快速檢測設備的研究與應用，從而識別運營隧道的安全風險，為確保隧道長期安全穩定運營提供支持。

1 運營隧道襯砌常見病害

首先相關技術團隊要充分了解運營隧道襯砌結構當中較為常見的病害問題，以及其產生的主要原因。運營隧道拱墻襯砌病害問題較為常見，該問題將直接關乎到隧道安全結構的實際穩定性，需要相關檢測人員的著重關注。通常情況下，運營隧道較為常見的襯砌病害為襯砌開裂、襯砌空洞、厚度不足，變形超限，滲水漏水等問題。產生這類襯砌病害的主要因素是地質條件，施工以及設計缺陷、運營環境和自然災害等方面的因素干擾。襯砌背后空洞和襯砌厚度不足，主要是由于施工和運營過程當中管理效果較差導致的。襯砌滲水漏水往往受到環境的因素影響。而襯砌結構的開裂是由于襯砌混凝土結構逐漸劣化的一種直觀呈現。并且，不同的病害問題往往會共同發生，在不同病害的作用下，極大的降低了隧道結構的穩定性，無法保障隧道的實際使用性能以及實際運營安全性。

2 隧道病害無損檢測技術

某高鐵隧道施工里程DK165+964（運營里程K174+486

對應軌道板板號為L27574）處，兩線間靠近上行側拱頂，敲擊后出現掉塊，約0.3 m2，經過現場目測，掉塊處朝大里程方向附近約有7 m2脫空，沿線路方向寬1.7 m，從拱頂中心線延環向兩側各2 m，設計斷面襯砌厚度為50 cm，脫空部位最薄襯砌厚度為5 cm，脫空部分成倒梯形（圖1）。

2.1 表觀狀態檢測技術

首先，對運營隧道襯砌結構表面進行動態觀察，能夠發現結構表層的裂縫病害，而裂縫病害往往是隧道襯砌結構病害問題當中的重要內容。基于裂縫走向與隧道縱向的實際關系，可將結構表層裂縫病害分為縱向裂縫，環向裂縫，以及斜向裂縫三種類型。這三種類型當中的縱向裂縫危害最大，將直接降低隧道結構的實際牢固性。在當前技術背景下，相關檢測人員對于隧道襯砌表觀狀態的檢測，主要是運用圖像處理技術以及三維激光掃描技術進行檢測，能夠有效提升檢測結果的準確性。

2.1.1 圖像處理技術

圖像處理技術，在實際應用的過程中，通過以電荷耦合元件（Charge Coupled Device，CCD）相機為核心的圖像采集系統，能夠對隧道襯砌表面結構進行連續高效的信息采樣，并借助系統當中的信號轉換器，將其轉換為計算機能夠識別保存分析的信息，再通過圖像的處理，提取到與隧道裂縫相關的復信息，從而判斷出隧道病害的實際狀況與具體程度。相關技術人員提出了一種基于圖像處理的隧道表面裂縫檢測算法以及寬度測量算法，能夠大大提升隧道襯砌裂縫的識別效率以及識別精準度，同時圖像處理的研發團隊也對裂縫圖像的處理過程進行了相應的優化，彌補了采集設備不穩定和外部環境復雜性造成干擾的影響。我國某大學專業技術團隊利用相機以及各類設備，提出了現掃描檢測方法，實現了隧道襯砌裂縫狀態的全面分析。

2.1.2 三維激光掃描技術

在運用三維激光掃描檢測技術的過程當中，需要相關技術人員運用檢測車的激光掃描設備對隧道襯砌表面發出螺旋式激光射線，從而實現隧道襯砌表面裂縫狀況的檢測，根據結構表面的反饋信號，進行相應的數據分析，得到較為準確的三維坐標，隨后便會形成裂縫的灰度圖像，再應用數字圖像技術，可以為檢測人員較為直觀的呈現出隧道表面存在的裂縫等病害實際圖像。

2.2 內部狀態檢測技術

對于混凝土襯砌結構內部的缺陷問題，運用內部狀態的檢測技術進行缺陷檢測，例如襯砌脫空、混凝土強度變差等變化。混凝土襯砌內部缺陷其實際表現較為隱蔽，需要應用較為專業的病害檢測技術以及檢測設備，對其內部進行全面的檢測，科學合理的應用探地雷達技術以及沖擊彈性波技術，可對隧道襯砌內部病害進行有效檢測。

2.2.1 探地雷達技術

在應用探地雷達（Ground Penetrating Rada，GPR）技術進行襯砌結構內部病害問題檢測的過程中，相關技術人員會發射出電磁波脈沖和測量界面的反射波，再根據電磁波脈沖和反射波的反饋時間，對混凝土強度進行評估。當電磁波到達不同的物質邊界時，其部分波能會被反射，其余的部分波能傳輸到正在進行的介質當中。通過發射電磁波脈沖進行數據收集，能夠有效探查物質邊界的深度和類型，并通過雷達圖的形式顯現出來。例如密度較差、脫空等病害會隨著介質的變化，再根據雷達圖電磁放射波的分析，對混凝土鋼筋以及鋼拱架，圍巖空氣層，含水層等病害進行全面的評估。相關技術團隊對于探地雷達技術在隧道襯砌缺陷檢測當中的實際應用進行了有效分析，同時部分專業人員也對地下工程地質雷達超前探測領域進行了系統性的研究，從而大大提升了運營隧道車載探地雷達快速檢測方式的實際檢測準確度和檢測效率。

2.2.2 沖擊彈性波技術

沖擊彈性波技術在隧道襯砌內部病害檢測過程當中應用較為廣泛，主要是利用激振錘激發產生彈性波的原理。彈性波會和襯砌內部混凝土結構產生共振作用，對其共振頻率進行分析，計算出混凝土缺陷位置以及裂縫狀況，同時根據振動產生的應力波傳導方向，可劃分為縱波、橫波以及瑞利波，沖擊彈性波和振動能夠直接反映出混凝土結構缺陷程度以及應力作用狀況。

3 隧道檢測裝備

在開展現代化運營隧道檢測工作的過程中，隧道的病害檢測不僅需要較為先進的檢測方式和檢測技術，同時還需要配備與之相匹配的檢測儀器設備，通過二者的共同作用下，才能保障檢測過程的有效性和通用性。借助各類巡檢設備開展各類病害檢測工作，實現綜合智能化的檢測狀態，是未來隧道襯砌檢測工作主導方向。

3.1 無人機

應用無人機設備，具備較為高效的巡查效果，被廣泛的應用在各個領域當中，其整體結構體積較小，可搭載不同規格的傳感器，實際操作極為簡便，能夠快速準確的收集數據信息，同時也能夠將數據實時的傳輸到數據處理平臺。而數據平臺一旦發現異常狀況便可作出相應預警，動態化的監測隧道病害信息。部分西方發達國家已經將無人機設備應用在了地鐵系統維修的工作當中，有效的對地鐵隧道進行全面巡查。

3.2 巡檢車

在實地隧道檢測工作開展的過程中，移動檢測設備往往具備更高的檢測效率，可廣泛的應用在各個環境當中。相關技術人員可在移動設備當中搭載專業的檢測設備，例如ccd相機，探地雷達，激光掃描儀，對隧道病害進行精準檢測，同時根據設備，相對應的算法軟件，從而對各類數據信息進行有效分析，及時的得到檢測結果。

4 總結

相對于傳統的檢測方式，無損檢測技術具備更高的效率以及更強的精準度，不會對隧道襯砌結構本身造成損害，但在實際應用過程當中存在一定的弊端。例如圖像處理技術在自動化識別方面存在欠缺，而三維激光掃描檢測技術，整體檢測速度較慢，探地雷達技術的圖像解譯過程需要較強的主觀猜想，導致最終的辨識精準度效果不佳。隨著5G時代的快速發展，相關技術部門要推動無損檢測技術的智能化、自動化、以及集成化發展，從而形成一套綜合性的快速檢測手段，為未來隧道檢測領域的研發和進步奠定良好基礎。

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