鐵路隧道襯砌混凝土施工質量后期檢測和評價

孫藝雄

（中鐵一局集團第四工程有限公司，陜西咸陽 712000）

1 雷達無損檢測

1.1 檢測儀器

采用美國（GSSI）制造的SIR-4000型地質雷達，及400MHz、900MHz屏蔽天線；中國電波傳播研究所生產的LTD 2000型地質雷達，及400MHz、900MHz屏蔽天線，檢測隧道襯砌質量。

1.2 檢測原理

地質雷達工作原理如圖1所示。

圖1 地質雷達工作原理圖

1.3 檢測內容

地質雷達法主要針對襯砌背后空洞、脫空、不密實、欠厚及鋼筋和鋼拱架分布不均等缺陷進行掃描檢測[1]。

1.4 注意事項

（1）現場踏勘。在檢測前，應進一步對隧道現場進行確認，在資料收集的基礎上，對待檢隧道進行現場踏勘，主要包括查驗收集到的資料是否真實準確、檢測里程是否滿足檢測條件、記錄待檢段落內對檢測工作有影響的環境干擾因素，為數據分析處理提供參考依據。通過對現場的踏勘資料分析，針對各種不利因素制定相應的解決措施，將這些不利因素的影響降到最低。與現場對接，確定待檢隧道具體里程位置，若發現待檢隧道內有妨礙檢測車通行的情況，督促現場進行清除障礙工作，確定待檢隧道電磁波波速標定位置[2]。

（2）介電常數（εr）的確定。通過對已知厚度的部位（隧洞口）標定，確定適合隧道二襯混凝土的相對介電常數εr值，εr值在8.0～9.0范圍。

1.5 檢測成果

1.5.1 混凝土厚度的檢測

混凝土與圍巖間會存在明顯的反射層，可以利用反射層探明二襯混凝土的厚度。

1.5.2 二襯缺陷及襯砌背后缺陷

在混凝土內存在不密實以及背后存在空洞（脫空）時，根據地質雷達剖面圖上反映的信息進行判斷。

《鐵路隧道襯砌質量無損檢測規程》（TB10223-2004）中涉及“不密實”的內容，“襯砌混凝土背后存在不密實時地質雷達剖面圖上的波形雜亂，同相軸呈繞射弧形，且不連續較分散”。檢測人員在實際檢測中發現，不密實分不同的類型，經打孔、取芯驗證，將“不密實”細分為“襯砌內部不密實”和“襯砌背后不密實”兩類[3]。其一，襯砌內部不密實。初期支護、二襯混凝土內部全部充滿混凝土，但混凝土空隙率較大。混凝土內空隙深度及直徑一般小于5cm的，即屬于不密實。其二，襯砌背后不密實。初期支護超挖回填部分全部用規定填料回填，但填料空隙率較大，空隙深度及直徑一般不大于5cm的，即屬于不密實；初期支護、防水板、二襯混凝土之間結合不緊密，空率較大，空隙深度一般不大于5cm的，即屬于不密實。

在實際檢測中存在空洞時，通過打孔驗證。襯砌內部或襯砌背后未回填或部分回填，造成襯砌內部或初支背后與圍巖之間以及二襯背后與初期支護之間有明顯空隙、空腔和空洞，未回填深度及直徑一般大于10cm的，即屬于空洞。空洞可以分為襯砌背后空洞（二襯背后與初期支護之間空洞）、初支背后空洞（初支背后與圍巖之間空洞）[4]。

襯砌界面與初支界面之間空隙過大時，襯砌界面反射信號強，三振相明顯，雷達圖像顯示為“白-黑-白”三道間隔，定義為脫空。襯砌內部或襯砌背后未回填或部分回填，造成襯砌內部或初支背后與圍巖之間以及二襯背后與初期支護之間有明顯空隙、空腔和空洞，未回填深度一般大于5cm且不大于10cm的，即屬于脫空。脫空可以分為初支背后脫空（初支背后與圍巖之間脫空）、襯砌背后脫空（二襯背后與初期支護之間脫空），TB10223-2004中對“空洞”和“脫空”沒有區分。脫空雷達圖例如圖2所示，空洞雷達圖例如圖3所示。

圖2 脫空雷達圖例

圖3 空洞雷達圖例

1.5.3 雷達檢測成果表

某隧道以拱頂、拱頂偏左右50cm，左右拱腰共5條測線累計1515m，缺陷共38處，經打孔驗證符合35處，準確率為92%，缺陷長度累計197.86m，占測線的13.06%。

2 二襯、仰拱取芯檢測

2.1 取芯檢測注意事項

（1）結構受力較小的部位。

（2）混凝土質量有代表性的部位。

（3）鉆孔中心距結構或構件邊緣不宜小于150mm。

（4）便于鉆芯機安放與操作的部位。

（5）避開主筋、預埋件和管線的位置。

2.2 檢測內容及成果

（1）抽檢二襯、仰拱混凝土強度和厚度。

（2）驗證地質雷達掃描結果，檢查芯樣是否密實、仰拱回填是否有夾泥、底部是否有虛渣等。

（3）取芯、測量厚度、觀察芯樣、強度照片。

（4）通過對二襯、仰拱抽樣取芯和地質雷達檢測，及時掌握仰拱施工質量，對強度和回填不合格的仰拱進行拆除重做，避免通車后的安全隱患。

3 敲擊檢測

3.1 檢測原理

在隧道襯砌檢測中，敲擊檢測主要靠人為經驗，但也是有跡可循的一種檢測手段，結合地質雷達檢測結果，通過敲擊檢測增大檢測范圍。

3.2 檢測內容及成果

（1）通過有經驗的人敲擊隧道襯砌表面的聲音，辨別襯砌內部是否有空洞、空腔缺陷。

（2）人工觀測檢查襯砌掉塊、裂紋、滲漏水、露筋、蜂窩麻面等質量缺陷和病害[5]。

（3）敲擊檢測和地質雷達無損檢測統計對比。無損檢測和人工敲擊檢測對比表見表1。

表1 無損檢測和人工敲擊檢測對比表

（4）通過隧道襯砌人工敲擊檢查，可對隧道襯砌病害及早發現并進行整治，并對無損檢測資料進行針對性驗證，從而降低運營期間拱部襯砌剝落掉塊的風險[6]。

4 裂縫檢測

（1）檢測儀器：裂縫寬檢測儀、非金屬超聲檢測儀、鋼卷尺等。

（2）檢測內容：通過目測檢查裂縫外觀形態、分布特征；采用裂縫寬檢測儀檢測裂縫寬度；采用非金屬超聲檢測儀檢測裂縫深度。

（3）注意事項：1）適用于單側裂縫，不適用雙面貫穿裂縫；2）裂縫不能有積水、泥漿；3）裂縫縱向深度走向與混凝土表面基本垂直；4）混凝土表面清潔平整；5）換能器（探頭）通過耦合劑與混凝土表面耦合；6）兩個換能器（探頭）的連線方向不宜與混凝土內部的鋼筋走向平行。

（4）檢測成果：1）裂縫寬度和深度的照片資料；2）現場裂縫調查主要以觀察和利用裂縫寬檢測儀和非金屬超聲檢測儀為主，根據裂縫的形態特征分析裂縫的成因，為診斷隧道的健康狀態提供依據；3）裂縫的檢查通過現狀檢測和長期觀測掌握和確定裂縫的變化狀態。

5 評價方法

（1）隧道襯砌缺陷分類見表2。

表2 隧道襯砌缺陷分類表

（2）根據《鐵路運營隧道襯砌安全等級評定暫行規定》鐵運函[2004]174號，隧道襯砌存在缺陷時，可將缺陷劃分為輕微、較嚴重、嚴重、極嚴重4個等級。

6 結論

（1）通過研究地質雷達對隧道襯砌缺陷的檢測，結合取芯、鉆孔對無損檢測結果的驗證，證實了雷達無損檢測方法的應用效果和可靠性。

（2）通過研究地質雷達和敲擊比對檢測，顯示雷達無損檢測法的不足之處，只有5條測線，但優點也很明顯，具有效率高、檢測深度大等特點。

（3）本次檢測研究引用構件裂縫檢測儀檢測隧道襯砌裂縫，效果明顯，對隧道襯砌裂縫的監測有重大意義[7]。

通過本次檢測研究學習，針對現行規范對隧道襯砌背后缺陷問題的描述不細致問題，結合建鐵路隧道現場地質雷達檢測結果，以及檢測發現問題是否需要進一步處理的必要性，將襯砌背后脫空缺陷從不密實缺陷中劃分出來。將“不密實”細分為 “襯砌內部不密實”和“襯砌背后不密實”；將“脫空”引入缺陷概念，即以空腔的長度范圍區分“空洞”和“空隙”。不密實缺陷只能在以后的施工中通過改善施工工藝避免,而無需返工處理。明確缺陷的定義，便于決策者根據檢測結果選擇更加科學的隧道缺陷處理措施。