隧道檢測方法之隧道襯砌質量檢測方法

1、現場鑽孔法
2、襯砌混凝土（tǔ）強度檢測回彈法
混凝土（tǔ）是隧道工程建設使用最（zuì）為廣泛的建（jiàn）築（zhù）材料。混凝土質量的優劣影響到隧道襯砌結構的適（shì）用性、安全性（xìng）和耐久性,並直（zhí）接製約著（zhe）隧道工程經濟和社會效益的發揮。混凝土襯砌的質量檢控中,強度保證是基（jī）本要（yào）求。但是混凝土作為（wéi）多相、多組分的複雜材料體係,在製造過程中,其強度易受到配料、攪拌、成型、養護等多種工藝環（huán）節的（de）影響（xiǎng）,如技術疏忽或管理不嚴,便極易造成（chéng）質量隱患,甚至釀成工程事故。因此（cǐ）在建隧（suì）道的施工質量檢控和已建隧道襯砌的健康診斷中,混凝土的強度檢測十分必（bì）要。
然（rán）而傳統的混凝土強度檢測方法,無論是利用與現場同條件製作、養護的預留試塊進（jìn）行（háng）隧道襯（chèn）砌的混凝（níng）土強度檢測,還是現場鑽孔取芯進行強度檢測,對於隧道工程而言,弊（bì）端皆十分明顯,兩（liǎng）者的應（yīng）用前景都不甚廣闊。迄今為（wéi）止,隧道襯（chèn）砌強度檢測的適宜方法,國內外也鮮有報道。隨著我國高等級公路建設的迅速發展,公路隧道的數量和規（guī）模日益增加。所以,針對隧道工程的特（tè）點,尋求安全、經濟（jì）、簡（jiǎn）便有（yǒu）效的混凝土襯砌的強度檢測方法以應工程之需,具（jù）有較大的經濟價值和社會效益。本文嚐試著將回彈法、超聲—回彈綜合法引入某公路隧道襯砌的強度檢測,以期從無損檢測這一角度對這些方法進行比較研究。
（1）隧道襯砌的特點與檢測方法（fǎ）的建立
回彈法和超聲回彈綜合法（fǎ）對房屋和橋梁（liáng）等建築結構（gòu）的強度檢測（cè）,國家及有關（guān）部門已（yǐ）經頒布有相關的規範與標（biāo）準,使（shǐ）強度（dù）檢（jiǎn）測的精度和可靠性有了科學的程序和公認（rèn）的檢測方法。而這些程序和方法都是在對建築結構的安全和可靠性評估方法、結構和（hé）材料（liào）的檢測技術、結構的設計計算（suàn）分析（xī）模型進（jìn）行全（quán）麵深入的（de）研究基礎（chǔ）上（shàng）製定的。公路隧道與這（zhè）些建築結構在材料、功能、力學（xué）性能和設計方法上有許多的共同點,因此回彈法（fǎ）和超聲回彈（dàn）綜合法對建築結構進行強度檢測的程序、方法、和分析計算的基本原理可以有選擇應用到公路隧道的強度（dù）檢測當中（zhōng）。但是,與常規的建築結構相比,公路隧道還具有一些自身獨（dú）有（yǒu）的特點。公路隧道屬（shǔ）於地下半隱蔽工程,跨度大,穿（chuān）越（yuè）的地質條件複雜多變,襯（chèn）砌形式種類多。由於隧道結構和圍岩之（zhī）間複雜的相互作用,襯砌的荷載（zǎi）分布至今都（dōu）是一個在（zài）理（lǐ）論上遠未解決的問題。對於公路隧道而言,圍岩類別和襯砌形式不同（tóng）的地段,襯砌內部的應力分（fèn）布不同。即使在同一地段,岩層產狀和岩（yán）性的差異,也可導致隧道（dào）的不同部位如拱頂、拱腰和拱腳等,其應（yīng）力分布（bù）和變形特點發生變化。實（shí）際上,公路隧道經常處於一（yī）定的地（dì）下水環境中,水往往是混凝土襯（chèn）砌劣化的主要因素。已有的回彈法和超聲回彈綜合（hé）法（fǎ）都是通過製備各種標號（hào）的混凝土試件,分別進行大量的回彈、超聲和單軸抗壓（yā）強度試（shì）驗,建立回彈值、聲速和強度的相關關係,得到（dào）回（huí）彈（dàn）測強基準曲線和（hé）超聲（shēng）回彈測（cè）強基準曲線,進而間接（jiē）推定混凝土（tǔ）強度的。實際上,在試驗室進行回彈和聲速測試時,都是（shì）在（zài）試（shì）件含水量可控製的範圍內和零（líng）應力狀態下測試（shì）的,而公路隧（suì）道卻相反,它總是處（chù）於一（yī）定的應（yīng）力狀態和含有（yǒu）一定的地下水。由於這（zhè）些基礎條件的差異,在隧道混凝（níng）土（tǔ）強度檢測中,鑽（zuàn）芯法必不可少,它的結果直觀、準確、代表性強,可用來對回彈法和綜合法（fǎ）結果進行校正,以提高檢測的可（kě）靠性（xìng）。但是（shì）,鑽芯法屬（shǔ）於半破損檢（jiǎn）測方法,隧道襯砌是隧道工程主要的承重（chóng）結（jié）構和最後的防水措施。對襯砌鑽孔,必然造成結構（gòu）的局部損傷,可影響到襯砌的整體性和剛度,也影響著隧道（dào）的美觀,且造價昂貴。故鑽孔數量不能太多,難（nán）以用來對整條隧道進（jìn）行綜合評判和推（tuī）定,隻能用於對回彈法和綜合法進行（háng）強度（dù）校核,對（duì）混凝（níng）土的強度檢測起著以點控麵的（de）作用。
由於公路隧道隻有一個麵暴露在外（wài）,其內（nèi）部缺陷和潮濕程度等（děng）無（wú）法觀察,回彈法和綜合法測試時隻（zhī）能采（cǎi）取沿麵測試方法,這也加大了測試工作的難度。在橫斷
麵上,公路隧道襯砌按（àn）同一模板（bǎn）長度澆注成型,在整個橫斷（duàn）麵上形成完整的（de）拱圈。所以,拱圈是隧道襯砌的基本結構,在（zài）公路（lù）隧道混凝土襯砌的（de）強度檢測中,以同一（yī）橫斷麵（miàn）上的拱圈為檢測單元（yuán）,是回彈法（fǎ）和綜合法的首選方（fāng）式。對於隧道而言,拱頂、拱腰和拱（gǒng）腳是（shì）關（guān）鍵的受力部位,其強度的滿足與否,直（zhí）接關係到結構的（de）變形大小與（yǔ）穩定性,故橫斷麵的強度檢測中,應分別將（jiāng）它們作為獨立的測區,進（jìn）行單獨評價。
回（huí）彈（dàn）法是混凝土強度無損檢測的一種基本方法。它是通過回彈值測試混凝土表層硬度(主要（yào）是砂漿部分的（de）強度)來由表（biǎo）及裏（lǐ）地間接推定（dìng）混凝土強度（dù）的。它操作簡便,重複性強,價格便宜,對（duì）襯砌質（zhì）量不（bú）產生破壞,在檢測（cè）混凝土的勻質（zhì）性方麵優勢明顯。但是,回彈（dàn）法也有其不足之處,如低（dī）強度混凝土,受力（lì）時易產生塑性變形,表麵彈性（xìng）不足,對回彈法測強不敏感。對於內外質量不一的混凝土,回彈法測強結果隻能代表襯砌表層一定深度範（fàn）圍內（nèi）的混凝土。不同型號的回彈儀,測試厚度不一,現場測試時,必須根據襯砌厚度靈活選用合適的回彈儀。
超聲回（huí）彈綜合法是利用低頻超聲波儀和回彈（dàn）儀對結構或構（gòu）件（jiàn）同一測區進行原位（wèi）聲（shēng）速和回彈測試,利用已建立起來的全國統一測強曲線,推算該測區混（hún）凝土抗壓強度的一種方法。較（jiào）之於單一的回彈法和超聲法,綜合測強法具有明顯的（de）優勢。襯砌混（hún）凝土的齡期和含水率都對回彈值和聲速有著明顯的影響,但在綜合測強方法中,齡期（qī）、含水率兩個因素對回彈值和聲速（sù）的影響卻能在相當程度上相互抵消,從而能較大地提高強度（dù）測試的（de）準確性與可靠性。如上所述,回彈法對低強度混凝土測試不敏感,單純的聲速法（fǎ）卻對高強度混凝土反映不靈敏,而將兩者結合起來的超聲-回彈綜合法,既能將混凝土（tǔ）內外質量檢測結合（hé）起來,又能在較低或較高強度區彌（mí）補各（gè）自的不足,所以,綜合測試（shì）能較全麵地反映混凝土襯砌的（de）整體質量,提高無損檢測混凝（níng）土強度的精度。
(2) 工（gōng）程應用及結果分析
某隧道（dào）全長656m,於1992年底建成通車。隧道設計（jì）為雙（shuāng）向四車道,進出口洞門均（jun1）采用翼牆形式,洞（dòng）身支護形式為曲牆式。隧（suì）道襯（chèn）砌（qì）采（cǎi）用模板澆注,插（chā）入式振搗器振搗,設計強度（dù）為C20。該隧道襯砌表麵蜂窩、麻麵較為常見（jiàn）;隧道輪廓異形（xíng）現象比較多,內凹或（huò）外凸（tū）較為明顯;多（duō）數地段的橫斷（duàn）麵輪（lún）廓也不甚（shèn）平整光滑,模板縱橫縫間的錯位較嚴（yán）重（chóng）;在整個長度範圍內,隧（suì）道混凝土襯砌的開裂和滲漏水等病害較為發育,局部（bù）區段（duàn）比較嚴重,主要集中在隧洞進出口部位和（hé）隧道右側,有的地段（duàn）兩者較之於鑽芯法結果,其波動幅度分（fèn）別為6.3%和0.4%。鑽芯法和回彈、綜合法的結果相一致表明,回彈法和超聲回彈綜合法的正確應用,是可以用來檢測隧道混凝土襯砌的強度的,並（bìng）且可以保證其精度和可靠性（xìng）。
根據設計資料,該隧道襯砌混凝土為200號防滲混凝（níng）土,相當於新（xīn）規範C18的（de）混（hún）凝土。因此,如果各測點由回彈法、綜（zōng）合法或鑽芯法獲得的推定抗壓強度或混凝土強度代（dài）表值大（dà）於或等於18MPa,即可判定該處混凝土強度為合格。由強（qiáng）度分布圖可以看（kàn）出:從判定混凝土強度（dù）是否合（hé）格這一（yī）角度來看,三種方法的（de）檢測（cè）結果（guǒ）是完全一（yī）致的,回彈（dàn）法和綜合法評價結（jié）果與相應的鑽芯法並沒有差別。就整體而言,不同檢測方法的測試結果都表明（míng）,隧道襯砌的（de）強度大都滿足設計要求,達到了18MPa。但局部地段的（de）強度明顯不夠,最小的僅有10MPa,遠未（wèi）達（dá）標。如裏程360m~500m範圍內的左拱腳、左拱腰部位和440m處的右拱腰部分,三種（zhǒng）方法所
得的（de）強度都遠小於18MPa,判定結果為該處襯砌（qì）強度不合格,三者結論全部一致。同時,對該隧道（dào）的現場調查（chá）、地質雷達和（hé）斷麵（miàn）輪廓測試資料的研（yán）究表明:隧（suì）道襯砌強度的檢測結果,其分布規律同變形形式、裂縫的分布（bù）情況和襯砌滲漏水特點是比較一致的。這一結（jié）論,從（cóng）另（lìng）一方麵,也反（fǎn）證了回（huí）彈法和（hé）超（chāo）聲回彈綜合法在襯砌強度檢（jiǎn）測方麵應用的（de）可靠性和精度。
(3) 回彈法操作要點
1）檢測時（shí）回彈儀軸線始終垂直於測區所在區；
2）測區範圍0.2*0.2m2，測點均（jun1）勻布置；
3）每測區取16個回彈（dàn）值，每個讀數精確到1；
4）回彈值的確定（dìng）：16個值中，剔除3個（gè）最大值、3個最小值，求其平均值；
5）在有代表性的測區進行碳化深度測定，一般不少於30%的測區；
6）碳化深度試驗所用的（de）溶液為1%的酚酞灑精溶液；
7）對回彈值影響最大的因素是碳化（huà）和齡期；
8）回彈值的率定（dìng）值為80±2