(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

隧道結(jié)構(gòu)檢測現(xiàn)狀及發(fā)展

張競奇

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院重慶400074)

隧道結(jié)構(gòu)安全是隧道的運營安全的前提，我國要實現(xiàn)從“交通大國”到“交通強國”的發(fā)展，離不開結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)的提高與發(fā)展，本文介紹了交通運營隧道目前應(yīng)用的主要檢測技術(shù)及評價方法，分析了工作中存在的問題，梳理了今后的隧道結(jié)構(gòu)檢測的發(fā)展方向。

隧道；結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)；發(fā)展方向

一、引言

隨著越來越多的隧道的建設(shè)和運營，截至2014年，我國已建成12404座/10756.7公里公路隧道；又據(jù)國家規(guī)劃預(yù)測，未來其規(guī)模仍將持續(xù)增加。因此，我國公路隧道將面臨長期、繁重、艱巨的養(yǎng)護任務(wù)。近年來，雖然我國發(fā)布了最新的公路隧道養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范，公路隧道養(yǎng)護工程技術(shù)和管理技術(shù)也取得了長足進步，但交通的安全性和舒適性也需要相應(yīng)的檢測來提供可靠的支撐和保障。因此對隧道結(jié)構(gòu)的檢測和維護工作也將大大增加。

二、隧道結(jié)構(gòu)檢測評定方法

如何對運營隧道襯砌結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況進行系統(tǒng)評定，全方位評價隧道結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，絕不能僅僅停留在經(jīng)驗法之上，國內(nèi)外許多專家都對此進行了研究。如，S.W.Park提出了缺陷指標(biāo)法，將隧道襯砌結(jié)構(gòu)技術(shù)評定劃分為5級；國內(nèi)羅鑫等也有建立模糊綜合評價模型評價隧道襯砌質(zhì)量的方法，楊建國等通過物元理論、信息熵理論等建立的熵權(quán)元評估模型，劉鵬舉等利用遺傳算法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法，建立隧道結(jié)構(gòu)安全評估模型[1]。我國鐵道部門對既有隧道先后制定了《鐵路橋隧建筑物劣化評定標(biāo)準(zhǔn)》、《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程》和《鐵路運營隧道襯砌安全等級評定暫行規(guī)定》，等針對鐵路隧道病害進行了分類與分級，給出了病害劣化標(biāo)準(zhǔn)、等級評定方法和判定標(biāo)準(zhǔn)。交通運輸部也發(fā)布了《公路隧道養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》JTGH12-2015，對土建結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評定，養(yǎng)護分級方法做了具體科學(xué)的評定。

三、隧道結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)

目前運營隧道結(jié)構(gòu)的檢測，從總體上講，不外乎是人工目測和通過檢測儀器兩種。目前來看，在我國隧道檢測領(lǐng)域人工目測、人工記錄對于隧道外觀(裂縫及滲漏水)等方面檢測還屬于主要方法。通過儀器檢測又可以分為接觸式和非接觸式兩種，主要依據(jù)是否接觸檢測對象來分類。

根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)的特點可以分為襯砌裂縫、襯砌背后缺陷、襯砌厚度、襯砌強度、鋼筋銹蝕、保護層厚度、襯砌變位、襯砌起層剝落及滲漏水等9項指標(biāo)。

1.襯砌強度、鋼筋銹蝕、保護層厚度等通過回彈儀、超聲脈沖等方法已經(jīng)比較成熟。2.襯砌背后缺陷、襯砌厚度等物理性混凝土缺陷，在實際操作中包括地探雷達掃描、紅外線熱成像檢測等。其中，地質(zhì)雷達掃描目前屬于實際應(yīng)用中的主要方法，其可靠性與便捷性被廣大檢測從業(yè)人員認(rèn)可，關(guān)于其科研工作也屬于當(dāng)下熱點。3.對于襯砌變位的檢測，主要有水準(zhǔn)檢測、全站儀檢測和傳感器檢測3種方法。4.隧道內(nèi)輪廓變形檢測方法包括激光掃描、近景攝影檢測、全站儀檢測、傳感器檢測等。其中，全站儀檢測法為傳統(tǒng)方法方便使用；斷面儀漸漸在市場中成為主流方法；近景攝影檢測法和激光掃描檢測法的檢測發(fā)展速度迅猛，其中激光掃描檢測已經(jīng)可以做到實時掃描，實時建模，實時分析，在內(nèi)輪廓檢測方面優(yōu)勢明顯。5.隧道結(jié)構(gòu)表觀檢測主要包括裂縫、混凝土破損、滲漏水、襯砌起層剝落和接頭張開等。主要通過人工目測、激光掃描、近景攝影檢測等；對于滲漏水的檢測，除上述結(jié)構(gòu)表觀病害常用的手段外，又有紅外線熱成像檢測和智能攝像檢測，紅外線熱成像可以快速檢測隧道，智能攝像檢測可以針對重點病害長期檢測。[2]

但我國大部分地區(qū)一直以來以人工檢測為隧道結(jié)構(gòu)檢測的主要方法。但隨著隧道運營里程的發(fā)展，人工檢測方法已不能滿足隧道的檢測要求，存在效率低，可靠性不足，檢測人員存在安全風(fēng)險，影響交通通行等諸多問題。在實際工作中，通過激光掃描車20分鐘采集的表觀裂縫數(shù)據(jù)，人工需要2-3個工日才能完成。因此為了適應(yīng)隧道的建設(shè)和發(fā)展，非常需要研制快速高效的隧道病害檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)隧道病害檢測的高效、準(zhǔn)確。

四、隧道結(jié)構(gòu)檢測工作需求

1.檢測混凝土材料強度，能夠確定不同部位的強度指標(biāo)，并對不同部位材料強度與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性的關(guān)系進行識別判斷。

2.檢測混凝土缺陷，能夠確定空洞、斷層(樁)、裂縫、結(jié)合面不密實等不同缺陷的類型及其位置。其中，重點推動隧道建設(shè)與養(yǎng)護智慧化技術(shù)的發(fā)展，收集記錄大量建設(shè)及檢測數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫，進行大數(shù)據(jù)分析，從而促進隧道建設(shè)技術(shù)的發(fā)展；重點推動隧道快速無損檢測技術(shù)，應(yīng)用和發(fā)展不(少)妨礙隧道交通的病害快速檢測技術(shù)或新型檢測技術(shù)。目前國內(nèi)隧道襯砌地質(zhì)雷達檢測仍處于人工手持地質(zhì)雷達天線密貼襯砌表面的接觸式檢測階段，檢測速度較低，一般為3～5km/h。關(guān)于非接觸式地質(zhì)雷達檢測的科研工作在快速發(fā)展，國內(nèi)外已經(jīng)有廠商和高校公布了相關(guān)成果，但是目前市面上，隧道襯砌的地質(zhì)雷達非接觸式還未應(yīng)用。

3.對重點隱患或重大病害地段開展長期檢測自動化技術(shù)研究與示范推廣，重視隧道自動化監(jiān)測技術(shù)研究，對重點區(qū)段進行實時長期監(jiān)測，進而為實時智能預(yù)警和主動安全防控提供支撐。

4.對于隧道表觀病害檢測，整合國內(nèi)技術(shù)資源，加強國產(chǎn)化檢測車研發(fā)力度，滿足國內(nèi)隧道檢測需求，并追蹤國際先進研究領(lǐng)域，在條件許可的情況下，進行現(xiàn)場試驗。

5.針對隧道多發(fā)滲水問題，在傳統(tǒng)“防、堵、截”水技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強富水地層準(zhǔn)確定位及快速處治關(guān)鍵技術(shù)。

6.發(fā)展服役于隧道智能養(yǎng)護系統(tǒng)的隧道日常巡查裝備技術(shù)，針對目前隧道長期維護人員巡檢不方便，巡檢工作形式化等特點，適時發(fā)展服役于隧道智能養(yǎng)護系統(tǒng)的隧道日常巡查裝備技術(shù)，提高檢測手段的機械化，減少人力投入。

在不斷提高隧道裂縫和滲漏水等結(jié)構(gòu)表觀病害或缺陷的檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)積極開展對隧道內(nèi)潛在掉塊、路面缺陷、照明質(zhì)量以及襯砌厚度不足、襯砌背后空洞等影響隧道運營安全的多維度集成檢測技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。

還應(yīng)大力推行和實施機械化、快速化以及無損的養(yǎng)護和檢測手段，例如日本上世紀(jì)80年代就已開發(fā)并使用能自動清洗襯砌外表和燈具等的多功能車，我國率先引進的基于紅外和激光的多功能隧道三維掃描車也系引自德國。

五、結(jié)語

我國應(yīng)推動技術(shù)資源的整合，開展對隧道內(nèi)潛在掉塊、路面缺陷、照明質(zhì)量以及襯砌厚度不足、襯砌背后空洞等影響隧道運營安全的多維度集成檢測技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。開展隧道結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)長期監(jiān)測技術(shù)的研究，利用攝像技術(shù)、計算機技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)重點區(qū)段的智能監(jiān)控，云端處理，全天候保障。發(fā)展和完善隧道建設(shè)與養(yǎng)護智慧化技術(shù)，利用計算機大數(shù)據(jù)技術(shù)，掌握龐大建設(shè)及檢測的數(shù)據(jù)信息，并且對這些含有意義的數(shù)據(jù)進行專業(yè)化處理，從而反向優(yōu)化設(shè)計，提高隧道建設(shè)水平，從源頭上減少后期養(yǎng)護消耗。發(fā)展服役于隧道智能養(yǎng)護系統(tǒng)的隧道日常巡查裝備技術(shù)，針對目前隧道長期維護人員巡檢不方便，巡檢工作形式化等特點，適時發(fā)展服役于隧道智能養(yǎng)護系統(tǒng)的隧道日常巡查裝備技術(shù)，提高檢測手段的機械化，減少人力投入。

[1]張素磊.運營隧道襯砌結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況的評定方法研究[J].北京交通大學(xué)學(xué)報，2013，37(4):20-23.

[2]王婷.上海軌交隧道結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)探析[J].地下工程與隧道,2014，1:17-19

張競奇(1992-)，男，河南安陽人，在讀研究生，研究方向隧道及地下工程健康診斷。