隧道土建結(jié)構(gòu)檢測(cè)項(xiàng)目及無(wú)損檢測(cè)方法的應(yīng)用

1、隧道土建結(jié)構(gòu)檢測(cè)項(xiàng)目及無(wú)損檢測(cè)方法的應(yīng)用2017年4月1一、隧道基本知識(shí)二、隧道土建結(jié)構(gòu)檢測(cè)內(nèi)容項(xiàng)目三、無(wú)損檢測(cè)方法在土建結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的應(yīng)用2一、隧道一些基本 知識(shí)31.1 隧道分類（1）山嶺隧道、城市隧道、水下隧道 （2）短隧道、中隧道、長(zhǎng)隧道、特長(zhǎng)隧道（3）分離式、小凈距、邊拱隧道41.2 公路隧道的主要特點(diǎn)1、斷面大 2、形狀扁平3、圍巖條件復(fù)雜 4、結(jié)構(gòu)受力不確定5、開(kāi)挖不可預(yù)見(jiàn)的因素多6、施工環(huán)境差 7、隱蔽工程多8、需要運(yùn)營(yíng)通風(fēng) 9、需要運(yùn)營(yíng)照明10、防水要求高。51.3 隧道常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題及病害現(xiàn)象隧道滲漏水襯砌開(kāi)裂襯砌厚度不足襯砌背后空洞及不密實(shí)現(xiàn)象混凝土劣化、強(qiáng)度不足路面隆起、下

2、沉、開(kāi)裂照明亮度不足，懸掛件銹蝕、松動(dòng)、脫落、缺失，附屬設(shè)施損壞（機(jī)電方面）6二、隧道土建結(jié)構(gòu) 檢測(cè)內(nèi)容、項(xiàng)目7土建結(jié)構(gòu)主要是指隧道的各類土木建筑工程結(jié)構(gòu)物，包括洞口邊仰坡、洞門(mén)、襯砌、路面、防排水設(shè)施、斜（豎）井、檢修道及風(fēng)道等結(jié)構(gòu)物。運(yùn)營(yíng)中隧道土建結(jié)構(gòu)檢測(cè)分為：經(jīng)常性檢查、定期檢查、應(yīng)急檢查和專項(xiàng)檢查等四類。82.1 隧道土建結(jié)構(gòu)定期檢測(cè)內(nèi)容洞口、洞門(mén)、襯砌結(jié)構(gòu)、襯砌滲漏水、路面、檢修道、排水設(shè)施、吊頂及預(yù)埋件、內(nèi)裝飾、交通標(biāo)志標(biāo)線92.2 隧道土建結(jié)構(gòu)應(yīng)急檢測(cè)內(nèi)容 應(yīng)急檢查是在隧道遭遇自然災(zāi)害（地震、火害、洪水等）、發(fā)生交通事故或出現(xiàn)其它異常事件后，為了查明缺損狀況、采取應(yīng)急措施，而對(duì)遭

3、受影響的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的詳細(xì)檢查。 應(yīng)急檢查的內(nèi)容和方法原則上應(yīng)與定期檢査相同，但應(yīng)針對(duì)發(fā)生異常情況或者受異常事件影響的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)部位做重點(diǎn)檢查，以掌握其受損情況。102.3 隧道土建結(jié)構(gòu)專項(xiàng)檢測(cè)內(nèi)容專項(xiàng)檢測(cè)是根據(jù)經(jīng)常性檢查、定期檢查和應(yīng)急檢查的結(jié)果，對(duì)于需要進(jìn)一步查明缺損或病害產(chǎn)生原因而進(jìn)行的更深入的專門(mén)檢測(cè)，其目的是為了制訂病害處治方案提供基礎(chǔ)資料，更多情況是針對(duì)破損或病害局部開(kāi)展的檢查。檢查的項(xiàng)目、內(nèi)容及其要求，應(yīng)根據(jù)經(jīng)常檢查、定期檢查或應(yīng)急檢查的結(jié)果有針對(duì)性地確定。11（1）結(jié)構(gòu)變形檢查（2）裂縫檢查（3）漏水檢查（4）材質(zhì)檢査（5）襯砌及圍巖狀況檢査（6）荷載狀況檢査12三、無(wú)損檢測(cè)方法在

4、隧道土建結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的應(yīng)用13 無(wú)損檢測(cè)的定義：在不破壞試件的前提下，以物理或化學(xué)方法為手段，對(duì)試件內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)進(jìn)行檢查和測(cè)試的方法。 隧道土建結(jié)構(gòu)檢測(cè)中，應(yīng)根據(jù)受檢結(jié)構(gòu)體的物理化學(xué)性質(zhì)以及檢測(cè)內(nèi)容、目的，選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法和手段。14隧道襯砌是公路隧道中關(guān)系到結(jié)構(gòu)安全和運(yùn)營(yíng)安全最重要的土建結(jié)構(gòu)，是重要的支護(hù)措施，隧道防水工程的最后一道防線，也是隧道外觀的直接體現(xiàn)者。隧道襯砌質(zhì)量的好壞對(duì)隧道的長(zhǎng)期穩(wěn)定，使用功能的正常發(fā)揮以及外觀美均有重大影響。隧道襯砌常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題有：混凝土開(kāi)裂和內(nèi)部缺陷、混凝土強(qiáng)度不夠，襯砌厚度不足，混凝土結(jié)構(gòu)不密實(shí)，背后存在空洞和鋼筋銹蝕等等。153.1 襯

5、砌結(jié)構(gòu)材質(zhì)狀況的無(wú)損檢測(cè)方法 通過(guò)襯砌材質(zhì)的檢查，了解其是否滿足結(jié)構(gòu)性能、受力穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)耐久性等，同時(shí)通過(guò)檢查掌握材質(zhì)是否存在劣化的作用環(huán)境和劣化發(fā)展速度。 襯砌材質(zhì)檢測(cè)包括混凝土和鋼材兩種材料的檢測(cè)，有混凝土強(qiáng)度、鋼筋銹蝕程度以及對(duì)鋼筋腐蝕活化作用的各種影響因素（如襯砌混凝土碳化深度、氯離子含量、電阻率和保護(hù)層厚度）的檢測(cè)等。163.1.1 襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)常用混凝土強(qiáng)度無(wú)損檢測(cè)方法：回彈法、超聲法和超聲回彈綜合法。有資料表明，若以95%可信度水平來(lái)衡量現(xiàn)場(chǎng)混凝土強(qiáng)度預(yù)測(cè)的最大精度，超聲法誤差約為20%，回彈法25%，綜合法15%以內(nèi)。17與單一回彈或超聲法相比，綜合法具有受混凝土齡

6、期和含水率的影響小，測(cè)試精度高、適用范圍廣、能較全面反映結(jié)構(gòu)混凝土整體實(shí)際質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，在工程質(zhì)量事故的處理和鑒定中廣泛應(yīng)用。18隧道中強(qiáng)度檢測(cè)的特點(diǎn)和改進(jìn)方法在隧道中，只有單一測(cè)試面，無(wú)法進(jìn)行聲速的對(duì)測(cè)或斜測(cè)。因此，在隧道襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度無(wú)損檢測(cè)中的回彈法、超聲法、超聲回彈綜合法等均只能反映襯砌表層混凝土的抗壓強(qiáng)度。改進(jìn)方法：鉆芯修正聲速測(cè)試時(shí)保持同一測(cè)距且不大于1m測(cè)區(qū)數(shù)量和位置考慮隧道襯砌施工工藝等193.1.2 鋼筋銹蝕電位檢測(cè)鋼筋銹蝕是影響結(jié)構(gòu)物耐久性的主要因素之一，鋼筋銹蝕程度逐步嚴(yán)重直接影響到結(jié)構(gòu)物的安全使用。半電池電位法是指利用混凝土中鋼筋銹蝕的電化學(xué)反應(yīng)引起的電位變化來(lái)測(cè)定鋼

7、筋的銹蝕狀態(tài)。通過(guò)測(cè)定鋼筋/混凝土半電池電極與在混凝土表面的銅/硫酸銅參考電極之間電位差的大小，來(lái)評(píng)定混凝土中鋼筋的銹蝕活化程度。202122檢測(cè)實(shí)例測(cè)區(qū)共檢測(cè)20個(gè)測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)矩陣和等值線圖233.1.3 混凝土中氯離子含量的測(cè)定與評(píng)定 混凝土中的氯離子可誘發(fā)并加速鋼筋誘蝕，測(cè)量混凝土中氯離子含量可間接評(píng)判鋼筋銹蝕活化的可能性?；炷林新入x子含量越高，鋼筋發(fā)生銹蝕的可能性越大。 氯離子含量測(cè)定方法比較簡(jiǎn)便的有兩種：試驗(yàn)室化學(xué)分析法和滴定條法。滴定條法可在現(xiàn)場(chǎng)完成氯離子含量的測(cè)定。因需要鉆芯取樣進(jìn)行測(cè)試，方法不是嚴(yán)格屬無(wú)損檢測(cè)的范疇。24253.1.4 混凝土碳化深度檢測(cè)與評(píng)定配筋混凝土構(gòu)件

8、中的鋼筋通常由于堿性混凝土環(huán)境的保護(hù)而處于鈍化狀態(tài)，混凝土碳化將造成鋼筋失去堿性混凝土環(huán)境的保護(hù)，鋼筋就易發(fā)生銹蝕。通過(guò)測(cè)試混凝土的碳化深度，并結(jié)合鋼筋保護(hù)層厚度狀況，可評(píng)判混凝土碳化對(duì)鋼筋銹蝕的影響。測(cè)試方法：酸堿指示劑（酚酞溶液）法263.1.5 鋼筋分布及保護(hù)層厚度檢測(cè)與評(píng)定混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用包括兩個(gè)方面：一是混凝土的高堿性使鋼筋表面形成鈍化膜;二是保護(hù)層對(duì)外界腐蝕介質(zhì)、氧氣及水分等滲入的阻止作用。后一種作用主要取決于混凝土的密實(shí)度及保護(hù)層厚度。因此，混凝土保護(hù)層厚度及其分布均勻性是影響結(jié)構(gòu)鋼 筋耐久性的一個(gè)重要因素。27鋼筋分布及保護(hù)層厚度的計(jì)算與評(píng)定檢測(cè)方法：電磁感應(yīng)法和雷達(dá)法2

9、83.1.6 混凝土電阻率的檢測(cè)與評(píng)定混凝土電阻率反映了混凝土的導(dǎo)電性能，可間接評(píng)判鋼筋的可能銹蝕速率。通?；炷岭娮杪试叫。炷翆?dǎo)電的能力越強(qiáng)，鋼筋鎊蝕發(fā)展速度越快，擴(kuò)散能力強(qiáng)；混凝土電阻率大，若鋼筋發(fā)生銹蝕，則發(fā)展速率慢，擴(kuò)散能力弱。因此，測(cè)量混凝土電阻率是對(duì)鋼筋狀況進(jìn)行檢測(cè)評(píng)定的一項(xiàng)目重要內(nèi)容。被測(cè)構(gòu)件或部位的測(cè)區(qū)數(shù)量不宜少于30個(gè)29混凝土電阻率四電極阻抗測(cè)量法303.1.7 超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷結(jié)構(gòu)混凝土缺陷主要涉及的檢測(cè)內(nèi)容包括：混凝土內(nèi)部空洞和不密實(shí)區(qū)有位置與范圍、裂縫深度、表層損傷厚度、以及不同時(shí)間澆筑的混凝土結(jié)合面的質(zhì)量等等。常見(jiàn)的檢測(cè)方法有地質(zhì)雷達(dá)法、沖擊-回波法、超聲

10、波法等。超聲波法是最常用的一種方法。31（1）基本原理（2）判斷的基本依據(jù)：1） 聲時(shí)（聲速）2） 波幅的變化3）主頻（或頻譜）的變化4） 波形畸變32（3）測(cè)試方法測(cè)試方法總體分為兩類： 第一類采用厚度式換能器（平面探頭）進(jìn)行平面測(cè)試；第二類采用徑向振動(dòng)式換能器進(jìn)行鉆孔測(cè)試。平面測(cè)試方法有對(duì)測(cè)法、斜測(cè)法和單面平測(cè)法。混凝土不密實(shí)區(qū)和空洞、結(jié)合面質(zhì)量檢測(cè)采用對(duì)測(cè)法或斜測(cè)法，或兩者相結(jié)合。表層損傷一般采用單面平測(cè)法。3334（4）混凝土不密實(shí)區(qū)和空洞檢測(cè)測(cè)試方式及要點(diǎn)判斷的聲參量變化為：聲時(shí)延長(zhǎng)，聲速降低，波幅下降，主頻降低，波形畸變。超聲測(cè)缺的二個(gè)特點(diǎn)：間接測(cè)量、對(duì)比性測(cè)試 多點(diǎn)測(cè)試 對(duì)聲參量

11、要區(qū)分正常的離散和由缺陷引起的異常必須要有一個(gè)量化的判定標(biāo)準(zhǔn) 。采用數(shù)量統(tǒng)計(jì)確定異常點(diǎn)，之后多參量綜合分析并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況作出最后的判定。35（5）結(jié)合面測(cè)試及判定要點(diǎn)36（6）表面損傷層厚度測(cè)試要點(diǎn)：當(dāng)T、R較近時(shí)，首波聲時(shí)對(duì)應(yīng)由損傷層傳播的聲波，當(dāng)T、R間距加大時(shí)，首波聲時(shí)為由正常砼傳播的聲波。分析步驟：作時(shí)-距圖： 拐點(diǎn)前為損傷混凝土“時(shí)-距”圖，拐點(diǎn)后為無(wú)損傷混凝土“時(shí)-距”圖。利用拐點(diǎn)前后直線的斜率求出各層砼的聲速值，計(jì)算損傷層厚度。373.2 裂縫檢測(cè)運(yùn)營(yíng)隧道襯砌裂縫是最常見(jiàn)的病害類型，裂縫檢測(cè)也是隧道結(jié)構(gòu)檢測(cè)的重要內(nèi)容。隧道襯砌裂縫包括受力裂縫、沉降裂縫、混凝土收縮裂縫等等。裂

12、縫發(fā)展可能導(dǎo)致襯砌局部失穩(wěn)、坍塌、掉塊，威脅隧道運(yùn)營(yíng)安全。同時(shí)，有水區(qū)域的隧道，襯砌裂縫可能會(huì)出現(xiàn)滲漏水，對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)混凝土及鋼筋產(chǎn)生銹蝕，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響，誘發(fā)新的裂縫產(chǎn)生，形成惡性循環(huán)，加速隧道襯砌結(jié)構(gòu)破壞。383.2.1常規(guī)裂縫檢測(cè)常規(guī)的裂縫位置、方向、長(zhǎng)度、寬度檢查，一般用直尺、游標(biāo)卡尺、裂縫計(jì)、裂縫測(cè)寬儀等檢測(cè)。393.2.2裂縫深度超聲波法檢測(cè)根據(jù)測(cè)試面的條件，可以分為單面平測(cè)法、雙面斜測(cè)法和鉆孔對(duì)測(cè)法（局部破損法）。3.2.2.1單面平測(cè)法當(dāng)結(jié)構(gòu)的裂縫部位只有一個(gè)可測(cè)表面，估計(jì)裂縫深度又不大于500mm 時(shí)，可采用單面平測(cè)法。平測(cè)法：包括相位反轉(zhuǎn)法和傳播時(shí)間差法兩種。

13、 40（1) 相位反轉(zhuǎn)法相位反轉(zhuǎn)法正是基于當(dāng)發(fā)射（接收）探頭與裂縫的距離與裂縫深度相近時(shí)，接收信號(hào)的初始相位會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。該方法只須移動(dòng)探頭（換能器）,確定首波相位反轉(zhuǎn)臨界點(diǎn)，就可確定混凝土的裂縫深度。與其它混凝土裂縫深度檢測(cè)方法相比，具有無(wú)需通過(guò)公式計(jì)算，簡(jiǎn)單直觀的特點(diǎn)，有一定的實(shí)用價(jià)值。 41（2) 傳播時(shí)間差法 本方法就是通過(guò)測(cè)試聲波在有裂縫位置和沒(méi)有裂縫健全部位傳播的時(shí)間差來(lái)推定裂縫深度的。裂縫深度越大，傳播時(shí)間差也越長(zhǎng)。傳播時(shí)間差法概念42檢測(cè)步驟：1）不跨縫時(shí)聲時(shí)測(cè)量。做時(shí)距曲線-準(zhǔn)確測(cè)試混凝土波速。2）跨縫時(shí)聲時(shí)測(cè)量3）深度計(jì)算及裂縫深度確定434）平測(cè)法測(cè)試裂縫深度的誤差原因分析

14、接觸面/充填物的影響44接受信號(hào)能量的影響45初始波成分（類型）不明的影響463.2.2.2雙面斜測(cè)法當(dāng)結(jié)構(gòu)裂縫部位具有兩個(gè)相互平行的測(cè)試表面時(shí)，可采用雙面穿透斜測(cè)法檢測(cè)。裂縫深度判定：當(dāng)T、R換能器的連線通過(guò)裂縫，根據(jù)波幅、聲時(shí)和主頻的突變，可以判定裂縫深度以及是否在所處斷面內(nèi)貫通。473.3滲漏水檢查與檢測(cè)滲漏水也是公路隧道最常見(jiàn)的病害之一，滲漏水與襯砌裂縫經(jīng)常相伴出現(xiàn)，共同影響襯砌結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。滲漏水檢查常用工具有：數(shù)碼相機(jī)、pH試紙、量桶或量杯、秒表、水樣收集容器、溫度計(jì)、導(dǎo)電計(jì)等滲漏水檢查可分為簡(jiǎn)易檢測(cè)和水質(zhì)檢測(cè)兩類。483.3.1簡(jiǎn)易檢測(cè)（1）位置、（2）范圍（3）漏水狀態(tài)

15、和漏水流量檢查49（4）渾濁程度（5）pH值:漏水是助長(zhǎng)襯砌材質(zhì)劣化的原因之一，特別是當(dāng)漏水顯示出強(qiáng)酸性時(shí)，混凝土有嚴(yán)重劣化的危險(xiǎn)。檢查時(shí)，一般使用pH試紙對(duì)漏水的酸堿度作簡(jiǎn)易測(cè)定。503.3.2 滲漏水水質(zhì)檢測(cè)（1）溫度檢測(cè) （2）pH值及水質(zhì)分析513.4 隧道凈空斷面變形檢測(cè)外荷載作用所致襯砌變形、移動(dòng)、沉降等一般為逐漸變化。通過(guò)對(duì)隧道斷面凈空檢測(cè)，掌握隧道斷面形狀的變化情況。檢測(cè)內(nèi)容包括：觀測(cè)點(diǎn)變形測(cè)量、凈空斷面檢測(cè)等。（1）觀測(cè)點(diǎn)變形測(cè)量通過(guò)獨(dú)立設(shè)置的永久固定控制點(diǎn)（基點(diǎn)），利用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀或全站儀對(duì)隧道路面的觀測(cè)點(diǎn)、路沿和襯砌邊墻或基礎(chǔ)沉降與變形進(jìn)行測(cè)量。52（2）凈空斷面檢測(cè)檢

16、測(cè)隧道凈空斷面實(shí)際輪廓，檢查是否存在侵入設(shè)計(jì)內(nèi)輪廓線，是否侵入建筑限界。激光斷面儀法、隧道立體全掃描隧道三維激光掃描儀。斷面儀測(cè)量初支輪廓圖533.5 隧道襯砌質(zhì)量雷達(dá)檢測(cè)直接鉆孔法除了有不能以點(diǎn)代面的局限性外，鉆孔會(huì)擊穿防水板造成隧道地下水的滲漏，因此很少使用。無(wú)損檢測(cè)方法主要有兩種：地質(zhì)雷達(dá)法和聲波法(沖擊回波法、反射波法)。地質(zhì)雷達(dá)具有檢測(cè)速度快、分辨率高、結(jié)果圖像直觀等優(yōu)點(diǎn)，是襯砌無(wú)損檢測(cè)的主要方式、本節(jié)介紹下地質(zhì)雷達(dá)法檢測(cè)。543.5.1地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)基本原理目標(biāo)體深度（位置）計(jì)算如下式：Z=vt/2.553.5.2隧道襯砌雷達(dá)檢測(cè)內(nèi)容隧道初支：噴射混凝土厚度、噴射混凝土背后是否存在空

17、洞和不密實(shí)區(qū)、拱架 分布（間距及數(shù)量）。二襯：混凝土厚度、鋼筋分布、混凝土內(nèi)部是否存在不密實(shí)、蜂窩、離析等缺陷，以及襯砌背后是否存在空洞或不密實(shí)區(qū)。仰拱：仰拱厚度、充填層密實(shí)程度及其下巖溶發(fā)育情況563.5.3現(xiàn)場(chǎng)雷達(dá)測(cè)試（1）現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)先收集好相關(guān)被檢測(cè)隧道的基本資料、以及隧道的設(shè)計(jì)參數(shù)并做好前期準(zhǔn)備工作(如搭設(shè)檢測(cè)臺(tái)車(chē)，標(biāo)注里程等)。5758(2)測(cè)線布置。隧道拱頂、左右拱腰、左右邊墻和隧底各布1 條59（3）檢測(cè)注意事項(xiàng)天線頻率選擇測(cè)試前檢查儀器運(yùn)行情況；測(cè)量時(shí)確保天線與襯砌表面密貼天線移動(dòng)平衡、勻速；分段測(cè)量時(shí)，相鄰段接頭重復(fù)長(zhǎng)度大1m；隨時(shí)記錄（非常重要?。┛赡軐?duì)測(cè)量產(chǎn)生

18、干擾的物體(滲水、電纜、鐵架等)及位置；測(cè)線510m應(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)記一里程。雷達(dá)波速的介質(zhì)參數(shù)標(biāo)定603.5.4典型雷達(dá)檢測(cè)實(shí)例雷達(dá)圖像解釋和識(shí)別異常主要判定特征：密實(shí)：襯砌信號(hào)幅值較弱，波形均勻，甚至沒(méi)有界面反射信號(hào)；不密實(shí)區(qū)：襯砌界面反射信號(hào)強(qiáng)，信號(hào)為強(qiáng)反射信號(hào)，同相軸不連續(xù)，錯(cuò)斷，一般區(qū)域化分布；空洞脫空：襯砌界面反射信號(hào)強(qiáng)，呈帶狀長(zhǎng)條形或三角形分布，三振相明顯，通常有多次反射信號(hào)；鋼筋網(wǎng)：有規(guī)律的連續(xù)的小月牙形強(qiáng)反射信號(hào),月牙波幅較窄；拱架：?jiǎn)蝹€(gè)的月牙形強(qiáng)反射信號(hào),月牙波幅較寬61初支拱架分布二襯脫空施工縫附近二襯混凝土不密實(shí)或脫空62二襯鋼筋分布與設(shè)計(jì)不符，實(shí)測(cè)鋼筋僅分布+070+084段，與設(shè)計(jì)至