公路隧道缺陷检测及其对隧道结构安全性影响分析

公路隧道缺陷检测及其对隧道结构安全性影响分析

褚夫利

中建八局第三建设有限公司 南京 210000

摘要：随着我国基础设施建设的不断推进，大量公路隧道正在规划和建设，逐渐完善的路网正悄然提高着人们的出行效率。另一方面，受地质条件、施工工艺等方面的影响，公路隧道工程往往会存在一些“先天性”缺陷，隧道缺陷会随着隧道服役年限的增加或是受动静荷载的影响而对隧道结构的安全性产生严重影响，所以对隧道开展质量检测和含缺陷安全性分析显得尤为重要。

关键词：公路隧道；缺陷检测；隧道结构

引言

现阶段我国已成为地下空间开发利用大国，全国地下空间开发投资规模已超过8万亿元，近10年来我国公路隧道每年新增里程数达1100km以上，是全球公路隧道里程数最长和公路隧道最多的国家，我国地下空间产业体系具有广阔的发展空间和市场潜力。但公路隧道的大量建成和服役年限增加，隧道内的路面、洞门、防排水设施、通风设施、避让设施等结构逐渐老化，隧道服役性能连年下降。因此，为避免公路隧道服役期间出现病害问题，应构建隧道服役安全性评价管理体系，对公路隧道进行长期监测与维修维护，不断延长公路隧道服役寿命，以此维持与提升其社会效益和经济效益。

1隧道衬砌缺陷检测

对新建隧道开展衬砌质量检测是隧道开通运营前的重要程序，在既有的检测方法中，地质雷达法是常见可靠的无损检测方法。地质雷达通过设备天线向衬砌混凝土发射信号，而电磁波信号经过不同类型的介质会产生一部分反射信号反馈在设备主机上，之后通过处理软件对采集的信号进行分析，得到检测结果。通过对累计隧道长度35.12km、累计测线长度206.16km的公路隧道衬砌检测结果的总结，在检测中共发现缺陷692处，其中，二衬厚度不足368处（其中含有脱空43处），二衬背后脱空287处，二衬背后不密实21处，仰拱填充不密实9处，仰拱厚度不足7处。可知二衬厚度不足和二衬背后脱空为主要缺陷。

2公路隧道服役现状安全性评价管理体系构建的原因

公路隧道服役是指交通路线穿越山体、水体、土体等提供通往路径的基础设施，公路隧道的设计周期、使用周期、运行周期被称为服役期。公路隧道的施工标准、建成定位与修建技术以及满足人们生产生活交通需求决定了其服役性能。构建服役现状安全性评价一直是公路隧道和地下工程等施工维修工作的重要课题，但由于受到实验条件、理论分析、数据信息采集等因素的干扰和制约，一直都难以构建符合实际且科学可靠的评估管理办法。并且公路隧道极易受到地质因素的影响，所以在修建与维修期间存在诸多不确定性因素，从而加大了隧道工程安全性评价的难度。相较于其他类型的建筑和构筑物而言，公路隧道因会受到气候灾害和工程特殊性的影响，存在的安全性和病理问题更为复杂，且服役期间的隧道不同于拟建中的隧道，为确保道路正常通行和人身财产安全，必须要亟需解决。

3积极探索研究先进的试验检测技术和设备

随着各种新型技术和探测设备的进步，当前我国的公路桥梁隧道试验检测已经开始应用诸如雷达、红外热成像、无线传感等技术和装备，在实际工程建设和使用中发挥了重要作用，大大提升了检测效率和精度，提高了我国公路桥梁隧道工程的安全性能。工程技术人员在使用新技术的同时，应当积极思考技术和设备的适用性和优缺点，通过不断的工程实践，提出新技术和设备的改进措施。雷达检测技术利用电磁波反射原理，目前可以判断出桥梁表面以下大约60cm深度内的问题，单次探测距离在5km左右，有操作简单和效率高等优势。红外热成像技术可以检测工程内部的热量分布和流向变化，绘制出热传导图像，进而判断出可能存在的裂隙和空鼓等现象。无线传感和光纤传感技术利用预先设置于桥梁隧道特殊位置的各类传感器进行监测，可以极大地提升工程发生形变的探测精度，部分技术已能感知1cm左右的形变。这些技术都有各自的优势和缺陷，如果工程技术人员在试验检测过程中对这些技术进行深入研究，并积极探索不同技术的综合运用，不仅可以达到提升工程质量的目的，还可能研究出新型设备，从整体上提升试验检测的技术水平。

4二衬厚度不足结构安全性分析

由现场检测结果可知二衬厚度不足和二衬背后脱空为公路隧道最常见的缺陷类型，有必要对其进行安全性分析。选一典型二衬厚度不足缺陷进行分析，该处缺陷发生于某隧道拱顶，二衬设计厚度为40cm，据现场检测结果，二衬厚度仅为18cm。运用MIDASGTS有限元软件，建立基于平面应变原理的二维“地层-结构”数值模型，如图2所示。隧道支护体系由初支、二衬与锚杆构成，选用理想线弹性本构，通过改变二衬单元厚度实现二衬厚度的改变，断面尺寸依据隧道设计资料。根据现场地质勘探资料，此洞段处于Ⅴ级围岩区域。

5衬砌开裂

在公路隧道拟建过程中，衬砌类型的选择会被复杂的地址条件影响，隧道围岩等级也难以精准划分，致使围岩载荷与衬砌支护结构相冲突，从而出现衬砌开裂。隧道衬砌开裂后根据隧道的建设方向和裂缝走向，可以将衬砌开裂分为环向开裂、纵向开裂和斜向开裂。环向开裂的危害程度相对较低，集中发生于隧道洞门处或岩石的交界处，形成的原因是由于衬砌受到不均匀的纵向荷载、沉降缝未科学处理等情况;纵向开裂危害程度较大，纵向开裂产生的裂缝与隧道的纵轴线相平行，一旦裂缝延长且不采取措施就会引发隧道墙壁断裂、掉拱、甚至塌方;斜向开裂是指与隧道纵轴线形成45°角的裂缝，产生于隧道衬砌的环向受力和纵向受力组成的拉应力形成的。

6针对工程制定完善的检测及监督体系

在开展公路桥梁隧道的试验检测工作时，可以根据项目自身的特征制定出科学完善的检测方案，有针对性和计划性地开展检测工作，并根据经验和相关规范制定发生意外时的应急预案，同时加强监督工作的规范化管理，并落实人员责任制，全面提升工程检测质量。科学的检测方案应当包括合理规范的检测标准，应规定完整的检测步骤和方法以提高检测精度。方案还应针对材料和施工进行种类划分，实施分类检测和管理，提高检测的专业程度，避免人力资源浪费。创建完善的检测数据记录台账体系，实时对工作时间、内容、参与人员、设备类型以及检测过程产生的原始数据进行详细记录并上报。严格执行检测工作的汇报流程，确保检测工作在开始、过程以及结束的各个环节中涉及的人员和部门都各负其责，在得到相关权责人员确定后，方可进入下个工作环节。在工程施工过程中，不仅要坚持政府部门监管、监理企业监督和企业自我监督的三级保障体系，在条件允许的情况下，还应考虑引入社会监督和科研单位介入，从多个方面和角度提升工程监管水平。对于隧道施工现场的环境状况，当周围的扬尘、施工噪声、地下水等情况发生明显变化时，可通过社会群体的监督及时发现问题。当隧道施工检测发生较快形变时，应立即申请设计和研究单位介入，及时分析原因以防止诱发严重事故。

结束语

公路隧道是我国交通网络的咽喉，隧道服役性能决定了隧道的安全畅通。但在实际的公路隧道使用期间内，由于受到地质、气候、隧道结构等发生变化，隧道的服役性能也会随之弱化。因此，应构建公路隧道的服役现状安全性评价管理体系，根据隧道的组成结构明确评价指标，按照各项结构变化特性对隧道服役性能的影响确定评价指标标值，从而有效评估出隧道的健康情况和剩余寿命，开展针对性、科学性的维修养护工作，以此确保公路隧道的使用安全性。

参考文献

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