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1、隧 道拱 墙 衬砌 前横断 面净 空检测 方法 及意义秦之富 1 , 梁昊 文 2(1 . 重庆交 通 科研设计 院 , 重庆市 400067 ; 2 . 温 州港务集 团 )摘 要 : 隧 道开挖 断 面净空的 测量方 法 比 较 多 ,该 文 介 绍 在 隧 道 施 工 过 程 中 ,采 用 激 光隧道多功能 断面检测 仪对隧道 拱墙衬砌 前横断面 净空进行 检测 ,保证横 断 面不侵入 二次衬砌 限界 ,保证二 次 衬砌厚度 ,达到 事前控制 的作用和 目的 。关键词 : 隧 道 ; 检测仪 ; 横断 面 ; 净空检测 ; 衬砌 厚度随 着高速公路 的快速发 展及公路隧 道工程数量 的增
2、加和 建设速度的 加 快 ,加 之 公 路 隧 道 的 特 点 ,目 前 ,由于设 计和施工等 方 面 的 原 因 ,国 内 已 建 和 在 建 的 部 分隧道 都不同程度 地 出 现 了 质 量 问 题 ,有 些 甚 至 出 现 了严重 的质量问 题 。 其 中 有 衬 砌 背 后 存 在 空 洞 、 衬 砌 强度不 够和二次衬 砌厚度达 不到设计要 求等 。 通过 几 条高速 公路上的隧 道病害检 测和目前其 他隧道病害 检测结果 发现 ,部分隧 道 病 害 主 要 是 因 为 施 工 过 程 中 质 量控制 不严引起 的 。 因 此 在 施 工 过 程 中 ,应 加 强 对 隧 道质量
3、控制力度 。 本文结合 广东粤赣高 速公路隧道 工 程实际 情况 ,介绍采 用 激 光 隧 道 多 功 能 断 面 仪 对 隧 道 拱 墙 衬 砌 前 横 断 面 净 空 进 行 检 测 , 达 到 事 前 控 制 的 目的 。的经 济损失 ,影响工期 ,并产 生不良的社 会影响 。 因 此对隧 道拱墙衬砌 前 横 断 面 净 空 进 行 检 测 ,达 到 事 前 控 制的 目的 ,保证隧道 二 次 衬 砌 厚 度 、 消 除 质 量 隐 患 、 保证隧 道运营安全 具有重要的 作用和意义 。激 光 隧 道 多 功 能 断 面 检 测 仪 测 量 原理及技术 参数2激光隧道多 功 能 检 测
4、仪 采 用 极 坐 标 法 ,是 一 种 建立在 无合作目标 激光测距技 术和精密数 字测角技术 之 上的 极坐标测量 法 。 由 于 隧 道 特 点 ,隧 道 横 断 面 的 量 测断 面和每一断 面 上 的 量 测 点 比 较 多 ,采 用 这 种 不 需 要合 作目标 (反射棱镜 ) 的量 测方法 ,简便易行 ,非常 适合隧 道内量测 。 其 量 测 精 度 也 满 足 隧 道 施 工 要 求 ,同 时它 与计算机技 术 紧 密 结 合 ,专 门 设 计 的 图 像 处 理 软 件能 将隧道断面 图 与 设 计 断 面 图 进 行 对 比 ,可 以 快 速 判断 隧道断面尺 寸 ,给 出
5、检测报告 。激光隧道多 功 能 检 测 仪 采 用 了 掌 上 电 脑 ,在 现 场即可 检测并记录 多 组 量 测 断 面 数 据 。 待 回 到 室 内 ,再 将数 据输入计算 机 中 ,并 利 用 检 测 仪 自 带 的 后 处 理 软 件对 数据进行处 理和作图 。激 光隧道 多 功能 检 测 仪 主 要 由 3 大 部 分 组 成 : 检测主 机 、 掌 上电脑 (含掌上电 脑控制测量 软件 ) 、 台式 机传数 、 数据 处理软件 。 主要技术参 数 :(1) 检 测半径 :14 5 m 。隧 道 二 次 衬 砌 前 横 断 面 净 空 检 测 的意 义1目 前对隧道二 次衬砌厚
6、度采用无损 检测的方法 和手段比 较多 ,有冲击 - 回 波 法 、 超 声 发 射 法 、 激 光 断 面 仪 法 、 地质雷 达法 和 直 接 测 量 法 等 。 虽 然 检 测 方 法 和 手段比 较多 ,技术比 较 先 进 ,但 隧 道 是 地 下 工 程 ,隐 蔽 性很强 ,在二 次衬砌 施 作 后 检 测 只 能 对 某 点 或 某 一 部 分结构 进行检测 ,不能 全面检测 ,检测局 限性很大 。 其 次在二 次衬砌施作 后 的 检 测 是 事 后 检 测 ,达 不 到 事 前 控制的 目的 ,如果检 测 发 现 二 次 衬 砌 厚 度 达 不 到 设 计 要求 ,对其进 行处理
7、施 工难度比较 大 ,同 时将带来严 重收稿日 期 :2006 - 04 - 21作者简 介 :秦之富 ,男 ,工程师 . E - mail : qinzhif u ccr di . cmhk. co m 126 中 外 公 路 27 卷(2)(3) (4) (5)检 测点数 :自动检测 一般为 50 个点 / 断面 。测 距精度 :优于 1 mm 。 测 角精度 :优于 0 . 01。方 位角范围 :30 330(仪器测 头垂直向下 为(2) 在 仪器 调 整 好 检 测 方 向 并 归 零 后 ,测 取 仪 器高度 并记录 (仪器高为 相对地面 的 高度 ) 。(3) 在 掌上电脑的 软件
8、主界面 中 选 择 “测 量 断 面 ” 如图 1 所示 。(4) 再 选择 “新 测 ”,如 图 2 所 示 ,图 2 中 ( 1) 区 是 表示 掌上电脑中 已保存的数 据文件 。(5) 然 后在图 3 中 ,输入 相关 量 测 参 数 ( 为 节 约 现场检 测时间 , X0 和 Z01 可回到室 内 计算机中输 入 ) 。(6) 最 后选择 “测量 ”。 激光 隧 道 多 功 能 检 测 仪 软 件控 制测头自动 完成断面的 测量并将角 度及斜距等 参 数保 存在文件中 ,在现 场可以看到 所测的断面 轮廓线 。 图 3 中 (1) 区中 实 时 绘 制 当 前 测 量 的 断 面 图
9、 , ( 2) 区 中 数据 列表框测量 完每一点后 在其中显示 测量到的角 度 及斜 距 , (3) 区中 显示当前测 量提示信息 。在提示栏中 显示检测完 毕信息时 ,即可退 出 ,数 据 自 动 保存在掌上 电 脑 中 。 然 后 进 行 下 一 个 断 面 检 测 。检测 断面数据可 带 回 室 内 进 行 处 理 ,以 减 少 在 隧 道 内 的时 间 ,减 少对施工的 影响 。0) ,连续 测 量 60 300。(6) 手 动测头转 动 方位角范围 :0 350。(7) 定 位测量方式 :具有 垂 直 向 下 激 光 定 心 标 志 、 测距功 能 。隧 道 拱 墙 衬 砌 前 横
10、 断 面 净 空 检 测 方 法3检 测前 ,先采用经 纬仪或全站 仪按一定间 距 (根 据检 测密 度要求 ,一般为 10 m ,可适当调 整 小 间 距 ) 放 出 隧道中 线点 ,并量测出 该点的地面 高程 ,同时在隧道 边 墙上放 出对应桩号 的横断面 净空标记点 。 使用激光 隧 道多功 能检测仪对 隧道横断 面检测步骤 如下 :(1) 将 检测仪安 放 在所需检 测 断 面 的 隧 道 中 线 点 上 ,安装并调 整好仪器 ,使仪 器对中 。数获 得 :仪 器 高 Z1 ( 此 处 是 相 对 路 面 的 高 差 ) , 隧 道 中线点 地面高程 H1 , 隧道 中线点 的 路面设
11、计高 程 H2 , Z= Z1 - ( H2 - H1 ) , 并 输 入 此 值 , 然 后 输 入 量 测 的 一 些相 关信息 ( 如测量时 间 、 测 量单位和测 量人等 ) , 即 完 成当 前断面的编 辑 。(2) 编 辑标准曲线 。 标准曲 线 即 是 所 要 检 测 净 空 断面 的设计曲线 ,应为 设计的二次 衬砌的外轮 廓线 。在两条曲线 编辑完后 ,即完成 了数据处理 ,根据 图 表中 的标准曲线 和 实 测 曲 线 ,判 断 隧 道 初 支 后 的 横 断 面净 空是否侵入 二次衬砌限 界 ,在 哪些部位存 在侵限 。 同时 在图表的下 方 给 出 了 该 断 面 的
12、相 关 信 息 ,包 括 侵 界 最 大值 、 侵界面 积 等 。 因 此 根 据 该 图 表 能 很 清 晰 地检 测数据 处理及分 析4现 场检测完成后 ,回 到 室 内 将 掌 上 电 脑 与 计 算 机连接并 将现场量测 数 据 转 入 计 算 机 ,采 用 后 处 理 软 件 对数据 进行处理 。打 开某一断面数 据 文 件 ,此 时 所 显 示 的 断 面 图 为现场量 测的数据图 形 ,需 编 辑 当 前 曲 线 和 标 准 设 计 曲 线 。 并 进行对比 ,从 而 判 断 该 实 测 断 面 与 设 计 断 面 的 尺寸关 系 。(1) 首 先编辑当 前 曲线 。 因 为 量
13、 测 时 仪 器 是 在 隧 道中线 上 ,所 以 X 坐标值 为 0 ; Z 值可根据 以下 几 个 参 1 期 隧 道拱墙衬砌 前横断面净 空检测方法 及意义 127 对该横 断面进行判 断 。 并根 据该量测 结 果对该段隧 道进行处 理 (若 有侵限 ) 。 图 4 为横断面检 测结果与标 准 断面数 据表图 。证 隧 道 承 载 安 全 储 备 。 典 型 检 测 图 如 图 5 7 所 示 。图 4 隧道拱 墙 衬砌前横 断面检测 结果检 测结果 分析与应 用5现 结合工程实 列介绍采 用隧道多功 能激光检测 仪对隧 道 拱 墙 衬 砌 前 横 断 面 净 空 检 测 结 果 分
14、析 及 其 应用 。5 . 1 工程 概 况广 东粤赣高速公 路 上 陵 至 埔 前 段 ,是 国 家 重 点 公 路 内 蒙 古 阿 荣 旗 至 广 东 深 圳 粤 境 段 重 要 组 成 部分 ,是粤 、 赣两省 的 快 速 大 通 道 ,全 长 136 . 103 k m ,全线分布 5 座隧道 ,其中 一座为连拱 ,其余 为分离式双 洞 隧道 。 隧道 限 界 高 5 m ,限 界 宽 10 . 25 m 。 隧 道 穿 越 地层的 岩 性 主 要 有 第 四 系 坡 洪 积 、 坡 残 积 粘 土 、 碎 石 土 ,燕山期花 岗岩 ,下 伏 震 旦 系 变 质 砂 岩 ,围 岩 类
15、别 有 、 、 类 ,其 中 、 类 围 岩 占 隧 道 总 长 的 77 %左 右 。 隧 道基本位于 全 、 强风化花岗 岩或全 、 强风化变 质 砂岩中 ,岩体 节理裂 隙 发育 、 岩体破碎 、 强度低 、 稳定 性 差 。 几 座隧道洞口 都存在明 显的浅埋 偏 压段 。5 . 2 检测 过 程与方式本 次 隧 道 群 初 支后 二 衬 前 的横 断 面 净空 检 测 根 据 隧 道 施 工 进 度 安 排 。 在二 次 衬 砌施 作 前 对 隧 道 纵 向 按10 m 间 距 布 设 横 断 面 净空 检测断面 ,检测完 成后 ,立 即递 交 检 测 报 告 ,以 便 监 理 和
16、承 包 人 根 据 检 测 结 果 进 行 下 一 步 的 工 作 。 根 据 检 测 结 果 ,若 确 定 横 断 面 无 侵 限 时 ,承 包 人 即 可 施作 二 次衬 砌 ,否 则 须 对 其 进 行 处 理 ,并 复 测 确 定 无 侵 限后 方 能施 作 二 衬 ,确 保 二 衬 设 计 厚 度 ,保 128 中 外 公 路 27 卷5 . 3 检测 结 果分析(1) 类衬砌段 :初期支 护 为 喷 射 混 凝 土 ,局 部 锚 杆和局 部挂 网 ,二 次 衬 砌 厚 度 为 35 c m 。 该 型 衬 砌 段 共检测 横断面 154 个 ,其 中 存 在 侵 入 二 次 衬 砌 限 界 的 断面有 62 个 ,占 总 检 测 断 面 的 41 % 。 其 中 侵 界 最 大 值为 26 . 4 c m ,占二 次 衬 砌 设 计 厚 度 的 75 % 。 其 中 最 大侵限 面积有一断 面为
