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1、 隧道衬砌常见质量问题分析及检测方法 摘要：近年来，随着我国隧道建造技术的不断提高，在积累了丰硕成果的同时，也暴露出了诸多的问题。在隧道质量检测工作中，技术人员们发现了隧道衬砌混凝土中存在多种多样的缺陷，这些缺陷的出现在不同程度影响到了混凝土结构体的承载力、耐久力及强度等方面，对这些缺陷病害进行病理分析，及时采用有效的检测方法排查并进行修复加固，对延长工程使用寿命、减少因重建造成的大量人力、物力的损失、避免重大事故的发生具有重要的工程意义和实际价值。关键词：衬砌；无损检测；钢筋腐蚀隧道1引言随着我国新一轮的西部大开发和“一带一路”的战略推动，我国的隧道建造事业蓬勃发展，为保证隧道的安全运营，排
2、除施工不当造成的安全隐患，近年来涌现出了许多精密的检测设备，其中针对隧道衬砌质量检测用途最广的为地质雷达法，该方法通过发射和接收电磁波反射回来的信号，通过解译混凝土结构内部的信息，推断出缺陷的位置和深度，具有快速、高效、无损等特点。杨睿1等利用地质雷达方法和其它方法对公路隧道衬砌混凝土检测，通过对比认为地质雷达检测隧道工程质量需要进一步研究；叶良应2等对地铁隧道的脱空进行了研究，并通过室内模型实验查明了空洞的位置，但对空洞的具体形状却无法定量分析;贾华强3研究了地质雷达对隧道衬砌混凝土厚度的检测，通过实际工程例证，表明地质雷达检测混凝土厚度的可靠性；周黎明4等研究了地质雷达检测混凝土质量，主要
3、分析混凝土的压实度、脱空及厚度等；冯慧民5研究了地质雷达在隧道衬砌检测中应用，得出了拱顶部位是隧道衬砌的薄弱环节。国内外的工程实践及试验研究表明，隧道衬砌厚度及分层，内部目标体、厘米级裂缝的位置，还有钢筋和钢筋网的钢筋间距及埋深等具有较好的检测效果。但对于衬砌内钢筋间距较小、多层钢筋网或钢筋网下面存在缺陷、格栅拱架内部存在空洞、格栅拱架及工字钢采用木材及竹片替代等工程问题研究较少。本文针对目前存在的常见隧道衬砌质量问题，例如钢筋间距过大、衬砌超厚或欠厚、防水板破裂导致的钢筋锈蚀、空洞、裂缝等，利用地质雷达对其进行检测已取得了一定的成果，分别对钢筋混凝土中存在的问题，以及其在雷达图像上的表现特征
4、加以说明。2 衬砌质量问题分析在混凝土浇筑（喷射）过程中，其内部可能会出现蜂窝、裂隙、孔洞等缺陷；由于施工者的偷工减料，造成钢筋间距过大或钢筋的规格不符合要求等；由于混凝土工程年代的久远造成混凝土的腐蚀直接导致钢筋被腐蚀，混凝土孔隙度加大、含水率增加等现象。2.1 钢筋的间距与腐蚀在不同的工程、不同围岩级别，对钢筋的间距和钢筋网的数量要求也不同。利用地质雷达对钢筋网的检测，由于钢筋的强绕射作用，在雷达图像上形成开口向下的绕射双曲线，弧顶为钢筋的顶部。然而，在钢筋间距比较小或多层钢筋网的存在情况下，由于钢筋具有很强的反射特性，以及较强多次波的存在，雷达图像非常复杂，很难判定钢筋的位置。由于钢筋混
5、凝土工程的年代久远，或混凝土内含水或氯化物比较高，必然造成钢筋被腐蚀，而且含水或氯化物越高对钢筋腐蚀性越强，影响了钢筋混凝土的强度。由于在腐蚀界面对雷达波的反射能力明显下降，在雷达图像上与没受到腐蚀的钢筋相比明显变弱，造成反射弧形模糊。2.2 裂缝李新6 将隧道作为受力实体，从温度应力、不均匀沉降、拱部不均匀受力三个方面进行分析，对隧道衬砌裂缝产生原因进行了详细分析。地质雷达法主要检测裂隙的形式、宽度、长度、深度及裂隙发生的部位和分布情况，并对裂隙成因和危害性进行分析评估。在雷达图像上表现为同相轴错断，而且裂隙越深，同相轴错断越多。2.3 空洞当混凝土中存在空洞时，空洞中可充满空气或液体，因其
6、填充物的不同表现出不同的介电性，在雷达图像上表现为雷达波发生极性反转，形成与空洞形状和大小类似的图像，且颜色与周围混凝土不同。针对隧道衬砌空洞，存在两种情况，一是二衬与初衬间的空洞，二是初衬与围岩间的空洞。因其位置及形成原因不同，其形态、特征也差异很大。1）光面爆破效果不好造成防水板铺设不当形成的空洞光面爆破是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，达到爆破后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求，具有能有效控制周边眼炸药的爆破作用，减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定性，确保施工安全，较少超、欠挖，提高工程质量和进度等优点。然而，由于爆破的控制不到位，致使超挖、欠挖频繁出现，造成隧道断面凸凹不平，由于采
7、用石棉瓦、片石回填等偷工减料的办法，形成大小不一的空洞。2）防水板布设不当引起的空洞防水板是隧道防水的重要手段，在隧道二衬灌注前进行铺设。由于初衬喷射不平整，防水板铺设过紧或过松造成其后面存在空洞。3）二衬施工不当造成的空洞台车衬砌施筑过程中，由于输送混凝土不均一、排气不透彻、振捣不足，造成压力不均匀，空气残余，形成一定规模的空洞。空洞一般表现为连续性，且纵向尺寸大。4）大塌方、大溶洞形成的空洞在施工过程中，出现大面积坍塌或遇到较大尺寸的溶洞，施工过程中，偷工减料，采用钢筋网或石棉瓦隔开，采用喷射混凝土进行掩盖，造成内部留有大的空洞。2.4 蜂窝由于混凝土含气量过大，而且引气剂质量欠加；混凝土
8、配合比不当，混凝土过于粘稠，振捣时气泡很难排出；混凝土和易性较差，产生离析泌水等原因，在施工过程中都容易造成蜂窝的存在。在雷达图像上表现为同相轴错乱，而且随着蜂窝变化越大，介电性差异越大，在图像上表现的颜色与周围颜色差异越大。2.5 不密实衬砌不密实通常发生在衬砌混凝土和围岩之间，一般是由于回填片石处理后，灌注砂浆不饱满，片石间存在空隙造成的。由于空隙的不连续性，在雷达图像上表现为反射波较强，同相轴错乱，但反射波强度比空洞反射波弱。不密实主要以下原因造成的：1）超挖回填造成的不密实当隧道超挖尺寸过大时，如果不采用同级混凝土回填，而采用片石回填，并用灌浆法或干砌法施工，片石间空隙不能充分充满，造
9、成不密实缺陷。2）塌方回填造成的不密实对于小规模的塌方，处理要求同超挖相同，如果用浆砌片石填充，要求片石竖向摆放，用挤浆法施工，保证砂浆饱满，不允许片石横向放置或用灌浆法、干砌法施工，否则片石间空隙不能填充混凝土，造成不密实缺陷。2.6 钢拱架钢拱架根据围岩级别、支护类型，主要分为格栅拱架、工字钢。雷达反射图表现为分散的月牙形强反射信号。在实际施工中，主要存在钢拱架缺失、钢拱架间距过大、采用钢片或竹板来代替钢拱架等问题，由于问题的不同，雷达图谱表现的特征也各异，可通过介质的物性差异来加以分析和区别。2.7 衬砌厚度不足二衬厚度不足是隧道衬砌常见的问题。主要造成原因有：一是施做二衬时人为减厚造成
10、二衬厚度不足，二是由于欠挖造成的。由于隧道衬砌厚度不足，造成其支护能力大大下降，致使衬砌开裂、变形，甚至造成坍塌，影响隧道质量和运行安全。3 结束语隧道衬砌病害产生的形式多种多样，为检测工作带来了诸多挑战。本文旨在通过分析隧道二次衬砌常见质量问题的产生原因，以地质雷达法的相应表现特征为例进行介绍，希望能够为隧道衬砌质量无损检测工作提供一定参考。参考文献1. 杨睿,薛亚东,杨健.雷达探测隧道壁后空洞的现场验证及空洞影响分析J.隧道建设,2. 叶良应. 地铁隧道衬砌脱空和渗漏水病害雷达探测研究D.汕头大学,2005.3. 贾华强. 探地雷达方法在铁路隧道衬砌质量检测中的应用D.西南交通大学,2002.4. 周黎明,王法刚.地质雷达法检测隧道衬砌混凝土质量J.岩土工程界,2003(03):74-76.5. 冯慧民.地质雷达在隧道检测中的应用J.现代隧道技术,2004(04):67-71.6. 李新.隧道衬砌裂缝产生原因分析J.铁道建筑技术,2005(S1):103-106.-全文完-
