隧道土建結(jié)構(gòu)檢測項目及無損檢測方法的應(yīng)用

1、隧道土建結(jié)構(gòu)檢測項目及無損檢測方法的應(yīng)用2017年4月1一、隧道基本知識二、隧道土建結(jié)構(gòu)檢測內(nèi)容項目三、無損檢測方法在土建結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用2一、隧道一些基本 知識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、長隧道、特長隧道（3）分離式、小凈距、邊拱隧道41.2 公路隧道的主要特點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、開挖不可預(yù)見的因素多6、施工環(huán)境差 7、隱蔽工程多8、需要運營通風(fēng) 9、需要運營照明10、防水要求高。51.3 隧道常見質(zhì)量問題及病害現(xiàn)象隧道滲漏水襯砌開裂襯砌厚度不足襯砌背后空洞及不密實現(xiàn)象混凝土劣化、強度不足路面隆起、下

2、沉、開裂照明亮度不足，懸掛件銹蝕、松動、脫落、缺失，附屬設(shè)施損壞（機電方面）6二、隧道土建結(jié)構(gòu) 檢測內(nèi)容、項目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、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。運營中隧道土建結(jié)構(gòu)檢測分為：經(jīng)常性檢查、定期檢查、應(yīng)急檢查和專項檢查等四類。82.1 隧道土建結(jié)構(gòu)定期檢測內(nèi)容洞口、洞門、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，而對遭

3、受影響的結(jié)構(gòu)進行的詳細檢查。 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)部位做重點檢查，以掌握其受損情況。102.3 隧道土建結(jié)構(gòu)專項檢測內(nèi)容專項檢測是根據(jù)經(jīng)常性檢查、定期檢查和應(yīng)急檢查的結(jié)果，對于需要進一步查明缺損或病害產(chǎn)生原因而進行的更深入的專門檢測，其目的是為了制訂病害處治方案提供基礎(chǔ)資料，更多情況是針對破損或病害局部開展的檢查。檢查的項目、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、無損檢測方法在

4、隧道土建結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用13 無損檢測的定義：在不破壞試件的前提下，以物理或化學(xué)方法為手段，對試件內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)進行檢查和測試的方法。 隧道土建結(jié)構(gòu)檢測中，應(yīng)根據(jù)受檢結(jié)構(gòu)體的物理化學(xué)性質(zhì)以及檢測內(nèi)容、目的，選擇適當(dāng)?shù)臋z測方法和手段。14隧道襯砌是公路隧道中關(guān)系到結(jié)構(gòu)安全和運營安全最重要的土建結(jié)構(gòu)，是重要的支護措施，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)量的好壞對隧道的長期穩(wěn)定，使用功能的正常發(fā)揮以及外觀美均有重大影響。隧道襯砌常見的質(zhì)量問題有：混凝土開裂和內(nèi)部缺陷、混凝土強度不夠，襯砌厚度不足，混凝土結(jié)構(gòu)不密實，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)狀況的無損檢測方法 通過襯砌材質(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，同時通過檢查掌握材質(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)檢測包括混凝土和鋼材兩種材料的檢測，有混凝土強度、鋼筋銹蝕程度以及對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、電阻率和保護層厚度）的檢測等。163.1.1 襯砌混凝土抗壓強度檢測常用混凝土強度無損檢測方法：回彈法、超聲法和超聲回彈綜合法。有資料表明，若以95%可信度水平來衡量現(xiàn)場混凝土強度預(yù)測的最大精度，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)混凝土整體實際質(zhì)量等優(yōu)點，在工程質(zhì)量事故的處理和鑒定中廣泛應(yīng)用。18隧道中強度檢測的特點和改進方法在隧道中，只有單一測試面，無法進行聲速的對測或斜測。因此，在隧道襯砌混凝土抗壓強度無損檢測中的回彈法、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度。改進方法：鉆芯修正聲速測試時保持同一測距且不大于1m測區(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)引起的電位變化來測定鋼

7、筋的銹蝕狀態(tài)。通過測定鋼筋/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，來評定混凝土中鋼筋的銹蝕活化程度。202122檢測實例測區(qū)共檢測20個測點，檢測數(shù)據(jù)矩陣和等值線圖233.1.3 混凝土中氯離子含量的測定與評定 混凝土中的氯離子可誘發(fā)并加速鋼筋誘蝕，測量混凝土中氯離子含量可間接評判鋼筋銹蝕活化的可能性。混凝土中氯離子含量越高，鋼筋發(fā)生銹蝕的可能性越大。 氯離子含量測定方法比較簡便的有兩種：試驗室化學(xué)分析法和滴定條法。滴定條法可在現(xiàn)場完成氯離子含量的測定。因需要鉆芯取樣進行測試，方法不是嚴格屬無損檢測的范疇。24253.1.4 混凝土碳化深度檢測與評定配筋混凝土構(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，鋼筋就易發(fā)生銹蝕。通過測試混凝土的碳化深度，并結(jié)合鋼筋保護層厚度狀況，可評判混凝土碳化對鋼筋銹蝕的影響。測試方法：酸堿指示劑（酚酞溶液）法263.1.5 鋼筋分布及保護層厚度檢測與評定混凝土對鋼筋的保護作用包括兩個方面：一是混凝土的高堿性使鋼筋表面形成鈍化膜;二是保護層對外界腐蝕介質(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度及保護層厚度。因此，混凝土保護層厚度及其分布均勻性是影響結(jié)構(gòu)鋼 筋耐久性的一個重要因素。27鋼筋分布及保護層厚度的計算與評定檢測方法：電磁感應(yīng)法和雷達法2

9、83.1.6 混凝土電阻率的檢測與評定混凝土電阻率反映了混凝土的導(dǎo)電性能，可間接評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，鋼筋鎊蝕發(fā)展速度越快，擴散能力強；混凝土電阻率大，若鋼筋發(fā)生銹蝕，則發(fā)展速率慢，擴散能力弱。因此，測量混凝土電阻率是對鋼筋狀況進行檢測評定的一項目重要內(nèi)容。被測構(gòu)件或部位的測區(qū)數(shù)量不宜少于30個29混凝土電阻率四電極阻抗測量法303.1.7 超聲波法檢測混凝土缺陷結(jié)構(gòu)混凝土缺陷主要涉及的檢測內(nèi)容包括：混凝土內(nèi)部空洞和不密實區(qū)有位置與范圍、裂縫深度、表層損傷厚度、以及不同時間澆筑的混凝土結(jié)合面的質(zhì)量等等。常見的檢測方法有地質(zhì)雷達法、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（聲速）2） 波幅的變化3）主頻（或頻譜）的變化4） 波形畸變32（3）測試方法測試方法總體分為兩類： 第一類采用厚度式換能器（平面探頭）進行平面測試；第二類采用徑向振動式換能器進行鉆孔測試。平面測試方法有對測法、斜測法和單面平測法。混凝土不密實區(qū)和空洞、結(jié)合面質(zhì)量檢測采用對測法或斜測法，或兩者相結(jié)合。表層損傷一般采用單面平測法。3334（4）混凝土不密實區(qū)和空洞檢測測試方式及要點判斷的聲參量變化為：聲時延長，聲速降低，波幅下降，主頻降低，波形畸變。超聲測缺的二個特點：間接測量、對比性測試 多點測試 對聲參量

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量化的判定標(biāo)準(zhǔn) 。采用數(shù)量統(tǒng)計確定異常點，之后多參量綜合分析并結(jié)合現(xiàn)場施工情況作出最后的判定。35（5）結(jié)合面測試及判定要點36（6）表面損傷層厚度測試要點：當(dāng)T、R較近時，首波聲時對應(yīng)由損傷層傳播的聲波，當(dāng)T、R間距加大時，首波聲時為由正常砼傳播的聲波。分析步驟：作時-距圖： 拐點前為損傷混凝土“時-距”圖，拐點后為無損傷混凝土“時-距”圖。利用拐點前后直線的斜率求出各層砼的聲速值，計算損傷層厚度。373.2 裂縫檢測運營隧道襯砌裂縫是最常見的病害類型，裂縫檢測也是隧道結(jié)構(gòu)檢測的重要內(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，威脅隧道運營安全。同時，有水區(qū)域的隧道，襯砌裂縫可能會出現(xiàn)滲漏水，對襯砌結(jié)構(gòu)混凝土及鋼筋產(chǎn)生銹蝕，對結(jié)構(gòu)強度和穩(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)裂縫檢測常規(guī)的裂縫位置、方向、長度、寬度檢查，一般用直尺、游標(biāo)卡尺、裂縫計、裂縫測寬儀等檢測。393.2.2裂縫深度超聲波法檢測根據(jù)測試面的條件，可以分為單面平測法、雙面斜測法和鉆孔對測法（局部破損法）。3.2.2.1單面平測法當(dāng)結(jié)構(gòu)的裂縫部位只有一個可測表面，估計裂縫深度又不大于500mm 時，可采用單面平測法。平測法：包括相位反轉(zhuǎn)法和傳播時間差法兩種。

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，接收信號的初始相位會發(fā)生反轉(zhuǎn)。該方法只須移動探頭（換能器）,確定首波相位反轉(zhuǎn)臨界點，就可確定混凝土的裂縫深度。與其它混凝土裂縫深度檢測方法相比，具有無需通過公式計算，簡單直觀的特點，有一定的實用價值。 41（2) 傳播時間差法 本方法就是通過測試聲波在有裂縫位置和沒有裂縫健全部位傳播的時間差來推定裂縫深度的。裂縫深度越大，傳播時間差也越長。傳播時間差法概念42檢測步驟：1）不跨縫時聲時測量。做時距曲線-準(zhǔn)確測試混凝土波速。2）跨縫時聲時測量3）深度計算及裂縫深度確定434）平測法測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雙面斜測法當(dāng)結(jié)構(gòu)裂縫部位具有兩個相互平行的測試表面時，可采用雙面穿透斜測法檢測。裂縫深度判定：當(dāng)T、R換能器的連線通過裂縫，根據(jù)波幅、聲時和主頻的突變，可以判定裂縫深度以及是否在所處斷面內(nèi)貫通。473.3滲漏水檢查與檢測滲漏水也是公路隧道最常見的病害之一，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、pH試紙、量桶或量杯、秒表、水樣收集容器、溫度計、導(dǎo)電計等滲漏水檢查可分為簡易檢測和水質(zhì)檢測兩類。483.3.1簡易檢測（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:漏水是助長襯砌材質(zhì)劣化的原因之一，特別是當(dāng)漏水顯示出強酸性時，混凝土有嚴重劣化的危險。檢查時，一般使用pH試紙對漏水的酸堿度作簡易測定。503.3.2 滲漏水水質(zhì)檢測（1）溫度檢測 （2）pH值及水質(zhì)分析513.4 隧道凈空斷面變形檢測外荷載作用所致襯砌變形、移動、沉降等一般為逐漸變化。通過對隧道斷面凈空檢測，掌握隧道斷面形狀的變化情況。檢測內(nèi)容包括：觀測點變形測量、凈空斷面檢測等。（1）觀測點變形測量通過獨立設(shè)置的永久固定控制點（基點），利用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀或全站儀對隧道路面的觀測點、路沿和襯砌邊墻或基礎(chǔ)沉降與變形進行測量。52（2）凈空斷面檢測檢

16、測隧道凈空斷面實際輪廓，檢查是否存在侵入設(shè)計內(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。斷面儀測量初支輪廓圖533.5 隧道襯砌質(zhì)量雷達檢測直接鉆孔法除了有不能以點代面的局限性外，鉆孔會擊穿防水板造成隧道地下水的滲漏，因此很少使用。無損檢測方法主要有兩種：地質(zhì)雷達法和聲波法(沖擊回波法、反射波法)。地質(zhì)雷達具有檢測速度快、分辨率高、結(jié)果圖像直觀等優(yōu)點，是襯砌無損檢測的主要方式、本節(jié)介紹下地質(zhì)雷達法檢測。543.5.1地質(zhì)雷達檢測基本原理目標(biāo)體深度（位置）計算如下式：Z=vt/2.553.5.2隧道襯砌雷達檢測內(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、蜂窩、離析等缺陷，以及襯砌背后是否存在空洞或不密實區(qū)。仰拱：仰拱厚度、充填層密實程度及其下巖溶發(fā)育情況563.5.3現(xiàn)場雷達測試（1）現(xiàn)場地質(zhì)雷達檢測時，應(yīng)先收集好相關(guān)被檢測隧道的基本資料、以及隧道的設(shè)計參數(shù)并做好前期準(zhǔn)備工作(如搭設(shè)檢測臺車，標(biāo)注里程等)。5758(2)測線布置。隧道拱頂、左右拱腰、左右邊墻和隧底各布1 條59（3）檢測注意事項天線頻率選擇測試前檢查儀器運行情況；測量時確保天線與襯砌表面密貼天線移動平衡、勻速；分段測量時，相鄰段接頭重復(fù)長度大1m；隨時記錄（非常重要?。┛赡軐y量產(chǎn)生

18、干擾的物體(滲水、電纜、鐵架等)及位置；測線510m應(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)記一里程。雷達波速的介質(zhì)參數(shù)標(biāo)定603.5.4典型雷達檢測實例雷達圖像解釋和識別異常主要判定特征：密實：襯砌信號幅值較弱，波形均勻，甚至沒有界面反射信號；不密實區(qū)：襯砌界面反射信號強，信號為強反射信號，同相軸不連續(xù)，錯斷，一般區(qū)域化分布；空洞脫空：襯砌界面反射信號強，呈帶狀長條形或三角形分布，三振相明顯，通常有多次反射信號；鋼筋網(wǎng)：有規(guī)律的連續(xù)的小月牙形強反射信號,月牙波幅較窄；拱架：單個的月牙形強反射信號,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或脫空62二襯鋼筋分布與設(shè)計不符，實測鋼筋僅分布+070+084段，與設(shè)計至