探地雷达在隧道衬砌缺陷及注浆处理效果检测中的应用_罗琪

　　　　公　路　与　汽　运　　　　　　　　　

　　Highways&AutomotiveApplications

第3期

2009年5月　

探地雷达在隧道衬砌缺陷及注浆处理效果

检测中的应用

罗　琪

(广东省交通工程质量监督站,广东广州　510420)

摘　要:介绍了探地雷达的基本原理和在公路隧道衬砌质量检测中的应用,利用探地雷达对经过注浆处理的隧道二次衬砌缺陷部位进行了复测比较,并根据探地雷达的检测结果对注浆处理技术提出了改进建议。

关键词:隧道;探地雷达;衬砌;注浆处理;工程检测

中图分类号:U456.3　　　　　　　文献标识码:B　　　　　　　文章编号:1671-2668(2009)03-0192-03

　　在新建公路隧道中,衬砌是隧道的主要承载结构,也是隧道防水的重要工程。其施工质量对隧道

长期稳定和使用功能的正常发挥具有很大的影响。目前,隧道衬砌常见的质量问题有衬砌与围岩结合部的缺陷、局部裂缝、砼强度不够、衬砌厚度不足等。针对隧道施工中可能出现的质量问题,采用雷达检测技术,可以对砼衬砌与围岩结合部出现的脱空、回填欠实、富水区圈定、衬砌厚度等进行无损检测,及时发现问题,为采取加固措施、消除隐患提供依据,起到对隧道施工质量实时监控的作用。随着雷达检测技术的不断完善,该技术现已成为隧道施工质量监控不可缺少的重要环节。

波,根据电磁波的传播特性,当其遇到电性不同的分界面,即构造物之间的分界面或其中的空洞时,就会产生反射,而且反射波的路径、电磁场强度及波形将随所通过介质的介电特性及几何形态而变化,这些反射波的变化都被接收天线所接收。然后通过A/D转换卡将脉冲电磁波信号转换成数字信号,并传送给雷达主机,由电脑采集软件将数据保存至硬盘。最后通过数据处理软件对反射回波进行后处理得到形象的连续的雷达灰度剖面图,根据同相轴或等灰线、等色线等雷达图像,可判断反射界面的位置或结构物厚度以及埋设物或空洞的位置。探地雷达检测的基本原理见图1。

1.2　现场检测方法

现场检测时,由站在车载平台上的工人手持天线,并让天线贴于衬砌表面,汽车沿隧道走向匀速直线行驶,速度控制在3～4km/h,尽量确保手持天线的工人能让天线始终贴在衬砌上。测线的选择:沿隧道走向布设3条纵向检测剖面,分别沿拱顶及两

1　探地雷达检测方法

1.1　工作原理

本次检测采用意大利RIS-k2型探地雷达,该系统由计算机、主机、天线和配套软件等组成。探地雷达探测时,利用发射天线发射高频宽带脉冲电磁

浆。对于水量较大的单个漏水点,同样采用凿槽引排的办法。

参考文献:

[1]　王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业

出版社,1998.[2]　蒲春平.隧道衬砌的裂缝与渗水及其整治[D].上海:

同济大学,1998.[3]　陈泽愧.公路隧道衬砌混凝土裂缝的成因与防治[J].

广东建材,2005(8).[4]　吕康成,崔凌秋.隧道防排水工程指南[M].北京:人民

交通出版社,2005.收稿日期:2009-02-11

3　结　语

在石怀线ZH-2标段45座渗水隧道整治施工

中,拱部大面积渗水区采用注浆加固方法,能有效止漏,基本形成拱部不滴水的情况;施工缝、裂缝及单个漏水点采用堵引结合方法,也取得了良好效果。针对不同的渗漏类别,采用上述相应的施工技术,对运营隧道渗漏现象起到了较好的控制作用。　总第132期　　　　　　　Highways&AutomotiveApplications　　　　　　　　　　193

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图1　探地雷达基本原理示意图

侧拱腰布设,拱腰测线与拱顶测线的水平距离为L,该距离根据现场测试环境条件决定。测线布置如图2所示。

图3　衬砌脱空检测雷达灰度图

陷位置桩号、深度范围及缺陷类型提交给施工单位进行注浆处理。在注浆处理完成后再对该位置进行复测,确认缺陷处理情况。以下针对广梧(广州—梧州)高速公路石梯迳隧道衬砌雷达检测结果及注浆处理后对应缺陷位置复测结果进行比较分析,说明探地雷达对隧道衬砌缺陷处理的指导作用。3.1　隧道右洞K43+903～910拱顶测线雷达灰度

图对比(见图4～5)

由图4可以看出,该里程桩号处在深度约50cm的位置有长度为7m的连续脱空缺陷。对该缺陷位置进行注浆处理,注浆压力控制为0.8MPa,注浆数量为1.74m3,水泥用量4.5t。从图5可见,经对缺陷位置进行注浆处理后,衬砌内部脱空情况有明显改善,衬砌砼密实。

图2　雷达检测测线布置示意图

1.3　参数选择

RIS-k2探地雷达系统所采用天线的中心频率为900MHz,采集系统为Windows界面操作。根据本次比较测试所选择的测试对象二次衬砌设计厚度以及现场测试条件,选用测试参数如下:扫描速率64scans/s,A/D转换16bit,采样间隔1cm,采样点512,时窗60ns,最大有效探测深度可达1.5m。

2　探地雷达在隧道二次衬砌脱空检测中的

应用

　　目前隧道主要采用模筑泵送砼工艺进行二次衬砌施工,若施工方法不当容易在拱顶施工接缝处出现三角形空洞。在隧道的拱顶和拱腰部位,由于砼重力作用,容易在衬砌和围岩之间或初期衬砌和二次衬砌之间产生空隙。如果大面积的空隙存在,将形成脱空现象。以上缺陷在雷达图像上均表现为长度连续、不规则的强烈反射信号区域(见图3)。

图4　注浆处理前检测雷达灰度图

3　探地雷达指导衬砌脱空注浆处理及效果

根据规范要求,沿隧道走向布设3条纵向检测剖面,分别沿拱顶及两侧拱腰布设,通过距离传感器记录下的延米数转换成里程桩号,将检测发现的缺图5　注浆处理后对应雷达灰度图

3.2　隧道左洞K43+982～988拱顶测线雷达灰度

图对比(见图6～7)

由图6可以看出,该里程桩号处在深度约45194

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3.4　衬砌脱空注浆处理要点

第3期

2009年5月　

对于检测中发现的存在质量缺陷的衬砌位置,应采用压注水泥浆或水泥砂浆的方式进行处理。根据实际施工经验,处理中应当注意以下几个方面:

1)衬砌背后有脱空现象时,应根据衬砌厚度确

图6　注浆处理前雷达灰度图

定钻孔深度,钻孔和注浆钢管尽量不要破坏原有的防水层;衬砌背后空洞较大时,可在拱部开60cm×60cm的天窗喷砼填充,喷砼采用C20砼或1∶1水泥砂浆,直至将拱顶空洞回填密实,再将天窗口用微膨胀水泥封住。

2)注浆过程中,根据检测报告,在缺陷位置钻注浆孔,钻两排注浆边孔,两排注浆孔之间钻一排排气孔。注浆从两个注浆边孔开始压注水泥浆,工作压力不大于0.8MPa。当有浆液从中间注浆孔中流出时,接着从中间注浆孔压注水泥浆,工作压力保持0.8MPa,直至出气孔有浆液流出,此段注浆结束。3)施工时应控制好注浆压力,并应采取衬砌临时支护措施,同时密切观察衬砌变形位移及周围裂缝的发展情况,确保施工安全。

图7　注浆处理后对应雷达灰度图

cm的位置有长度为8m的连续脱空缺陷。对该缺陷位置进行注浆处理,注浆压力控制为0.8MPa,注浆数量为1.54m3,水泥用量4.0t。从图7可见,经对缺陷位置进行注浆处理后,衬砌内部脱空情况有明显改善,但是与周围介质仍存在一定程度的差别,尚不能达到完全密实。3.3　隧道左洞K44+047～050拱顶测线雷达灰度

图对比(见图8～9)

4　结　论

该隧道衬砌缺陷探地雷达检测结果及注浆处理效果表明:

1)探地雷达的检测由于其对检测对象无损以及检测的直观准确,在工程实践中有着广阔的应用前景,正逐渐成为有效和快速的隧道检测方法。2)通过采用行之有效的注浆技术并加强控制,可以显著改善隧道衬砌质量问题,达到从源头上消

图8　注浆处理前雷达灰度图

除质量隐患的目的。参考文献:

[1]　杨　峰,苏红旗.地质雷达技术及其在公路隧道质量检

测中的应用[J].筑路机械与施工机械化,2005,22(10).

[2]　罗　方.地质雷达在隧道健康诊断中的应用[J].长安

大学学报(自然科学版),2006,26(3).

图9　注浆处理后对应雷达灰度图

[3]　陈礼伟.地质雷达检测隧道衬砌质量中的问题研究

[J].岩土力学,2003,24(增刊).

[4]　贺胜军.分水界隧道偏压段衬砌受力分析[J].公路与

汽运,2008(4).

[5]　高晓华.软弱围岩浅埋偏压连拱隧道衬砌开裂处治分

析[J].山西建筑,2008,34(18).收稿日期:2009-01-17

由图8可以看出,该里程桩号处在深度约40cm的位置有长度为4m的不密实缺陷。对该缺陷位置进行注浆处理,注浆压力控制为0.8MPa,注浆数量为2.32m,水泥用量6.0t。从图9可见,经对缺陷位置进行注浆处理后,衬砌内部脱空情况有明显改善,衬砌砼密实。3