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隧道檢測方法之隧道襯砌質(zhì)量檢測方法
1、現(xiàn)場鉆孔法
2、襯砌混凝土強度檢測回彈法
混凝土是隧道工程建設(shè)使用最為廣泛的建筑材料?；炷临|(zhì)量的優(yōu)劣影響到隧道襯砌結(jié)構(gòu)的適用性、安全性和耐久性,并直接制約著隧道工程經(jīng)濟和社會效益的發(fā)揮。混凝土襯砌的質(zhì)量檢控中,強度保證是基本要求。但是混凝土作為多相、多組分的復(fù)雜材料體系,在制造過程中,其強度易受到配料、攪拌、成型、養(yǎng)護等多種工藝環(huán)節(jié)的影響,如技術(shù)疏忽或管理不嚴,便極易造成質(zhì)量隱患,甚至釀成工程事故。因此在建隧道的施工質(zhì)量檢控和已建隧道襯砌的健康診斷中,混凝土的強度檢測十分必要。
然而傳統(tǒng)的混凝土強度檢測方法,無論是利用與現(xiàn)場同條件制作、養(yǎng)護的預(yù)留試塊進行隧道襯砌的混凝土強度檢測,還是現(xiàn)場鉆孔取芯進行強度檢測,對于隧道工程而言,弊端皆十分明顯,兩者的應(yīng)用前景都不甚廣闊。迄今為止,隧道襯砌強度檢測的適宜方法,國內(nèi)外也鮮有報道。隨著我國高等級公路建設(shè)的迅速發(fā)展,公路隧道的數(shù)量和規(guī)模日益增加。所以,針對隧道工程的特點,尋求安全、經(jīng)濟、簡便有效的混凝土襯砌的強度檢測方法以應(yīng)工程之需,具有較大的經(jīng)濟價值和社會效益。本文嘗試著將回彈法、超聲—回彈綜合法引入某公路隧道襯砌的強度檢測,以期從無損檢測這一角度對這些方法進行比較研究。
（1）隧道襯砌的特點與檢測方法的建立
回彈法和超聲回彈綜合法對房屋和橋梁等建筑結(jié)構(gòu)的強度檢測,國家及有關(guān)部門已經(jīng)頒布有相關(guān)的規(guī)范與標準,使強度檢測的精度和可靠性有了科學(xué)的程序和公認的檢測方法。而這些程序和方法都是在對建筑結(jié)構(gòu)的安全和可靠性評估方法、結(jié)構(gòu)和材料的檢測技術(shù)、結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算分析模型進行全面深入的研究基礎(chǔ)上制定的。公路隧道與這些建筑結(jié)構(gòu)在材料、功能、力學(xué)性能和設(shè)計方法上有許多的共同點,因此回彈法和超聲回彈綜合法對建筑結(jié)構(gòu)進行強度檢測的程序、方法、和分析計算的基本原理可以有選擇應(yīng)用到公路隧道的強度檢測當(dāng)中。但是,與常規(guī)的建筑結(jié)構(gòu)相比,公路隧道還具有一些自身獨有的特點。公路隧道屬于地下半隱蔽工程,跨度大,穿越的地質(zhì)條件復(fù)雜多變,襯砌形式種類多。由于隧道結(jié)構(gòu)和圍巖之間復(fù)雜的相互作用,襯砌的荷載分布至今都是一個在理論上遠未解決的問題。對于公路隧道而言,圍巖類別和襯砌形式不同的地段,襯砌內(nèi)部的應(yīng)力分布不同。即使在同一地段,巖層產(chǎn)狀和巖性的差異,也可導(dǎo)致隧道的不同部位如拱頂、拱腰和拱腳等,其應(yīng)力分布和變形特點發(fā)生變化。實際上,公路隧道經(jīng)常處于一定的地下水環(huán)境中,水往往是混凝土襯砌劣化的主要因素。已有的回彈法和超聲回彈綜合法都是通過制備各種標號的混凝土試件,分別進行大量的回彈、超聲和單軸抗壓強度試驗,建立回彈值、聲速和強度的相關(guān)關(guān)系,得到回彈測強基準曲線和超聲回彈測強基準曲線,進而間接推定混凝土強度的。實際上,在試驗室進行回彈和聲速測試時,都是在試件含水量可控制的范圍內(nèi)和零應(yīng)力狀態(tài)下測試的,而公路隧道卻相反,它總是處于一定的應(yīng)力狀態(tài)和含有一定的地下水。由于這些基礎(chǔ)條件的差異,在隧道混凝土強度檢測中,鉆芯法必不可少,它的結(jié)果直觀、準確、代表性強,可用來對回彈法和綜合法結(jié)果進行校正,以提高檢測的可靠性。但是,鉆芯法屬于半破損檢測方法,隧道襯砌是隧道工程主要的承重結(jié)構(gòu)和最后的防水措施。對襯砌鉆孔,必然造成結(jié)構(gòu)的局部損傷,可影響到襯砌的整體性和剛度,也影響著隧道的美觀,且造價昂貴。故鉆孔數(shù)量不能太多,難以用來對整條隧道進行綜合評判和推定,只能用于對回彈法和綜合法進行強度校核,對混凝土的強度檢測起著以點控面的作用。
由于公路隧道只有一個面暴露在外,其內(nèi)部缺陷和潮濕程度等無法觀察,回彈法和綜合法測試時只能采取沿面測試方法,這也加大了測試工作的難度。在橫斷
面上,公路隧道襯砌按同一模板長度澆注成型,在整個橫斷面上形成完整的拱圈。所以,拱圈是隧道襯砌的基本結(jié)構(gòu),在公路隧道混凝土襯砌的強度檢測中,以同一橫斷面上的拱圈為檢測單元,是回彈法和綜合法的首選方式。對于隧道而言,拱頂、拱腰和拱腳是關(guān)鍵的受力部位,其強度的滿足與否,直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的變形大小與穩(wěn)定性,故橫斷面的強度檢測中,應(yīng)分別將它們作為獨立的測區(qū),進行單獨評價。
回彈法是混凝土強度無損檢測的一種基本方法。它是通過回彈值測試混凝土表層硬度(主要是砂漿部分的強度)來由表及里地間接推定混凝土強度的。它操作簡便,重復(fù)性強,價格便宜,對襯砌質(zhì)量不產(chǎn)生破壞,在檢測混凝土的勻質(zhì)性方面優(yōu)勢明顯。但是,回彈法也有其不足之處,如低強度混凝土,受力時易產(chǎn)生塑性變形,表面彈性不足,對回彈法測強不敏感。對于內(nèi)外質(zhì)量不一的混凝土,回彈法測強結(jié)果只能代表襯砌表層一定深度范圍內(nèi)的混凝土。不同型號的回彈儀,測試厚度不一,現(xiàn)場測試時,必須根據(jù)襯砌厚度靈活選用合適的回彈儀。
超聲回彈綜合法是利用低頻超聲波儀和回彈儀對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件同一測區(qū)進行原位聲速和回彈測試,利用已建立起來的全國統(tǒng)一測強曲線,推算該測區(qū)混凝土抗壓強度的一種方法。較之于單一的回彈法和超聲法,綜合測強法具有明顯的優(yōu)勢。襯砌混凝土的齡期和含水率都對回彈值和聲速有著明顯的影響,但在綜合測強方法中,齡期、含水率兩個因素對回彈值和聲速的影響卻能在相當(dāng)程度上相互抵消,從而能較大地提高強度測試的準確性與可靠性。如上所述,回彈法對低強度混凝土測試不敏感,單純的聲速法卻對高強度混凝土反映不靈敏,而將兩者結(jié)合起來的超聲-回彈綜合法,既能將混凝土內(nèi)外質(zhì)量檢測結(jié)合起來,又能在較低或較高強度區(qū)彌補各自的不足,所以,綜合測試能較全面地反映混凝土襯砌的整體質(zhì)量,提高無損檢測混凝土強度的精度。
(2) 工程應(yīng)用及結(jié)果分析
某隧道全長656m,于1992年底建成通車。隧道設(shè)計為雙向四車道,進出口洞門均采用翼墻形式,洞身支護形式為曲墻式。隧道襯砌采用模板澆注,插入式振搗器振搗,設(shè)計強度為C20。該隧道襯砌表面蜂窩、麻面較為常見;隧道輪廓異形現(xiàn)象比較多,內(nèi)凹或外凸較為明顯;多數(shù)地段的橫斷面輪廓也不甚平整光滑,模板縱橫縫間的錯位較嚴重;在整個長度范圍內(nèi),隧道混凝土襯砌的開裂和滲漏水等病害較為發(fā)育,局部區(qū)段比較嚴重,主要集中在隧洞進出口部位和隧道右側(cè),有的地段兩者較之于鉆芯法結(jié)果,其波動幅度分別為6.3%和0.4%。鉆芯法和回彈、綜合法的結(jié)果相一致表明,回彈法和超聲回彈綜合法的正確應(yīng)用,是可以用來檢測隧道混凝土襯砌的強度的,并且可以保證其精度和可靠性。
根據(jù)設(shè)計資料,該隧道襯砌混凝土為200號防滲混凝土,相當(dāng)于新規(guī)范C18的混凝土。因此,如果各測點由回彈法、綜合法或鉆芯法獲得的推定抗壓強度或混凝土強度代表值大于或等于18MPa,即可判定該處混凝土強度為合格。由強度分布圖可以看出:從判定混凝土強度是否合格這一角度來看,三種方法的檢測結(jié)果是完全一致的,回彈法和綜合法評價結(jié)果與相應(yīng)的鉆芯法并沒有差別。就整體而言,不同檢測方法的測試結(jié)果都表明,隧道襯砌的強度大都滿足設(shè)計要求,達到了18MPa。但局部地段的強度明顯不夠,最小的僅有10MPa,遠未達標。如里程360m~500m范圍內(nèi)的左拱腳、左拱腰部位和440m處的右拱腰部分,三種方法所
得的強度都遠小于18MPa,判定結(jié)果為該處襯砌強度不合格,三者結(jié)論全部一致。同時,對該隧道的現(xiàn)場調(diào)查、地質(zhì)雷達和斷面輪廓測試資料的研究表明:隧道襯砌強度的檢測結(jié)果,其分布規(guī)律同變形形式、裂縫的分布情況和襯砌滲漏水特點是比較一致的。這一結(jié)論,從另一方面,也反證了回彈法和超聲回彈綜合法在襯砌強度檢測方面應(yīng)用的可靠性和精度。
(3) 回彈法操作要點
1）檢測時回彈儀軸線始終垂直于測區(qū)所在區(qū)；
2）測區(qū)范圍0.2*0.2m2，測點均勻布置；
3）每測區(qū)取16個回彈值，每個讀數(shù)精確到1；
4）回彈值的確定：16個值中，剔除3個最大值、3個最小值，求其平均值；
5）在有代表性的測區(qū)進行碳化深度測定，一般不少于30%的測區(qū)；
6）碳化深度試驗所用的溶液為1%的酚酞灑精溶液；
7）對回彈值影響最大的因素是碳化和齡期；
8）回彈值的率定值為80±2
