簡要（yào）闡述了隧道仰拱施工過程中存在的（de）主要質量（liàng）問題及現有的（de）檢測方法，著重討論了地質雷達法和鑽芯取樣（yàng）法的檢測原理、注意事項及改進方法，並對隧道仰拱施工質量檢測方（fāng）法的選取提出了合理建議。

關鍵詞:隧道仰拱;質量檢測（cè）;地質雷達;傳統地質鑽（zuàn）機（jī）;便攜式地（dì）質鑽機

引言（yán）

伴隨著國家中長（zhǎng）期鐵（tiě）路規（guī）劃的逐步實（shí）施（shī），西部路網規模不斷擴大。在多山（shān）的西部地區修建鐵路“逢山（shān）鑿洞，遇河架橋”，隧道工程所占（zhàn）的比例越來越大。仰（yǎng）拱作為隧道襯砌結構的重要組成部分，能改善（shàn）襯砌結構的受力形式，調整（zhěng）支護結構的（de）軸力和彎矩分布，在提高隧道襯砌結構的承（chéng）載能力、安全（quán）度和耐久性，抑製（zhì）圍岩（yán）內（nèi）塑（sù）性區的（de）擴展，約束隧（suì）道洞周（zhōu）位移發展等方（fāng）麵有重要作（zuò）用［1－2］。盡（jìn）管隧道仰拱對於隧道襯砌結構極（jí）其重要，但在仰拱（gǒng）實際施工（gōng）過程中（zhōng），施工質量控製卻困難重重，主要原因:一（yī）方麵是隧道仰拱屬於隱蔽性工程，有效監管困難;另（lìng）一方（fāng）麵是（shì）受仰拱與掌子麵距離限製（zhì）和上台階施工幹擾，為了保證施工進度，施工單位經常將仰拱與仰拱填充一次澆築。因此（cǐ），選取合適的檢測方法對隧道仰拱施工質量進行檢測意義重大。本（běn）文（wén）根據多年的檢測（cè）經驗，對（duì）比（bǐ）分析了隧道仰拱施工質量現有主要檢測方法的優缺點，並就隧道仰（yǎng）拱施工質量檢（jiǎn）測方法的選取提出了合理建議，以期達到為（wéi）今（jīn）後隧道（dào）仰拱施工質量檢測提供借鑒的目的（de）。

1隧道仰拱常見施工質量問題及現（xiàn）有的主（zhǔ）要檢測方法

在以往的檢測（cè）過程中，發現仰拱施（shī）工主要存（cún）在的質量問題有仰拱厚度不足、仰拱強度不夠、仰拱填充回填片石或洞渣、仰拱底部清理不徹底，有（yǒu）虛渣、仰拱鋼筋或鋼架間距超標甚至缺失等［3］。這些質（zhì）量問題的存在（zài），將會導致隧道結構整體承載能力的降低，出現仰拱隆起、翻漿冒泥、拱牆開裂，甚至隧道整體（tǐ）失去穩定等一（yī）係列影響運營安全的事故發生。隧道仰拱施（shī）工質量檢測（cè）與評估的方法，主要有（yǒu）地質雷（léi）達法、鑽芯法、聲波法、瞬變電磁法、超聲回彈綜合法（fǎ）、回彈法、瑞雷波法（fǎ）、地震影像法及紅外線探測法等。檢測方法雖然很多，但如何（hé）保證隧道仰拱施工質量檢測的準確可靠卻一直困擾著檢測工作者們。在實際工程檢測工（gōng）作中（zhōng），最（zuì）常用到的檢測方（fāng）法有地質雷達法和鑽芯（xīn）取樣法（fǎ）。

2隧道（dào）仰拱施工質量（liàng）常用檢（jiǎn）測方法評述（shù）

2.1地質雷達法

2.1.1地質（zhì）雷達法檢測工作原理（lǐ）［4］地質（zhì）雷達是采用無線電磁波（bō）檢測地下（xià）介質分布和對不可見目標體或地下界麵進行掃描，以（yǐ）確定其內部（bù）結構（gòu）形態或位置的電磁技術。其工作原理為:高頻（pín）電磁波以寬頻帶脈衝形式通過發射（shè）天線發射，經目標體反（fǎn）射或透射後，由接受天線接收。高頻電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度和波形將隨所通過介質的介電特（tè）性及匯集形態不同而變化，並由此通過對時域波形的采集、後處理和分析，從而確定地下界麵或目標體的空（kōng）間位置或結構（gòu）形（xíng）態。地質雷達具有分辨率高、無損傷（shāng）、效率高、抗（kàng）幹擾能力強等特點。地質雷達檢測（cè）采用剖麵（miàn）法，即發射天線(T)和接收天線(Ｒ)以固定的間距（jù）沿測線同步移動的（de）量測（cè）方式，量測結果可用地質雷達時間剖麵圖表示，其中橫坐（zuò）標（biāo）記錄天線在測線上的位置，縱坐標（biāo）為反射波雙程走時，表示（shì）雷達波從發射天線出發經介（jiè）質界麵反射再回到接（jiē）收天線所需的總時間。這（zhè）種記錄能（néng）準確描述測線下（xià）方（fāng）各反（fǎn）射（shè）界麵的狀態。雷達工作原理，見圖1。為確保時間剖麵上各測點的裏程位置與實際檢（jiǎn）測裏程位置相（xiàng）一致，在（zài）隧道左右邊牆上每5m作一個標記，方便（biàn）標注裏程時核對（duì）。在數據後（hòu）處理過程（chéng）中，根據標記（jì）和記錄的起始裏程進（jìn）行（háng）分析處理。襯砌界麵的判釋（shì）:襯砌混凝土、噴射混凝土與圍（wéi）岩(或其間脫空區域中的空氣)存在明顯（xiǎn）的介電特性差異，因此在時間剖麵圖上，混凝土襯砌底麵與岩石之間有明顯的分界麵。襯砌混凝（níng）土（tǔ）與噴射混凝土之（zhī）間的介（jiè）電特性也存在差別，利（lì）用（yòng）介電特性的差別來判定（dìng）不同介質之間的界麵。數據處理及（jí）資（zī）料解釋流程，見圖2。原始數據經過（guò）處理後，得到深度與時間剖麵，見圖3。然後，對比設計參數進行分析並得出檢測結果。2.1.2地質雷達法優缺點地質雷（léi）達法檢測隧道仰拱，其優點是儀器輕便，無損檢（jiǎn）測，檢測速度快，能連續檢測一條測線，檢測結果代表性較高。但由雷達天線頻率決定的探測深度與分辨率是互相製約的，高頻電磁波分辨率高，而淺（qiǎn）部損耗嚴重，探測深度小;低頻電磁波穿透深度大，但分辨率較（jiào）低［5］。在（zài）應用地質雷達法對隧道仰拱進行檢測時，對仰（yǎng）拱厚度的判斷多數基於（yú）仰拱上層鋼筋的雷達波反射信號，僅能（néng）大致推測仰拱的（de）厚度，誤差較大，並且地質雷（léi）達在檢（jiǎn）測（cè）仰拱鋼筋或鋼架時，也難以定量，僅能對鋼筋（jīn）或鋼架的有無進行定（dìng）性判斷。隧道仰拱實際檢測過程（chéng）中（zhōng），常用的天線頻率有400，200(270)MHz。270MHz天線檢測某隧（suì）道仰拱時的典型雷達圖譜，見圖4、圖5。圖4基本看不到仰拱底部的反射麵（miàn），且此段落仰拱無鋼筋;圖5中因仰拱有鋼筋而可（kě）以清晰看到鋼筋（jīn）反射界麵，鋼筋（jīn）反射界麵呈一條白色反射帶，鋼筋間距無法量化，且仰（yǎng）拱底部仍然無法看到。圖4、圖5由於雷達天（tiān）線頻率較低，故分辨率也很低。400MHz天線檢測某隧（suì）道仰拱時的典型雷達圖譜，見圖6、圖7。圖6中，由於仰拱無鋼筋而看不到清（qīng）晰的反射界麵;圖7中（zhōng）由於仰拱有鋼（gāng）筋，雷（léi）達圖像能（néng）清晰看到鋼筋層反射界麵，但仰拱底部反射（shè）界麵仍無法看到，相比較（jiào）於圖5中鋼（gāng）筋層反射界麵（miàn），圖7中鋼筋層反射界麵要清晰很多，但鋼筋的間距仍難以量化。

2.2傳統（tǒng）鑽芯法檢測隧道仰拱施工質量

2.2.1傳統鑽芯法檢測原理傳統鑽芯（xīn）法采用地質鑽機在擬取芯部位進行鑽孔取芯檢測，通過量測芯樣長（zhǎng）度來檢測隧道仰拱厚度;芯（xīn）樣經過（guò）切（qiē）割加工後進行抗壓試驗，檢測仰拱混凝土強（qiáng）度（dù）;通過取（qǔ）芯過程中（zhōng）的芯樣描述（shù）對仰拱填充進（jìn）行評價;通過隧底芯樣對隧道底部圍岩情況進行檢測，判（pàn）斷隧底清理（lǐ）是否徹底、是否有虛渣以及隧底圍（wéi）岩情況（kuàng）。2.2.2傳統鑽芯法優缺（quē）點傳統鑽芯法檢測，其缺點為破損檢測，且為局部點位檢測，代（dài）表性較雷達法較差，鑽機移動緩慢，效率不（bú）高。但鑽芯法檢測優點突出，具有測（cè）試結果誤差小、直觀，檢測結果可靠，不僅能真實反映仰（yǎng）拱（gǒng）混凝土（tǔ）厚度和回填情況，還可以進一步檢（jiǎn）測仰拱混凝土的強（qiáng）度以及對隧道底部（bù）圍岩情況進行檢測，見圖8。2.2.3傳統鑽芯法改進方法為了克（kè）服鑽機（jī）移（yí）動緩慢，鑽芯效率不高這（zhè）一問（wèn）題，實際工作（zuò）中可以考（kǎo）慮將地質（zhì）鑽（zuàn）機安設到（dào）小型貨車上，由此（cǐ）可以加快移動轉場速度，提高工作效率，見圖9。對取芯代表性較差這一問題，還可考慮取芯時加大取（qǔ）芯密度，甚至可以考慮在每板施工的仰拱上（shàng）隨機進行至少一處鑽芯檢測，以增強鑽芯（xīn）檢測的代表性。2.2.4傳統鑽芯法檢測隧道仰拱質量注意事項（xiàng）(1)鑽芯部位應根據需要合理（lǐ）布置，如無特殊需求，一般將取芯（xīn）部位選在隧道中心水溝（gōu），既降低了對隧道施工的幹擾，又方便鑽芯過程中冷卻水的循環利用。(2)鑽孔深度應鑽至隧底。(3)鑽頭內徑要滿足芯樣抗壓要求;鑽頭材質最好采用金剛石，並采用濕（shī）式鑽芯，利用水循環降低鑽進過程中鑽頭的溫度，且（qiě）每次鑽進深度不宜超過50cm，以（yǐ）提（tí）高（gāo）芯樣鑽取質量。(4)鑽芯前要平整（zhěng）場地，使地質鑽機安放平穩，並準確獲取取芯位置處的實際標高、隧道底部（bù）的設計標高和鑽芯（xīn）取樣結束（shù）後的孔底標高。(5)轉盤（pán）轉速根據地層軟硬進行選擇，一般情況下使用（yòng）慢速或中速，每鑽進50～70cm倒換（huàn）一次鑽（zuàn）杆夾（jiá）持器。(6)做好鑽芯過程（chéng）記錄，芯樣存放（fàng）在芯樣盒內，按鑽取先後順序存放，並做好（hǎo）芯樣存放記錄，記錄好混凝土芯樣裏程部位、芯樣深（shēn）度範（fàn）圍（wéi）等。(7)對取芯過（guò）程做好影（yǐng）像資料留存，對芯樣進行封存。(8)鑽芯取樣結束後（hòu），及時對鑽孔進行注漿恢（huī）複，注漿材（cái）料建議用微膨脹混凝土進行充（chōng）填，並（bìng）振（zhèn）搗密（mì）實，以（yǐ）免因鑽芯引起仰拱結構水壞隱患。2.3便攜式地質鑽機鑽芯法檢測仰（yǎng）拱（gǒng）質量（liàng）便攜式地質（zhì）鑽機（jī）也稱背包式地質鑽機，便攜式地（dì）質鑽機鑽芯檢測方法是最近才發（fā）展起來的一種新型檢測方（fāng）法，也是非常具有發展前景的（de）一種鑽芯檢測方法。其檢測（cè）原（yuán）理與傳統鑽芯法的檢（jiǎn）測原理基本一致，但（dàn）相比於傳統鑽芯檢測（cè）方法，便攜式地質鑽機攜帶（dài）方便，操作靈活、鑽孔快捷，且自帶汽油發動機，無（wú）需接入外部電源，供（gòng）水係統有壓力瓶或小型水泵。由於（yú）便（biàn）攜式地質鑽機取出的芯樣直（zhí）徑目前多數情況下隻有2～3cm，按現行規範不（bú）能進行抗（kàng）壓試驗，因此便攜式地（dì）質鑽機取芯僅能檢測仰拱的厚度和仰拱填充情況。便攜（xié）式地質鑽機及現（xiàn）場取（qǔ）芯工作（zuò），見圖10。取出（chū）的芯樣，見圖11。

3結語

隧道仰拱施工質量檢測方（fāng）法，應根據（jù）檢測目的選擇一種或幾種:(1)當（dāng）僅需（xū）檢測仰（yǎng）拱厚度時，可以考（kǎo）慮選取（qǔ）便攜式地質鑽（zuàn）機（jī）進行鑽芯檢測。(2)當（dāng）需（xū）要檢測仰拱厚度（dù）和強度時，則需要采用傳統地質鑽（zuàn）機進行鑽芯檢測。(3)當需要檢測仰拱鋼筋和鋼架情況時，則需用地質（zhì）雷達法進行（háng）檢測;不過地質雷達法在檢測仰拱鋼筋或鋼架時，也僅僅能定性判斷出隧道仰拱中鋼筋或鋼（gāng）架的有無或大致判斷出鋼（gāng）筋鋼架（jià）的間距，而鋼筋或鋼架的準確間距（jù）由於雷達分辨率與檢測深度的這一不可調和的矛盾難以確定。在應用地質雷達對隧道（dào）仰拱進行檢測時，測線（xiàn）應盡量靠近邊牆位置，此位（wèi）置仰拱填充較薄（báo），可提高檢測質量（liàng）。(4)仰（yǎng）拱施工質量最理想的檢測（cè）方法，應該是在仰拱（gǒng）填充之（zhī）前采用地質雷達法進行檢測，這（zhè）樣不僅可以檢測（cè）仰（yǎng）拱（gǒng）厚度，還可以準（zhǔn）確檢測仰拱鋼筋、鋼架的間距，發現問題（tí）及（jí）時處（chù）置，把問題解決在（zài）下一道工序之（zhī）前，減（jiǎn）少返（fǎn）工帶來的損（sǔn）失（shī）。