无损检测技术在隧道工程测量施工中的应用

张义凯 中铁西北科学研究院有限公司助理工程师

道路交通一直以来都是我国非常重要的基础设施建设项目，对于整个区域经济发展而言具有非常重要的影响。隧道施工在整个道路交通建设中具有非常重要的作用，但是由于隧道施工整体难度较大，为了从根本上保证隧道施工的安全性和稳定性，应合理应用无损检测技术对施工现场的地质地貌情况进行有效的检测，保证整个施工环境的可靠性，为隧道施工的有序开展提供保证。

1 隧道施工现存病害问题

当前，我国公路与铁路隧道的建设数量在持续增加。建设隧道时，由于年限的差异性，导致隧道工程项目的质量存在明显的不同。尤其是其经过多年使用，隧道病害问题越来越严重，如果无法及时有效处理病害问题，不仅会导致整个隧道的安全性受到严重威胁，而且可能会引起严重的自然灾害。

隧道病害以设计、地质和使用这几种类型的病害为主。设计病害主要是指在整个设计中由于缺少全方位考虑，导致隧道病害出现的频率相对较高。在现有的病害表现中，渗水、漏水情况具有一定的典型性特征[1]。隧道本身具有非常强的密闭性特点，所以针对隧道进行排水时要保证排水效果。但是由于在整个设计中没有对当地的气候条件及地形地貌等因素有所重视，所以设计中易在排水方面出现一系列失误。

地质类病害，通常是指由于地质灾害造成的一系列病害影响。由于地质活动的影响，隧道经常会出现不同程度的裂缝及形变种情况。受到这些问题的影响，隧道使用时的安全性和稳定性会受到严重威胁。

使用类病害通常是指由于隧道处于长时间运行的状态，压力持续增加，导致隧道自身的地基出现不同程度的沉降或者断裂情况，带来的一系列危害越来越严重。由此可以看出，隧道病害类型相对较多，造成的危害比较严重。因此，要针对隧道病害展开有针对性的防治，提出符合现实情况的解决对策，以保证整个隧道的施工质量。

2 无损检测技术在隧道工程施工中的应用

2.1 地质雷达检测技术

地质雷达检测技术是目前常用的一种无损检测技术，在隧道工程项目规划和建设中发挥着重要作用。其工作原理主要是通过配置一个相对合理的传感设备，采用均速形式针对检测点面的完成检测的一项技术。具体而言，该技术是利用表层上的发射器发射电磁波，当电磁波穿过媒介时，由于材料的不均匀性和导电性的差异使振幅衰减；当信号到达中断点处时，由于介电性会反射回来被接收天线接收，因此频率、反射和导电率决定了电磁波穿透隧道结构的深度。当发射天线在表层移动时，根据电磁波反射角和传播时间变化，可以从传播时间曲线中分析检测不同深度的缺陷和异常[2]。简而言之，接收器能对工程表面材料产生接收信号，了解探测地面的实际情况进而判断作业情况。当前，该技术在检测施工材料性质改变、结构异常、衬砌厚度变化、围岩情况等方面得到了广泛应用，对保证隧道工程施工检测工作顺利开展具有十分重要的意义。

2.2 红外线高温照相技术

无损检测技术在隧道施工中的应用，不仅是顺应时代发展要求的一种必然趋势，而且对于整个隧道施工的质量控制具有非常重要的作用。红外线高温度照相技术在隧道检测中具有非常重要的作用。该技术可用来测量隧道墙体发射出的辐射热，通过红外线记录系统将墙体表面的温度分布情况显示出来，表面温度代表热量在墙体表面的流动，其反过来又影响结构的机理或水的流动，因此墙体表面的温度异常反映了结构里面的异常[3]。

用于隧道检测时，红外线照相机或扫描器一般安装在移动的车厢上，测定衬砌和围岩间水在不同温度下的流动、衬砌后面地质条件的改变以及衬砌缺陷、空洞，具有非常强的实用性。由于该方法依赖于温度梯度测量，因此最好在冬季温差较大时进行[4]。此外，应用该技术时，隧道表面切记不可以有任何的覆盖物或者设施设备等，否则易对整个热流的渗透造成严重影响。该技术并没有雷达技术的高灵敏性特征，因此针对病害问题进行检测时流水量会受到时间变化的影响出现改变，会导致测量结果受到影响。

2.3 超声脉冲法

在目前的隧道施工中，无损检测技术的应用相对比较广泛，超声脉冲法是其中不可或缺的重要检测技术手段之一。该技术能针对隧道中混凝土裂缝及蜂窝等不同程度的病害问题进行客观有效的检测，检测结果具有针对性和有效性。混凝土是多组分的集合体，各组分有不同的物理特性，当混凝土中出现损伤时，超声波在各组分界面和损伤处发生杂乱无章的反射、折射、透射、绕射等使得能量不断损失，导致接收声学参数异常，这些异常声学参数为混凝土损伤检测提供了依据。超声波波形的敏感性和稳定性都很高，是检测混凝土质量的重要参数。

2.4 多光谱分析测量

针对隧道进行施工时，要想实现无损检测在其中的合理应用，要结合现实要求，合理引入多光谱分析测量技术。使用6 种覆盖较小频谱范围的特种滤光镜对隧道表面进行拍照，在同一位置每种滤光镜至少应拍1次。用多谱投影机来分析所拍的胶片,以彩色背景看黑白胶片,可见到细小的灰色阴影。让不同胶片重叠，可看出细小的不同光色，从而离析出墙体表面的湿块和其他病害。该技术可以与红外线现场照相技术兼及使用。

2.5 GPS桥梁三维位移检测技术

GPS 桥梁三维位移监测技术是通过导航卫星自身所配备的实时站点三维坐标对路桥工程实施检测工作。具体来看，先在桥梁上安置监测点，同时将GPS 的基准站建于管理中心，并同计算机系统相互结合开展检测工作。该技术的实际检测过程是按照卫星信号各监测站的具体实际情况，利用GPS 基准站将分解计算得出的差分数据发送出去，各监测站根据差分数据计算出自己的坐标数据，控制中心的计算机系统接收这些坐标数据后利用计算机进行最后的计算及分析工作。

2.6 声探无损检测技术

在桥梁的长期使用过程中，负载严重会对路面结构造成影响，使路面出现裂缝。应用该技术能对道路桥梁使用过程中出现的裂缝进行准确检测，即利用瞬间产生的应力波规律进行道路桥梁缝隙位置检测。

3 结语

隧道工程一直以来都是道路交通建设中非常重要的一部分，隧道的安全性和稳定性会直接影响整个项目的建设质量。因此，要保证及时针对隧道中的病害问题进行妥善处理。通过对无损检测技术的合理利用，能对病害的部位进行确定，掌握隧道的具体情况，提出有针对性的病害防治对策，保证隧道施工质量。