GPR 探地雷達在隧道襯砌檢測中的應(yīng)用

根據(jù)《隧道襯砌質(zhì)量無損檢測技術(shù)規(guī)程（T/CSPSTC 55-2020）》、《公路隧道檢測規(guī)程（T/CECS G-J60-2020）》、《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程（TB10223-2004）》等標準文件的指示，在隧道建設(shè)過程中需要對隧道襯砌結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量進行檢測。

合格的隧道襯砌包括:

• 開挖斷面達到設(shè)計要求；

• 初期支護數(shù)量達到設(shè)計標準；

• 圍巖、初噴混凝土、二襯混凝土間結(jié)合緊密等。

1. 光爆效果不好造成的空洞

光面爆破控制不好，導(dǎo)致超挖、欠挖現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，隧道斷面出現(xiàn)鋸齒狀的起伏。雷達圖像上部顯示脫空，空洞規(guī)模小且不連續(xù)^[3]。

初支和圍巖間空洞的雷達圖^[3]

2. 超挖回填造成的不密實缺陷

當(dāng)隧道的超挖尺寸過大時，若通過灌漿法或干砌法，進行片石而非同級混凝土回填，則容易出現(xiàn)片石間空隙未被混凝土填滿的現(xiàn)象，最終造成不密實缺陷。下圖為片石回填不密實的雷達圖像，襯砌設(shè)計厚度55cm，檢測厚度50cm，混凝土厚度沒有達到設(shè)計要求。背后混凝土不密實^[3]。

片石回填不密實的雷達圖^[3]

3. 大塌方或大溶洞形成的空洞

塌方是開挖時出現(xiàn)較大面積坍落的現(xiàn)象，一般沿隧道中線方向延續(xù)長度在2m以上，有時可長至10米，較大溶洞的尺寸還要大于塌方^[3]。下圖是拱部溶洞經(jīng)過處理后的雷達圖像，由于采用鋼筋混凝土加固，雷達信號出現(xiàn)強烈反射波組，檢測到襯砌混凝土后面有空洞，深度達到2.4m以上^[3]。

襯砌背后溶洞的雷達圖^[3]

4. 塌方回填造成的不密實缺陷

對小規(guī)模塌方（坍高1m左右）的處理要求和超挖相同-用漿砌片石填充，要求片石豎向擺放，用擠漿法施工，保證沙漿飽滿；禁止片石橫向擱置或用灌漿法、干砌法施工，否則片石間空隙不能填充混凝土，會造成不密實缺陷。

下圖所示是小規(guī)模塌方處回填片石的圖像。襯砌設(shè)計厚度45cm，檢測混凝土厚度55cm，混凝土厚度達到設(shè)計要求。背后回填片石沙漿基本飽滿，局部片石間存在少量空隙^[3]。

塌方回填片石后的雷達圖^[3]

5. 小溶洞

小溶洞的處理方法和塌方類似，雷達圖像特征基本相同。較大溶洞一般采用噴錨支護，以穩(wěn)定溶洞處的巖體，再用漿砌片石回填洞穴。如下左圖所示，是溶洞回填后的雷達圖像^[3]。

隱伏溶洞指在設(shè)計和施工過程中都沒有發(fā)現(xiàn)的溶洞。如果隧道圍巖水量豐富或有水腐蝕時，會逐漸發(fā)展成滲水、漏水等病害，在北方冬季還會形成凍害。下方右圖中，襯砌背后清晰地反映出隱伏溶洞的位置。該段襯砌混凝土設(shè)計厚度30cm,溶洞處在施工時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有溶蝕現(xiàn)象，采用了鋼拱架加固，襯砌界面反射強烈。檢測出溶洞長度約5m,深度1.2~2.4m^[3]。

初期支護一般有噴射混凝土、噴射混凝土加錨桿、噴射混凝土錨桿與鋼架聯(lián)合支護等形式。 

                       國內(nèi)某隧道現(xiàn)場檢測初支

初期支護和二襯混凝土共同承擔(dān)隧道荷載。噴射混凝土厚度一般在5~25cm左右，二襯混凝土一般在30cm以上。由于隧道襯砌檢測一般安排在二襯完成之后，如果二者之間沒有空隙，檢測的混凝土厚度是噴射混凝土和二襯混凝土的綜合厚度；如果二者之間存在空隙，檢測的混凝土厚度則是二襯混凝土的厚度。噴射混凝土的厚度可以通過分析鋼筋網(wǎng)、格柵拱架以及襯砌背后脫空等缺陷的特征來綜合判定。

準確檢測噴射混凝土厚度要在二襯混凝土施工前進行，噴射混凝土厚度一般小于25cm。V級圍巖、局部IV級圍巖或大的塌方、溶洞段，作為初期支護的鋼筋網(wǎng)或鋼拱架，需要對其數(shù)量和位置進行檢測。          

國內(nèi)某隧道現(xiàn)場圖像

國內(nèi)某隧道雷達圖（部分）

通過軟件，可實現(xiàn)多條探地雷達檢測路線的立體式成像。

初支缺陷的圖像特征

如下雷達圖像，顯示出中部鋼筋網(wǎng)背后漿砌回填片石不*，存在空洞；右側(cè)鋼筋網(wǎng)缺失，襯砌背后存在空洞^[3]。

初支的空洞、鋼筋網(wǎng)缺失^[3]

下圖顯示出，鋼筋網(wǎng)在中間錯斷，左側(cè)鋼筋網(wǎng)突起位置襯砌混凝土厚度15cm,鋼筋網(wǎng)背后沒有空洞，該段設(shè)計襯砌厚度42cm,屬于嚴重欠挖缺陷^[3]。

初支的空洞、鋼筋網(wǎng)缺失^[3]

防水層：復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)的防水層，鋪設(shè)在初支與二襯之間，包括無紡布和防水板。無紡布通常采用土工織物，起緩沖、濾水和導(dǎo)水作用；防水板通常采用高分子防水卷材，包括EVA、ECB、PE等。幅寬一般為2～4m，厚度在1.0～2.0mm。耐刺穿性、柔性、耐久性好。

國內(nèi)某隧道防水板現(xiàn)場圖示

二襯

在復(fù)合式襯砌中，二襯承擔(dān)少量圍巖變形荷載，是對初期支護的補充加強。二襯通常采用模筑混凝土或鋼筋混凝土，厚度范圍在30mm~60mm。

新加坡CET隧道現(xiàn)場檢測

新加坡CET隧道檢測結(jié)果（部分）

二襯常見缺陷問題

1.輸送混凝土不當(dāng)，襯砌中形成空洞

在拼裝臺車襯砌的隧道中，由于人工輸送混凝土不當(dāng)，襯砌中形成空洞。空洞一般表現(xiàn)出連續(xù)性，且縱向尺寸大^[3]。

下圖所示是襯砌中出現(xiàn)空洞的雷達圖像，二襯混凝土厚度30cm，最薄處混凝土厚度10cm，空洞豎向尺寸最大達到50cm^[3]。

襯砌端頭空洞雷達圖像^[3]

2. 擋頭模板位置處的空洞

在泵送混凝土襯砌時，兩個襯砌循環(huán)的襯砌連接處，后一循環(huán)的擋頭模板位置形成空洞^[3]。如下圖空洞形成的示意圖，其雷達圖清晰地反映了分界處兩側(cè)的襯砌狀態(tài)^[3]。

空洞形成示意圖^[3]

擋頭模板空洞雷達圖^[3]

3. 鋼筋混凝土

IV級圍巖、V圍巖、隧道洞口以及特殊段落需要設(shè)置鋼筋混凝土襯砌。下圖是鋼筋混凝土襯砌的鋼筋分布示意圖^[3]。

鋼筋混凝土襯砌的鋼筋分布示意圖^[3]

下圖是二襯中鋼筋網(wǎng)的雷達圖像。圖中右側(cè)襯砌混凝土中由于存在鋼筋造成強烈反射，信號反應(yīng)明顯。左側(cè)素混凝土襯砌設(shè)計厚度42cm，襯砌混凝土與圍巖界面清晰。兩段不同襯砌的分界面十分明顯^[3]。

襯砌中鋼筋網(wǎng)分布^[3]

仰拱是設(shè)置在隧道底部的反向拱形結(jié)構(gòu)，主要用于抵御底部圍巖壓力、防止襯砌沉降，與二次襯砌構(gòu)成環(huán)狀整體，增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。仰拱一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度在40-65mm。

隧道結(jié)構(gòu)示意圖

隧道仰拱鋼筋鋪設(shè)

結(jié)果顯示，開挖深度達不到設(shè)計標準，仰拱深度偏小^[3]。

隧道仰拱空洞、不密實^[3]