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依据国家统计局2010年5月发表的国民经济和社会发展公报,随着十一五规划的基本完成和十二五规划的良好开局,全国各族人民深入贯彻落实科学发展观,从容应对国际金融危机,采取了一系列计划和政策措施,国民经济形势总体回升向好,各项社会事业取得新的进展。各项经济指标稳步增长,工程建设领域进一步发展,各地工程建设项目中涉及到许多的公路、铁路、石油天然气管道隧道、地铁和轨道交通等项目。在这些工程的施工中,无一不涉及到钢筋混凝土结构。而钢筋混凝土结构由于关系到人民群众的生命财产安全,加之其内部结构的隐蔽性,使混凝土健康检测成为一种必要。
混凝土健康检测,是使用各种无损检测方法(如回弹法、超声波法、超声回弹综合法、雷达法、冲击回波法、红外成像法等)和破坏性检测方法(如凿开法)对混凝土结构内部具体情况进行间接分析、推测或直观检查,掌握结构的内部信息,判断结构是否满足安全使用需要。在这些检测方法中,地质雷达检测技术由于操作简单,分辨率高,在工程实践中尤其是公路铁路隧道二次衬砌质量检测中得到了广泛的应用,取得了良好的社会和经济效果。
由于施工过程中的质量控制并不一定能做到百分之百监控到位,加之施工工艺固有的一些局限性,施工过程中的操作不当,都可以造成混凝土结构存在病害或者缺陷。隧道二次衬砌厚作为隧道的结构主体,常见的病害或缺陷包括衬砌厚度过薄,二次衬砌混凝土表面蜂窝麻面、衬砌产生空洞或脱空、衬砌混凝土离析、钢筋规格或间距不符合要求等等。衬砌厚度不足将造成结构上的受力情况与原有设计结构存在差异,仅仅依赖围岩的自稳能力,衬砌可能无法起到最终的关键支撑作用,使得结构在安全上存在很大风险,可能引起岩体坍塌、衬砌破坏等结构失稳或破坏的现象。衬砌表面的蜂窝麻面多混凝土浇筑过程中的振捣工作不到位、不均匀、浇筑空间或混凝土内部不可避免的存在气泡等原因,主要的危害是衬砌表面的不美观。衬砌产生空洞、脱空或离析,和混凝土的施工配合比、振捣、泵送压力、围岩空隙等因素相关,衬砌在内部结构上存在这些问题,隧道混凝土结构在经受地下水静水压力、温度变化、脱空区掉块荷载作用时,隧道地下结构极易出现裂缝、渗水、腐蚀、冰冻等病害问题,严重危害混凝土结构的安全状况。由于施工作业队的施工经验有限,管理者的施工控制欠缺,很容易造成大的超挖和欠挖,欠挖如果不处理将造成岩体或初期支护侵入二衬,甚至净断面尺寸有误;而大的超挖可能会有不合理的填充物,例如块石、建筑垃圾等,而回填注浆的不密实,使得衬砌没有起到很好的支撑作用,围岩由于应力释放可能崩落在衬砌上,造成衬砌受力不合理而产生开裂现象。超欠挖现象将不可避免的影响到初期支护和二次衬砌的施工,造成了一定的安全隐患。另外,部分施工企业不合理的节省成本,不顾安全管理和质量控制工作,采取偷工减料的行径,例如随意扩大钢拱架或钢筋间距,减少钢筋用量等,这将使得隧道混凝土结构安全系数大打折扣。总而言之,上述各种不同的病害都将在一定程度上影响到隧道的施工和使用安全,对这些病害进行有效的检测,是十分必要的。
地质雷达检测技术是通过利用发射高频电磁脉冲波,在经过地下或岩体时遇到障碍物发生反射,通过对反射的研究来探测地下被检测体的形式、分布形态及特征的一种无损检测技术。这种检测技术是将探地雷达紧贴掌子面或被检测体表面,通过发射天线向前发射宽频带短脉冲的形式的高频电磁波,当电磁波遇到异常地质体或介质分界面时,发生反射返回被接收天线接收,并由雷达主机记录下来,通过相关程序软件,于是形成雷达剖面图。因为电磁波在介质中传播的过程中,它的路径、波形以及电磁波场强度都将随所通过介质的几何形态及其电磁特性而发生变化。所以,依据接收到的电磁波的旅行时间、幅度、频率和波形等特征,我们通过对雷达图像的处理和分析,可以确定目标体或掌子面前方界面的具体空间位置和结构特征。
地质雷达检测技术尽管有很多的优越性,但在实际的使用过程中,仍然存在一些缺陷或不足,很多工作有待进一步研究和探讨。例如混凝土结构中地质雷达波波速难以确定,目前在实际检测中,往往是根据经验估算雷达波的波速,这样雷达波波速的确定就会出现误差,从而影响到隧道混凝土结构的厚度的确定。再者,小的空洞及脱空有时会由于外界干扰因素的影响而较难识别,导致隧道混凝土结构中空洞及脱空尺寸很难确定。另外,多排钢筋的检测过程中,由于地质雷达波的高频特性,雷达波遇到钢筋会发生全反射,在钢筋和雷达天线之间就发生了多次反射,而多次反射形成的干扰信号在后期处理中没有办法消除,这就严重影响了雷达图像中关于后排钢筋及钢筋后面混凝土结构缺陷的判释。隧道二衬中钢筋直径是否满足设计要求也难以通过检测判别。
本文作者参加了兰渝铁路第五标段隧道群的混凝土结构健康检测工作,获得了大量第一手资料,深入学习了GV3地质雷达的基本原理和使用方法,掌握了地质雷达分析软件reflexw的基本使用,较好的将理论和实践相结合,为本文的工作奠定了基础。
本文来源于兰渝铁路LYS-5标段隧道混凝土结构健康状态的地质雷达检测项目,利用GV3雷达对桔柑隧道混凝土结构进行检测,主要研究隧道衬砌界面、钢筋、空洞以及脱空等在GV3雷达时间深度剖面图上的反映,结合设计资料和钻孔资料,重点通过reflexw软件对病害等进行定性定量分析。对如何利用滤波手段有效地分离出深部信号进行重点的探讨与研究,为GV3雷达更好地应用于隧道混凝土结构的质量检查提供可靠依据,为隧道提供一种混凝土结构健康检测方法。