亮马台隧道检测报告.docx
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亮马台隧道检测报告
亮马台隧道衬砌混凝土质量检测
检测报告
1、前言
亮马台隧道管理站于2014年5月3日～2014年5月5日采用地质雷达法、超声回弹综合法等方法对亮马台隧道二次衬砌进行了检测。
目的为检测隧道二次衬砌混凝土厚度是否满足设计要求、衬砌背后是否存在空洞及不密实现象；二次衬砌混凝土强度是否满足设计要求。
通过目测、摄影及测量等手段调查隧道衬砌裂纹的长度、宽度以及深度。
2、工程概况
亮马台隧道现管理单位为山西大同高速公路管理有限责任公司，隧道的隧址区属内蒙古大青山山脉南部前缘，位于得大高速公路中间部位。
为分离式隧道，总投资亿元，隧道单洞总长4370米，其中左洞入口桩号为K449+532，出口桩号为K447+304，长度为：
2222米，右洞入口桩号为447+280，出口桩号为K449+428长度为：
2148米。
隧道净宽米；净高米；车道数为双向四车道；结构形式为端墙式圆顶三心圆拱钢筋混凝土，洞面护墙为曲墙式复合衬砌；设计时速为100公里/小时；两侧检修道宽度为1米；紧急停车带宽度为3米；长度30米。
亮马台隧道分为监控、供配电、通风、照明、消防五大机电系统。
隧道内设有4个人行横洞，3个车行横洞，在发生紧急情况时作为疏通应急通道。
隧道实施24小时监控，担负监控任务的是距离隧道公里位于古店服务区的隧道管理站，通过监控，预防和减少各种事故和突发事件的发生。
3、检测依据
本次检测依据为：
（1）《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）；
（2）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204—2002）；
（3）《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）；
（4）《公路隧道施工技术规范》（JTJ042—94）；
（5）《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》（CECS02-2005）；
（6）《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CECS21:
2000）；
（7）隧道设计图纸。
4、检测设备
1、采用由美国GSSI公司生产的TerraSIRchSIR～3000地质雷达。
2、采用由美国GSSI公司生产的400Mhz地质雷达天线。
雷达检测参数设置如下：
①采样数：
设置为512，采样数设置较高。
②时窗：
本次检测中，时窗长度为50ns。
③扫描速率：
根据探测要求，扫描速率选用50道/m。
④带通滤波：
带通滤波选用100MHz~1000MHz。
⑤触发方式：
连续触发，连续采集数据。
图4-1本次检测所使用的雷达
根据检测内容，隧道衬砌质量检测使用的仪器设备见表。
表检测投入的主要仪器、设备表
序号
仪器设备名称
设备管理号
规格及性能
1
地质雷达
SIR3000/GPR400MHz天线
2
读数显微镜
精度：
3
直尺
60cm
4
钢卷尺
5m
5
皮尺
30m
6
声波仪
Tico
7
回弹仪
Zac-30
8
相机
9
非金属超声波检测分析仪
NM-4B
10
钻芯机
5、检测的目的及测线布置
采用地质雷达线测法，检测混凝土衬砌厚度；衬砌混凝土及背后密实情况；共检测三条测线,分别为拱顶、左拱腰及右拱腰。
6、检测原理
地质雷达是一种宽频带高频电磁波信号探测介质分布的非破坏性的探测仪器。
它通过天线连续拖动的方式获得断面的扫描图像。
雷达利用向地下发射高频电磁波，电磁波信号在物体内部传播时遇到不同介质的界面时，就会反射、透射和折射。
介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大；反射的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，通过雷达主机精确记录反射回的电磁波的运动特征，再通过数据的技术处理，形成断面的扫描图，通过对图像的判读，判断出隧道衬砌内的实际情况。
雷达天线向混凝土内部发射电磁波，由于混凝土、钢筋、孔洞或混凝土密实度不同，则它们的介电常数不同，使电磁波在不同介质的界面处发生反射，并由混凝土表面的接收天线接收，根据电磁波发射与反射波返回的时间差和混凝土中电磁波的传播速度来确定反射体距表面的距离，达到检出混凝土内部的钢筋、缺陷位置、深度等。
根据上述原理，可用雷达仪探测混凝土中钢筋位置、保护层厚度以及空洞、疏松等缺陷的位置、深度和范围。
雷达的工作原理及其探测方法见图6-1。
探地雷达主要利用宽频带高频时域电磁脉冲波的反射探测目标体。
由公式
雷达根据测得的雷达波走时，自动求出反射物的深度z和范围。
图6-1雷达的工作原理及其探测方法
7、现场检测过程
现场检测工作于2013年5月3日进行，检测人员使用地质雷达探测仪，按照建设方的要求及规程规定，尽可能在每个隧道内分别在左拱腰（测线1）、拱顶（测线2）、右拱腰（测线3）3个位置纵向布置雷达测线进行检测（测线布置如图3所示）。
在现场的实际检测中，由于部分隧道施工现场的场地限制，并出于设备、人员的安全考虑，有些不具备检测条件的部位未进行数据采集。
图7-1雷达测线布置示意图
在检测过程中，由于隧道路灯,电缆，电力盒、的影响，造成测线位置一定的差异。
图7-2雷达检测现场实力示意图
8、结果分析
隧道衬砌混凝土及背后密实情况
地质雷达资料反映的是地下介质的电性分布，将其转化为地质体分布，必须把地质、施工、地质雷达等方面的资料有机结合起来，以此获得检测对象的整体图像。
隧道衬砌中存有不密实和空洞的判析：
处于围岩或混凝土中空洞中的空气与模筑混凝土、喷射混凝土、围岩有明显的介电常数差异，因此在时间剖面图上，同相的雷达波错断并向上弯曲，并在空洞和混凝土、围岩之间有明显的界线。
分析时，若有钢筋或格栅钢架，应考虑其影响。
地质雷达检测数据处理及资料解释流程见图8-1-1。
在原始数据经过处理后，得到时深剖面图（图8-1-2），然后进行分析得到检测结果。
图8-1-2地质雷达时间—深度剖面图（典型波形图）
数据解释
衬砌背后回填密实度的主要判别特征：
密实：
信号幅值较弱，甚至没有界面反射信号；
图8-2-1衬砌与围岩雷达反射剖面示意图
空洞：
衬砌界面反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大。
图8-2-2空洞雷达反射剖面示意图
图8-2-3空洞雷达反射剖面示意图
不密实：
衬砌界面的强反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续，较分散；
图8-2-4不密实雷达反射剖面示意图
隧道衬砌裂纹描述
隧道衬砌裂纹描述，是通过目测、摄影及测量等手段调查隧道衬砌裂纹的长度、宽度以及裂纹走向。
隧道衬砌裂缝深度检测
隧道衬砌裂缝深度检测采用采用非金属超声波检测法和钻芯取样法进行检测。
非金属超声波检测法
检测原理
利用脉冲波在技术条件相同（指混凝土的原材料、配合比、龄期和测试距离一致）的混凝土中传播的时间、接收波的振幅、频率和波形等声学参数的相对变化，来判定混凝土的缺陷，如裂缝的深度等。
检测方法
裂缝检测包括裂缝长度、宽度和深度的检测。
具体测试方法为：
采用标定合格的量尺量测裂缝长度，采用裂缝宽度观测仪观测裂缝宽度，采用非金属超声波检测分析仪用单面平测法方法检测裂缝深度。
图8-4-1单面平测法示意图
钻芯取样检测
通过钻芯机对隧道拱腰处钻芯取样。
隧道衬砌混凝土强度检测
隧道衬砌混凝土强度检测采用超声回弹综合法进行无损检测。
检测原理
超声回弹综合法检测混凝土强度是建立在回弹值和超声波传播速度与混凝土的抗压强度之间相互联系的基础之上，即用回弹值和声波的传播速度综合反映混凝土的抗压强度。
现场检测时采用混凝土超声波检测仪和回弹仪，在结构混凝土同一测区分别测量声时值
及回弹值
，然后按超声回弹综合测强曲线，求得强度换算值
，再根据有关规范，得到混凝土强度推定值。
超声回弹综合法充分考虑了：
①水泥品种及水泥用量，②细骨料品种及砂率，③粗骨料品种、石子用量及粒径，④外加剂，⑤测试面等影响因素，并根据主要影响因素对测强曲线进行声速和回弹值校正。
与单一法相比，精确度高，适用范围广，是现场进行混凝土强度检测的一个方便、可靠的无损检测方法。
检测方法
在本次检测中，由于现场条件限制，在隧道随机布置5个混凝土强度无损检测测区，采用单面平测的方法，在每个测区内测取16个回弹值和3个声速值。
各测区平面尺寸设置如图8-5-1所示，各测区的混凝土强度按超声回弹综合法规程检测及分析。
检测仪器为回弹仪和非金属超声波检测仪。
9、地质雷达检测结果
隧道衬砌厚道及钢筋描述
本次隧道衬砌厚度、衬砌背后空洞及密实度检测共完成1150延米，经过对地质雷达现场检测图谱分析表明：
（1）亮马台隧道所测测线范围内局部里程段衬砌厚度不满足设计要求，具体里程及部位见表，隧道厚度曲线图见附图1～附图6。
（2）隧道所测测线范围内局部里程段衬砌背后存在空洞及不密实现象，具体里程及部位见表，空洞及不密实现象展示图见图9-1-1，图9-1-2、图9-1-3；地质雷达原始图谱见图9-1-4，图9-1-5。
（3）隧道所测测线范围内钢筋设置满足设计要求，具体情况见表，地质雷达原始图谱见图9-1-6，图9-1-7。
表亮马台隧道衬砌厚度缺陷统计表
①左拱腰衬砌缺陷
缺陷里程
缺陷部位
缺陷长度（m）
缺陷类型
实测平均厚度（cm）
设计厚度（cm）
测线位置
RK448+215~RK448+220
左拱腰
5
二衬厚度不足
24~38
40
左拱腰
RK448+510~RK448+523
左拱腰
13
二衬厚度不足
26~33
35
左拱腰
RK448+785~RK448+810
左拱腰
25
二衬厚度不足
39~46
50
左拱腰
RK448+913~RK448+917
左拱腰
4
二衬厚度不足
24~32
35
左拱腰
②右拱腰衬砌缺陷
缺陷里程
缺陷部位
缺陷长度（m）
缺陷类型
实测平均厚度（cm）
设计厚度（cm）
测线位置
RK448+218～RK448+222
右拱腰
4
二衬厚度不足
26～36
40
右拱腰
RK448+377～RK448+387
右拱腰
10
二衬厚度不足
24～32
35
右拱腰
RK448+540～RK448+560
右拱腰
20
二衬厚度不足
25～31
35
右拱腰
RK448+800～RK448+810
右拱腰
10
二衬厚度不足
37～47
50
右拱腰
RK448+903～RK448+905
右拱腰
2
二衬厚度不足
26～33
35
右拱腰
表亮马台隧道衬砌背后缺陷统计表
①隧道左拱腰及拱顶衬砌背后缺陷
缺陷里程
缺陷部位
缺陷长度（m）
缺陷类型
缺陷深度（cm）
空洞范围（m2）
缺陷展示图
RK448+523~RK448+527
左拱腰
4
脱空
32~40
图9-1-1
RK448+336~RK448+341
左拱腰
5
不密实
42~50
图9-1-2
RK448+772~RK448+774
拱顶
2
不密实
36~41
图9-1-3
图9-1-1RK448+523~RK448+527左拱腰处衬砌空洞展示图
图9-1-2RK448+336~RK448+341左拱腰处衬砌空洞展示图
图9-1-3RK448+772~RK448+774拱顶处衬砌空洞展示图
②隧道上行右拱腰衬砌背后缺陷
缺陷里程
缺陷部位
缺陷长度（m）
缺陷类型
空洞范围（m2）
雷达图
RK448+156～RK448+157
右拱腰
1
衬砌空洞
图9-1-5
RK448+～RK448+
右拱腰
1
衬砌空洞
图9-1-4
图9-1-4RK448+～RK448+右拱腰处衬砌空洞
图9-1-5RK448+156～RK448+157右拱腰处衬砌空洞
表9-1-3亮马台隧道衬砌钢筋统计表
隧道
线别
里程
长度
设置钢筋网
设计
雷达探测
平均钢筋间距（厘米）
亮马台
隧道
右线
右拱腰处
RK447+900～RK447+985
85
有
有钢筋信号
35
RK447+985～RK448+100
115
无
无钢筋信号
\
RK448+100～RK448+300
200
无
无钢筋信号
\
RK448+300～RK448+500
200
无
无钢筋信号
\
RK448+500～RK448+700
200
无
无钢筋信号
\
RK448+700～RK448+900
200
无
无钢筋信号
\
RK448+900～RK449+030
130
无
无钢筋信号
\
RK449+030～RK449+063
33
有
有钢筋信号
35
框架结构段
RK449+063～RK449+310
247
\
有钢筋信号
\
右线
左拱腰处
RK447+900~RK447+985
200
有
有钢筋信号
35
\
\
\
\
35
RK447+985~RK448+300
100
无
无钢筋信号
\
RK448+300~RK448+400
100
无
无钢筋信号
\
RK448+400~RK448+500
100
无
无钢筋信号
\
RK448+500~RK448+600
100
无
无钢筋信号
\
RK448+600~RK448+700
100
无
无钢筋信号
\
RK448+700~RK448+800
100
无
无钢筋信号
\
RK448+800~RK448+900
100
无
无钢筋信号
\
RK448+900~RK449+030
100
无
无钢筋信号
\
RK449+030~RK449+063
100
有
有钢筋信号
35
图9-1-6RK447+915～RK447+925段雷达探测衬砌钢筋反射灰阶图
图9-1-7RK449+030～RK449+065段雷达探测衬砌钢筋反射灰阶图
隧道衬砌裂纹描述
采用目测、摄影及量测等手段对隧道衬砌裂纹的长度、宽度以及裂纹走向以及渗漏水等其他病害情况进行了调查，本次检测不仅对防火涂料开裂处进行正常检测，并且对防火涂料未脱落部位进行随机抽取采用人工凿除防火涂料进行检测，具体情况见表9-2-1、9-2-2，图9-2-1～图9-2-5。
表9-2-1亮马台隧道衬砌结构状况统计表
裂缝编号
裂缝位置
裂缝描述
备注
部位
里程
其它病害
走向
长度（m）
宽度（mm）
1
拱顶
LK448+882
渗水泛碱
/
/
/
2
右拱腰
LK448+690
施工缝渗水
/
/
/
3
明洞顶
LK449+105
伸缩缝渗水
/
/
/
4
明洞顶
LK449+090
渗水
/
/
/
5
左拱腰
LK449+050
渗水
/
/
/
表9-2-2亮马台隧道衬砌结构状况统计表（人工凿除防火涂料部位）
序号
凿除部位
里程
凿除面积（m2）
裂缝走向
宽度（mm）
长度（m）
备注
1
右拱腰
LK449+045
×
/
/
2
右拱腰
LK448+920
×
/
/
3
右拱腰
LK448+982
×
纵向裂缝
深度测试
4
左拱腰
LK448+875
×
/
/
5
右拱腰
LK448+860
×
/
/
6
右拱腰
LK448+700
×
横向裂缝
钻芯
7
右拱腰
LK448+685
×
/
/
8
右拱腰
LK448+680
×
纵向裂缝
9
右拱腰
LK448+680
×
/
/
10
右拱腰
LK448+520
×
/
/
11
右拱腰
LK448+485
×
斜向
12
右拱腰
LK448+475
×
斜向
钻芯
13
右拱腰
LK448+420
×
/
/
14
左拱腰
LK448+180
×
/
/
15
左拱腰
LK448+135
×
网状
16
左拱腰
LK448+050
×
斜向
深度测试
17
右拱腰
LK448+020
×
纵向
18
左拱腰
LK448+000
×
纵向
深度测试
19
左拱腰
LK447+972
×
横向
20
左拱腰
LK447+945
×
/
/
根据现场现场一些情况，该隧道裂纹成因可能跟以下要素有关：
1）二衬浇筑完后，有些区段围岩附加应力仍在持续上升，达到一定程度，会对现有二衬产生局部应力集中而造成的裂纹。
2）二次衬砌浇筑以后，存在部分区域局部地方水化热高，局部会产生裂纹。
不同的裂纹有不同的表现特征，具体因素要根据现场，要进行选择性的针对处理！
比如一些深度和宽度都比较大的裂纹、贯穿性的裂纹或是有渗水处的裂纹可能是第一种情况造成的，一些深度和宽度都小的裂纹可能是第二种情况造成的。
图9-2-1病害展示图
（一）
图9-2-2病害展示图
（二）
图9-2-3病害展示图（三）
图9-2-4病害展示图（四）
图9-2-5病害展示图（五）
隧道衬砌裂缝深度检测结果
非金属超声波检测法
本次检测对里程LK448+982、LK448+050以及LK448+000三处断面的裂缝采用单面平测法进行深度测试，测试时将换能器T和R置于混凝土同侧，分别按10cm、20cm、30cm、40cm的间距设置，做跨缝和不跨缝测量，通过观测两者的声时变化，计算出裂缝深度。
断面设置如图9-3-1。
测试结果表—表。
图9-3-1平测法测试断面布置图
表LK448+982断面裂缝深度测试记录表
测试断面
换能器间距
（mm）
不跨缝声时
（μs）
跨缝声时
（μs）
裂缝深hci
（mm）
裂缝深度平均值mhc（mm）
1-1
100
200
300
400
2-2
100
200
300
400
3-3
100
200
300
400
表LK448+050断面裂缝深度测试记录表
测试断面
换能器间距
（mm）
不跨缝声时
（μs）
跨缝声时
（μs）
裂缝深hci
（mm）
裂缝深度平均值mhc（mm）
1-1
100
200
300
400
2-2
100
200
300
400
3-3
100
200
300
400
表LK448+000断面裂缝深度测试记录表
测试断面
换能器间距
（mm）
不跨缝声时
（μs）
跨缝声时
（μs）
裂缝深hci
（mm）
裂缝深度平均值mhc（mm）
1-1
100
36
200
300
400
2-2
100
200
300
400
3-3
100
200
300
400
根据平测法裂缝深度确定方法的规定，跨缝测量中若发现首波反向，则可将各测点裂缝深度的平均值，作为该测试断面的裂缝深度值。
若未发现首波反向，则将换能器各测距Li与各测点裂缝平均值mhc进行比较，凡测距Li小于mhc和大于3mhc，应剔除该组数据，然后取余下hci的平均值，作为该裂缝的深度值。
按此规定，确定各测试断面的裂缝深度如下表所示。
LK448+982右拱腰
LK448+050左拱腰
LK448+000左拱腰
测试断面
裂缝深度（mm）
裂缝深度（mm）
裂缝深度（mm）
1-1
2-2
3-3
钻芯取样法
本次运用钻芯取样法进行裂缝深度测试，共测试2组数据，如下表所示。
序号
部位
衬砌设计厚度（cm）
裂缝深度（cm）
备注
1
LK448+700右拱腰
40
2
2
LK448+475右拱腰
35
4
隧道衬砌混凝土强度检测结果
亮马台隧道衬砌混凝土强度检测采用超声回弹综合法共检测了5个断面。
具体结果见表。
表亮马台隧道衬砌混凝土超声回弹强度换算值
断面里程
回弹值Ra（MPa）
声速
（km/s）
强度换算值
（MPa）
设计强度等级
LK449+048
C25
LK448+982
C25
LK448+920
C25
LK448+020
C25
LK447+990
C25
10、亮马台隧道工作照及病害照
图10-1超声工作照
图10-2回弹工作照
图10-3钻芯取样工作照
图10-4钻芯取样工作照
图10-5凿处防火涂料工作照
图10-6裂缝深度测试工作照
图10-7LK448+000左拱腰纵向裂纹
图10-8LK448+000左拱腰纵向裂纹
图10-9LK448+000左拱腰纵向裂纹
图10-10LK448+485右拱腰斜向裂纹
图10-11LK448+982右拱腰纵向裂纹
图10-12LK448+882拱顶渗水泛碱
图10-13LK448+690右拱腰施工缝渗水
图10-14LK449+105明洞顶伸缩缝渗水
图10-15LK449+090明洞顶渗水
图10-16LK449+105明洞顶伸缩缝渗水
11、检测结果汇总
通过对检测数据的分析，结果如下：
1．通过对亮马台隧道左右侧拱腰的地质雷达检测情况，隧道存在9处衬砌厚度不满足设计要求里程段。
衬砌厚度实测最小值24cm（设计厚度35cm），衬砌厚度不满足设计要求里程段长度共计93m，其中最大值25m，最小值2m。
2．亮马台隧道地质雷达
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