铁路隧道衬砌致灾病害的综合检测方法探讨

铁路隧道衬砌致灾病害的综合检测方法探讨

王宁

广信检测认证集团有限公司 250000

摘要:在高效快捷工作生活的今天，人们在城市与城市之间的出行，更多的选择了高铁这种便捷的交通工具。铁路建设施工中，隧道施工地质复杂，施工难度大，设计方案的先天不足，给施工留下质量通病和安全隐患。特别是已建成运营的隧道，有不少隧道存在各种各样的质量缺陷，严重威胁着人们的生命和财产安全。

关键词：铁路;隧道;病害;衬砌;综合检测

中图分类号：U457 文献标识码：A

引言

近年来，我国每年建成的铁路隧道数量呈快速增长趋势。据统计，至2018年底，我国已建成运营的铁路隧道有15117座，其中高速铁路隧道3000余座。随着大量铁路隧道的开通运营，铁路隧道灾害的发生数量也不可避免地逐渐增多，铁路隧道的运营防灾问题越来越受到社会各界的高度关注和重视。隧道灾害发生后，若不能及时准确地对灾后隧道进行病害调查，则极有可能在恢复运营后产生更加严重的二次灾害。因此，对铁路隧道进行病害调查、检测及整治是灾后恢复运营前必不可少的工作。

1 高速铁路隧道常见病害问题分析

1.1 高速铁路隧道仰拱上浮病害

高速铁路隧道道床板在高铁荷载反复作用下会慢慢累积，形成塑性变形，当积累一定程度之后就会变成轨道上浮及位移。该病害产生的原因主要有：①在仰拱、仰拱填充混凝土施工过程中，由于施工面积较大，现场监管不到位，在混凝土振捣过程中，出现振捣不到位或漏振的问题，导致局部混凝土不密实；②由于仰拱（C35 混凝土）、仰拱填充（C20 混凝土）混凝土标号不同，按照施工工艺要求进行分次施工，由于施工场地的局限性，人员、机械流动性强，开挖、支护施工工序交叉，在仰拱施工结束后混凝土面最容易受到污染，仰拱填充施工前,局部仰拱面清扫、冲洗不干净，技术人员现场检查不到位，形成混凝土夹层；③仰拱填充施工过程中，混凝土运输不及时,施工不连续，致使填充混凝土衔接不好，或仰拱填充混凝土浇筑不到位、仰拱填充和中心水沟混凝土施工日期间隔较长，隧道施工场地局限，工序交叉，机械、机具活动频繁，人为造成填充混凝土实体棱角受损，在进行中心水沟施工中，利用浇筑中心水沟混凝土修补，经长时间行车运行产生振动，致使仰填充拱面出现裂缝现象；同时受地下裂隙水影响，车辆在高速行驶时，会发生晃车现象，增加铁路运行风险。

1.2 地铁隧道变形

结合相关理论与工程实践情况分析可知，影响地铁隧道变形的主要因素包括周边工程施工、隧道自身结构施工、地铁列车运行引起的震动以及隧道上方土体负载、周边建筑物荷载等。这些均会导致地铁隧道水平、垂直方向的变形，甚至导致不同管环之间出现不均匀沉降。由此，无论是地铁施工还是运营期间，均要做好隧道变形监测工作，借助各种测量仪器设备进行数据采集、处理以及变形分析、预测。传统的隧道变形监测方法主要有两种，分别是收敛仪法与全站仪法。这两种方法均具有明显缺陷：（1）监测点数量受限，无法全面反映隧道整体变形情况；（2）监测周期长、外业工作量大，获得的监测数据滞后；（3）对作业环境要求较高。

2 铁路隧道的病害检测

2.1 地质雷达探测

探地雷达数据处理的目的是去除探测过程中的干扰波，以尽可能高的分辨率显示雷达图像中的反射波，然后从反射波中提取各种有用的地质信息，包括电磁波速、振幅和波形，对于雷达图像解译，如基于不同频率的各种反褶积技术、确定性反演滤波、递推滤波、最小二乘滤波和小波处理等。1） 其他干扰电磁波的物质，如隧道底部的水，会大大降低雷达天线的探测深度和分辨率。因此，在检测前应避免或去除这些物质。避免了这些物质对地质雷达信号采集的干扰，减少了后处理数据和出具检测报告的误差。2） 试验数据的质量主要取决于现场试验的数据采集。部分隧道里程标识不清或里程标识未经测量复核。在探测过程中，隧道本身的视线不好，造成较大误差。因此，专业测量人员需要在现场进行准确的测量和校准，以确保现场采集的数据真实有效。

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。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。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 三维激光扫描技术

1）制订工作计划。三维扫描检测技术在地铁隧道结构中的应用，需合理选择仪器设备、提前制订完善的工作计划。第一，确定扫描长度，根据实际检测需求，确定扫描隧道的里程区间；第二，设置设计值，在扫描前需通过导入里程区间的设备限界和建筑限界，用于后期所测数据进行比较分析；第三，确定采样密度，根据隧道壁面的情况与精度要求，确定扫描仪所需设置的分辨率。2）外业工作。地铁隧道结构中，现场组装三维扫描设备，将设备抬上地铁轨道，设定好参数，使扫描设备沿着轨道与既定参数工作，扫描获取隧道壁面数据；完成扫描后现场实时检验扫描到的数据是否满足要求。3）内业工作。完成地铁隧道结构的三维激光扫描后进行数据处理，内业工作步骤为数据预处理→断面数据提取→　椭圆度分析→成果生成→导出高清影像图→病害标注。

结束语

高速铁路隧道衬砌缺陷修复工作非常重要，直接影响高速铁路的整体质量，关系铁路行业的发展，因此，一定要做好高速铁路隧道衬砌缺陷修复工作。预防性养护应贯穿到高速铁路养护的所有阶段，并在不同阶段设计合理的预防性养护组合方案，对路面进行定期修复、保养，使其能够保持良好的服务水平，保证驾驶人的行车安全。希望相关单位在质量安全方面一定要足够重视，不断优化生产工艺，加强质量管理，促进我国的高速铁路事业进一步发展。

参考文献

[1] 杜荣武, 翁顺, 曾铁梅, 等. 基于移动三维激光扫描的地铁隧道结构监测方法[J]. 土木工程与管理学报,2020,37(1): 139-145.

[2] 刘瑞全.公路隧道的无损检测技术与病害的治理研究分析[J].建筑技术开发，2020（7）：123-124.

[3] 刘莎，冯上朝.基于无损检测的道路桥梁工程测量技术研究[J].自动化与仪器仪表，2019（8）：192-195.